成都地鐵客室正壓問題分析及解決措施

龔承啟，曾利川，楊明東，羅賓粵

(成都地鐵運營有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

成都地鐵5號線調試期間，批量性地存在當客室空調開啟后，客室車門產生“防擠壓”導致無法正常關閉的現象，該現象不僅嚴重影響了開關門的效果，且可能會對列車的正線運營造成極大的影響。地鐵車輛通風系統是地鐵車輛空調系統的重要組成部分，如果排風口設置不合理往往會產生客室正壓過大使得車門無法正常關閉，此外，同期的成都地鐵8號線、成都地鐵9號線也存在類似的問題，因此，探討一種合理的降低客室內壓的方法有著極為重要的意義。

文獻[1]通過建模對地鐵A型列車內壓特性進行了分析，文章指出地鐵A型車正常情況下正壓值應在30 Pa～50 Pa之間，正壓值偏高則可能是由于廢排風量偏小，導致車門關閉困難。文獻[2]中指出深圳地鐵1號線車輛采用在門下增加一排導氣孔、南京地鐵1號線車輛采用在側墻增加排風口數量來降低內壓，但同時造成了車廂不密閉、噪聲過大等問題。文獻[3]對車輛通風系統的壓力問題進行了探討，認為設計排氣門應考慮排氣門的大小、自重、傾斜角度以及排氣口的面積。文獻[4]對車輛廢排風帽排風特性的數值進行了研究，得出了隨著排風風帽進口速度的增大廢排風帽內的阻力也逐漸增加的結論。本文結合成都5號線8A編組列車通風系統分布的特點，對比多種整改方案，提出了一種在車頂增加通風器的方法，有效地降低了客室正壓。

1 成都地鐵5號線空調通風系統

成都地鐵5號線為A型鋁合金等斷面車輛，采用跨座式空調。新風方式為：空調機組自帶新風口，新風從新風口進入空調機組內部后，與回風混合。回風方式為：車內回風通過車輛頂板處回風格柵、回風道、空調機組下部的回風口進入空調機組，與新風混合。送風方式為：新風、回風混合后經蒸發器降溫除濕處理后通過送風機送入客室。排風方式為：客室內部的廢氣經側墻、頂板處的間隙進入車頂后，經自然排風裝置排出室外。

對成都5號線5010車內進行正壓和風量測試時，發現車內正壓過大，約110 Pa，高于標準要求的30 Pa～50 Pa，導致新風量不足，且車門在出現“防擠壓”時無法正常關閉。此外成都8號線車內正壓約70 Pa，9號線車內正壓約77 Pa，同樣存在正壓過大的問題。緊急通風及正常通風情況下，5號線車輛客室的正壓具體數據如表1所示。表1中Tc車為頭車，Mp車為帶受電弓的動車，M車為不帶受電弓的動車。

表1 成都地鐵5號線客室正壓情況 Pa

2 客室正壓問題原因分析

由于客室排氣一般是相對新風的，如果車輛客室只引入新風，則該車輛客室就是正壓，根據理想氣體狀態方程：

pV=nRT.

(1)

其中：p為氣體壓強，Pa；V為氣體體積，m3；n為氣體物質的量，mol；R為理想氣體常數；T為理想氣體的熱力學溫度，K。該方程嚴格意義上講只適用于理想氣體，但可近似用于常溫常壓下客室內的真實氣體，即：

p0V0=nRT.

(2)

其中：p0為客室內部氣體壓力;V0為客室內部氣體的體積。

由式(2)可得：

(3)

由式(3)可知：在V0、R、T為定值的情況下，無論是新風量的增加，還是回風量的增加，只要總量增加，車內氣體物質的量n就會增加，導致客室氣體壓強p0增大。

為保證成都地鐵5號線車輛密封及噪聲指標，在設計過程中重點考慮了門、窗及貫通道等部件的密封性，同時為滿足防火要求，車下所有過線孔、過管孔均進行了防火密封處理。客室內氣流組織分布如圖1所示，由于整車密封性過高，導致空調送新風后，車內空氣導出不暢通，使得車內氣體總量增大，造成車內正壓高。

