地鐵車輛制動空氣干燥器狀態指示及監控功能分析

■賴文燁

（福州地鐵集團有限公司。福州 350000）

車輛風源系統是車輛空氣管路系統的基礎［1］，也是全列車空氣管路系統的基礎。風源系統主要包括主空氣壓縮機，簡稱主壓縮機組、總風缸，又稱主風缸、空氣壓力控制器，又稱空氣壓力調節器、空氣干燥器。

空氣壓縮機輸出的壓縮空氣中含有較高的水分、少量的油份和機械雜質等，必須經過空氣干燥器將其中的水分、油份和機械雜質除去，才能達到車輛上用風設備對壓縮空氣的要求。液態的水、油微粒及機械雜質在濾清器中基本被除去，壓縮空氣的相對濕度降低是避免用風過程中出現冷凝水危害的主要方式，它依靠空氣干燥器來完成。傳統的定期檢修已不能滿足要求且誤判率較高、不經濟。迫切需要對空氣干燥器狀態進行準確判斷但基本原則是不能漏判。文中提出了系統提出了的空氣干燥器狀態判斷方法，實現準確判斷。

1 空氣干燥器性能要求

地鐵車輛空氣制動系統所配置的風源模塊內基本都配置有空氣干燥器，空氣干燥器對來自空氣壓縮機輸出的壓縮空氣進行干燥處理，也就是將壓縮空氣中的水分進行分離處理后達到滿足空氣制動系統設備正常工作所需要的狀態。在壓縮空氣進入空氣干燥器時首先進行油、水的初步分離，然后再經過干燥劑對水分及飽和濕空氣進行干燥吸附處理，如圖1所示。

圖1 壓縮空氣處理過程示意圖

當空氣干燥器處于全新狀態 （也就是干燥劑狀態良好）時，經過空氣干燥器處理后的壓縮空氣濕度及含水指標至少達到ISO8573-1：2010所定義試驗條件下的3級要求 （也就是在壓力為7bar，+20℃測試條件下壓力露點溫度低于-20℃），如表1所示。在實際使用過程中為確保空氣制動系統能正常工作，通常需要在每年定期用壓力露點儀對經過空氣干燥器處理后的壓縮空氣進行壓力露點測量，測量結果換算為相對濕度至少達到不超過35%的要求。如果測量出來的壓力露點結合測試時的壓縮空氣溫度所得到的相對濕度大于35%，則表明空氣干燥器的干燥劑已經不能提供較好的處理效果，需要及時更換干燥劑。

當壓縮空氣相對濕度＜35%時，對金屬的腐蝕量可以忽略，因此，在空氣干燥器大修前，只要壓力露點測量值換算相對濕度不超過35%就可以滿足空氣制動系統正常使用要求，也就是經過空氣干燥器后的壓縮空氣質量含水量方面并非在空氣干燥器整個使用期間均能滿足 3級要求。

表 1 ISO8573-1:2010 參數表［2］

壓力露點是相對于常壓露點來說的，壓力露點是處于一定壓力狀態下測量得到，壓縮空氣在較大壓力下測量得到的壓力露點溫度相對較高，對于同樣的壓縮空氣，當壓力降低后測量得到的壓力露點溫度也會相應降低。如圖2左所示的測量設備為KB專用于測量壓縮空氣壓力露點的設備。

圖2 露點檢測儀檢測干燥塔性能

除了上述通過每年定期進行壓縮露點檢查來判斷空氣干燥劑是否能正常繼續使用外，還可以通過空氣干燥器狀態指示器或者狀態指示壓力開關來判斷空氣干燥器是否出現其它異常情況。干燥劑自然失效是一個長期使用的過程，但如果由于雙塔切換不正常導致某一干燥塔得不到再生而處于長期工作時，則會直接導致壓縮空氣質量下降直至壓縮空氣中出現大量液態水，當然干燥劑本身性能也會受到一定程度的影響，如果這種異常情況持續較長時間，則需要更換新的干燥劑。

2 空氣干燥器狀態指示

空氣干燥器在工作時，兩個干燥塔定時切換工作，雙塔工作周期在早期普遍設置為4min，在最近幾年基本上以2min為工作周期，確保干燥劑維持較好的吸附狀態。下面以周期為2min為例進行說明，當一個干燥塔工作（處于干燥狀態）滿1min后，切換至另一個干燥塔工作，此時原先處于再生狀態的干燥塔進入干燥狀態，而原先處于干燥狀態的干燥塔進入再生狀態。

