城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術研究

原宇博

（貴陽市城市軌道交通集團有限公司運營分公司，貴陽 550000）

0 引言

城市軌道交通車輛內部是個人員聚集密度大、密閉時間長的一種空間，因此主要依賴空調制冷系統來進行通風調溫[1]。目前，國內外對于城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的研究均十分重視，并取得了多樣化的研究成果。國外主要針對城市軌道交通車輛空調機組漏水故障的診斷等方向進行研究，王振飛等[2]提出一種基于信號參數法的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術，主要通過信號參數法實現城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修。國內主要側重于研究神經網絡、模糊控制等方面，有學者提出一種基于動態循環控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術，主要通過動態循環控制技術實現城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修。由于在利用以上檢修技術進行城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修時，受漏水故障數據量較大的影響而無法進行數據測點布設，在制冷溫度為20～28 ℃時，存在漏水故障檢測率較低的問題，因此提出一種新的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術。

1 城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術

1.1 構建數學模型

通過獲取城市軌道交通車輛空調機組的基本技術參數，構建城市軌道交通車輛空調機組部件數學模型[3]。獲取的城市軌道交通車輛空調機組的基本技術參數如表1所示。

根據表1所示城市軌道交通車輛空調機組的基本技術參數獲取空調機組易出現漏水故障部件的對應數學模型，包括毛細管、蒸發器、冷凝器。其中，冷凝器模型的構建首先需要假設其具備穩定的工作狀態且符合熱平衡方程，也就是冷凝器傳遞的空氣、熱量以及熱負荷三者保持平衡[4]。構建的冷凝器模型包括熱負荷模型、熱量模型以及換熱量模型。

表1 城市軌道交通車輛空調機組的基本技術參數

其中熱負荷模型具體如下：

式中：Qc為冷凝管的實際熱負荷；Qe為制冷量；Pi為壓縮機指示功率。

熱量模型具體如下：

式中：Qa為空氣所帶走的整體熱量值；qa為空氣實際質量流量；ca為空氣比熱容；ta2、ta1分別為冷凝器中空氣出、進的溫度；qr為制冷劑的實際質量流量；hr2、hr1分別為冷凝器中制冷劑出、進的焓值[5]。

換熱量模型具體如下：

式中：Qb為冷凝器實際換熱量；K為傳熱系數；A為傳熱面積，其基準為外表面；Δtm為空氣與制冷劑的傳熱平均溫差[6]。

蒸發器與冷凝器的數學模型是一致的。

毛細管的數學模型首先需要假設在管內制冷劑是絕熱均相一維流動。其數學模型為微元控制方程，具體包括連續性、能量方程，具體如下：

式（4）～（5）中：d為毛細管直徑；G為灌注量；h為毛細管長度；v為比容[7]。

1.2 數據測點布設

根據構建的城市軌道交通車輛空調機組部件數學模型選取漏水故障特征參數，在參數所在處對城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修數據測點進行布設[8]。選取的漏水故障特征參數包括壓縮機排氣以及吸氣溫度、冷凝溫度、蒸發溫度。

其中，冷凝溫度、蒸發溫度需要通過對冷凝壓力和蒸發壓力進行測量，并對制冷劑的實際熱力性質進行查閱來間接獲取冷凝溫度與蒸發溫度數據。在其數據測點布設中，需要利用壓縮機的出口壓力與進口壓力對冷凝壓力和蒸發壓力進行代替，并在其出口處與進口處對壓力傳感器進行安裝。

壓縮機排氣以及吸氣溫度需要在其出口處與進口處對TP200 溫度傳感器進行布設以測量該數據[9]。最終選定的測點共16個，具體如表2所示。

表2 最終選定的測點數據

1.3 空調機組漏水檢修

設計一個空調機組漏水檢修系統，連接各個測點的傳感器，實現城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修。設計的空調機組漏水檢修系統由打印機、CRT 顯示器、計算機、A/D 變換器、調制放大器、數據采集卡、檢修軟件構成。通過數據采集卡能夠將檢修系統與布設的各測點進行對接，并向計算機傳送采樣測點的漏水故障數據，由計算機對數據進行整理和計算，在CRT 顯示器上顯示結果。計算機還與打印機相連，能夠實現打印輸出、回放、存盤等功能。其中，打印機、CRT 顯示器、計算機、數據采集卡共同構成數據采集模塊，主要負責檢測漏水故障[10]。A/D 變換器、調制放大器、檢修軟件共同構成控制模塊，能夠對漏水故障處進行控制與調節，通過數據采集模塊與控制模塊共同實現空調機組漏水檢修功能。

2 空調機組漏水檢修實驗

2.1 實驗設計

為證明設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的性能，對其進行實驗驗證。實驗中的城市軌道交通車輛空調機組運行工況數據具體如表3所示。

表3 實驗城市軌道交通車輛空調機組運行工況數據

城市軌道交通車輛空調機組多發漏水故障實驗，其實物圖如圖1所示。利用設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術對城市軌道交通車輛空調機組進行漏水檢修實驗，獲取制冷溫度為20～28 ℃時的漏水故障檢測率數據作為實驗數據。為避免本次實驗結果過于單一而缺乏對比性，將原有的兩種技術作為實驗中的對比技術。對比幾種實驗技術的漏水故障檢測率實驗數據。

圖1 實驗城市軌道交通車輛空調機組實物圖

2.2 實驗結果

在制冷溫度為20～28 ℃時，普通工況下，設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術與基于信號參數法、基于動態循環控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的漏水故障檢測率實驗數據對比結果如表4所示。根據漏水故障檢測率實驗數據對比結果可知，在普通工況下，設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的漏水故障檢測率高于基于信號參數法、基于動態循環控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術。

在過渡季節的工況下，設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術與基于信號參數法、基于動態循環控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的漏水故障檢測率實驗數據對比結果如表5所示。根據漏水故障檢測率實驗數據對比結果可知，在過渡季節的工況下，設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的漏水故障檢測率高于基于信號參數法、基于動態循環控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術。

表4 漏水故障檢測率實驗數據對比數據

表5 漏水故障檢測率實驗數據對比數據

3 結束語

當城市軌道交通車輛空調機組出現運行問題后，會對城市軌道交通車輛內部空間的空氣質量造成直接影響，并降低隨行人員與乘客乘坐車輛時的舒適性。對于城市軌道交通車輛空調機組而言，最常見的運行問題就是漏水問題，其發生頻率遠高于其他問題，因此必須通過城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術對車輛空調機組進行漏水檢修，以防止頻繁發生空調機組漏水問題。城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術實現了漏水故障檢測率的提升，對于城市軌道交通車輛空調機組的日常維護有很大意義。