圖1 客室內氣流組織斷面示意

3 客室正壓問題整改方案

由于正壓問題的主要原因是上部排風通路狹小導致氣體無法及時排出，故其解決方案是改善排風通路和尋找新的排風通路，主要從以下三個方面入手：

(1) 優化車頂排風通路。

(2) 增加門下部排風空間。

(3) 優化端部排風通路。

針對上述情況，提出了優化通風器的排風通路、增加門下部排風空間、將部分門膠條更換成毛刷、去除門踏板處密封膠等若干條措施，并在同期成都地鐵5號線、成都地鐵8號線、成都地鐵9號線列車上的現場進行整改驗證，整改措施及效果如表2所示。

表2 整改方案及效果對比

實施表2的方案后，通過在成都地鐵5號線、8號線、9號線的客室正壓整改效果可以看出：上述方案雖然在不同程度上降低了車內正壓，但均不能徹底解決該問題，且部分方案存在氣密性差的問題。由于成都地鐵5號線客室內壓達到110 Pa，遠高于標準要求的客室正壓60 Pa～80 Pa，因此，應通過合理的增加廢排口的數量來大幅度降低客室內的總風量。

3.1 整改方案描述

最終經過討論，提出了一種在車頂增加通風器的方案，經初步計算：5號線項目每列車所需開口640 000 mm2，現有單臺通風器在全開狀態時，排風面積約58 000 mm2，則每列車需新增通風器640 000/58 000≈11個。

每列車新增通風器的布置方案為：Tc車在二位端增加一個通風器，Mp車在一位端增加一個通風器，M車在一、二位端增加兩個通風器，新增的通風器與現有通風器保持一致。Tc車通風器縱向布置如圖2所示。

圖2 Tc車通風器縱向布置示意圖

3.2 操作步驟

(1) 拆卸新增通風器位置下方扶手、車底部幅流風機格柵、防寒材等部件。

(2) 對內裝、幅流風機及其布線等部位進行保護，主動收集車體開孔過程中的鋁屑，防止鋁屑飛濺。

(3) 車頂開105 mm×895 mm方孔，方口周圍鉆10個直徑為8 mm的圓孔，用于安裝通風器法蘭，開孔后使用吸塵器清除型腔內鋁屑。

(4) 使用橡膠泡棉與密封膠封堵外露型腔。

(5) 去除通風器法蘭安裝面附近的防滑漆。

(6) 通風器法蘭安裝前底面施膠密封，安裝通風器法蘭，四周施膠密封。

(7) 安裝通風器。

(8) 對拆卸的相關部件進行恢復安裝。

整改方案的斷面示意圖如圖3所示。

圖3 整改方案斷面示意圖

現車在每一列車增開640 000 mm2的通風口，通過對Tc車進行正壓測試，得到客室正壓及風量數據如表3所示。

表3 整改后客室正壓及風量情況

從表3可以看出：客室正壓從110 Pa降到46 Pa，滿足客室正壓要求標準，且新風量、回風量、總風量均符合設計要求。使用水管對車頂新增通風器四周進行測試，在客室內部進行觀察，數小時內未出現滲水現象，滿足密封性要求。

4 結論

本文通過對成都5號線正壓問題的研究，得出以下結論：

(1) 采用增加端部排風通路，貫通道下方開孔的方法對客室正壓減小效果并不明顯。

(2) 采用增加門下部排風空間，將部分門膠條更換成毛刷的方法可降低客室正壓20 Pa～30 Pa，該方案適用于客室正壓略高出標準的情況。

(3) 通過優化車頂防寒材、優化車頂兩側線槽的方法可降低客室正壓40 Pa左右，但該方案對工藝要求較高，且降低正壓數值不穩定。

(4) 采用在車頂增加通風器的方案可以降低正壓64 Pa，且該方案密封性符合要求，目前該方案已在地鐵成都5號線批量整改，但是還存在整改流程復雜、周期較長的問題。

由于成都5號線列車客室正壓高達110 Pa，表2中方案并不能從根本上解決客室正壓過大的問題，故成都5號線最終采用了在車頂增加通風器的方案。正壓問題是城市軌道車輛的常見問題之一，其他線路可參考本文的數據根據自身的情況選擇更為合適的方案。