圖3 干燥塔干燥與再生工作切換周期

如圖3所示，圖中黑色部分代表再生階段，空白部分代表干燥階段。早期的空氣干燥器是通過配置機械式狀態指示器實現雙塔工作狀態指示，用于檢查干燥塔是否正常切換狀態。每個狀態指示器分別聯通各自的干燥塔，當某一干燥塔處于干燥狀態時，其塔內空氣壓力處于高壓狀態，因此機械式狀態指示器會在此壓力作用下頂出紅色指示器，當某一干燥塔處于再生狀態時，其內的空氣壓力處于接近大氣壓力狀態，則其機械式狀態指示器會在彈簧力作用下復位（紅色指示器），如圖4所示。

圖4 機械式狀態指示器

通過將原先的機械式狀態指示器更換為壓力開關實現空氣干燥器工作狀態監控功能，壓力開關的設定值為2.7bar+/-0.5bar。

在空氣干燥器工作時，如果左邊的干燥塔處于干燥階段時，則其內部的空氣壓力將大于壓力開關的設定值，此時該塔壓力開關的一組常閉觸點（NC，1-2）斷開，同時另一組常開觸點（NO，1-3）閉合；與此同時，右邊的干燥塔處于再生階段，則其內空氣下降至2.7bar時，與該塔相聯通的壓力開關原先閉合的一組常開觸點 （NO，1-3）斷開，而另一組常閉觸點閉合（NC，1-2）閉合。

車輛制動需要聯接每個空氣干燥器上的兩個壓力開關（可以僅用1-3組觸點），用于判斷空氣干燥器是否正常轉換。

3 通過空氣干燥器壓力開關狀態組合進行風源模塊相關故障判斷邏輯

列車控制系統（TCMS）在得到某一空氣干燥器的兩個狀態信號時，需要進行相應邏輯判斷，如果判斷有故障后，則需要將故障信息進行上傳或者顯示、記錄，同時還需要對故障風源模塊（包括空壓機或者空氣干燥器故障）進行停止工作并進行相應調整措施（如將故障空壓機角色改變為輔空壓機，從而在出現空氣干燥器故障后盡量不使用該風源模塊），故障判斷條件可參考以下邏輯進行判斷：

圖5 狀態指示壓力開關

表2 故障判斷邏輯列表

圖6 工作周期示意圖

對于空氣干燥器狀態判斷基本原則是不能漏判但也不能誤判。上述判斷邏輯是在考慮了減少誤判可能性基礎上的一種建議，由于空氣干燥器在工作過程中出現某一壓力開關狀態不正常時空氣干燥器仍可以繼續維持一段時間的干燥處理能力，因此，適當的延時可以實現不漏判也不誤判的目的。上述 T3=3×（T/2+10），也就是當一個高電平信號持續經過 3個工作過程 （半周期+10秒 延時）后仍不能復位，則判定空氣干燥器存在長時間不切換干燥塔。如果不切換故障確實存在，則上述判斷條件完全可以排查出來，如果僅出現一次，后面狀態又正常了，則上述判斷條件并不會直接給出故障判斷，也就是允許該風源模塊正常工作，盡量不影響列車的正常使用。

當車輛判斷其中一個空氣干燥器或者風源模塊出現故障后，將該故障風源模塊定義為輔助空壓機角色（不管先前是主空壓機還是輔空壓機），使列車上另一臺空壓機作為主空壓機工作。

5 結語

通過上述空氣干燥器故障判斷條件可以基本判斷空氣干燥器的設備狀態。但對于內部空氣干燥劑質量狀態，也就是輸出壓縮空氣的質量仍不能通過上述這些條件進行判斷，因此對于即使配置了空氣干燥器壓力開關狀態監測及相應故障處理的項目仍建議進行日常綜合性檢查，比如通過庫停檢查短時排放總風缸排水塞門來進行相應判斷。通過總風缸排風狀態（比如是否有水、是否有白色泡沫等異物）對車輛風源系統空氣質量有一個宏觀的界定。