地鐵車輛的空調(diào)系統(tǒng)制冷調(diào)試及故障分析

張致遠(yuǎn) 李春景 董建明

（南京中車鋪鎮(zhèn)城軌車輛責(zé)任有限公司 江蘇南京 210000）

南京地鐵一號線使用的ALSTOM電客車，每列車6輛編組，其空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)采用石家莊國祥空調(diào)有限公司王牌空調(diào)。每列車包括2 臺司機(jī)室空調(diào)、12 臺客室空調(diào)，共有14臺空調(diào)機(jī)組，全部20列車，共有280臺空調(diào)機(jī)組。

筆者在實踐工作中，從現(xiàn)場參與試驗和調(diào)試，在不斷地摸索中也積累了許多經(jīng)驗。本文旨在從地鐵客室空調(diào)結(jié)構(gòu)及工作原理入手，對試驗調(diào)試過程中遇到的故障進(jìn)行了分析探討，并提出相關(guān)處理措施［1-2］。

1 KG44型客室空調(diào)主要結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)型式

空調(diào)機(jī)組箱體結(jié)構(gòu)上分為室內(nèi)蒸發(fā)腔、室外冷凝腔和壓縮機(jī)腔3個部分。

室內(nèi)蒸發(fā)腔內(nèi)有離心式通風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器等部件；室外冷凝腔內(nèi)有軸流式冷凝風(fēng)機(jī)、冷凝器等部件。

風(fēng)出口與回風(fēng)口分別安裝在空調(diào)機(jī)組的前端面與底部。冷風(fēng)出風(fēng)及回風(fēng)通過風(fēng)道與客室內(nèi)部相通。

機(jī)組內(nèi)設(shè)有濾塵網(wǎng)，打開機(jī)組蓋板可進(jìn)行清洗、拆換和操作，使用簡單方便。

銅管以銀釬焊的方式焊接成全封閉的制冷系統(tǒng)，作為制冷劑的R134a封閉在制冷系統(tǒng)管路內(nèi)。

空調(diào)機(jī)組為單元式結(jié)構(gòu)，安裝在客室兩端車頂框架內(nèi)。

為抵御各種惡劣氣候環(huán)境，機(jī)組殼體采用不銹鋼板，機(jī)組蓋板采用噴漆處理，具有高強度、輕量化和耐腐蝕等特點。

機(jī)組通過兩側(cè)翼板與車頂安裝架直接剛性相連。

1.2 KG44型客室空調(diào)主要部件、原理

KG44型客室空調(diào)包括全封閉螺桿式壓縮機(jī)1臺、離心式蒸發(fā)風(fēng)機(jī)2 臺、軸流式冷凝風(fēng)機(jī)2 臺、冷凝器2臺、蒸發(fā)器2臺等主要部件。

1.2.1 螺桿式制冷壓縮機(jī)

螺桿式壓縮機(jī)的工作是依靠嚙合運動著的一個陽轉(zhuǎn)子與一個陰轉(zhuǎn)子，并借助于包圍這一對轉(zhuǎn)子四周的機(jī)殼內(nèi)壁的空間完成的。此機(jī)型采用的是型號為VSK4161-25Y 的全封閉螺桿式制冷壓縮機(jī)，額定輸入功率為16.7kW。

螺桿壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)方向為指定方向，反轉(zhuǎn)會導(dǎo)致壓縮機(jī)受損。VSK4161-25Y 型壓縮機(jī)所用的潤滑油是經(jīng)BITZER指定的BSE170。

壓縮機(jī)具有一個卸載電磁閥，可在任意給定時間內(nèi)根據(jù)制冷負(fù)載要求改變其容量。此裝置還可以在部分卸載時使壓縮機(jī)啟動，從而減小機(jī)組啟動時對電網(wǎng)的沖擊。

1.2.2 離心式風(fēng)機(jī)

為產(chǎn)生把流體輸送到高處或遠(yuǎn)處的能量，葉輪必須通過高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力來實現(xiàn)，空調(diào)系統(tǒng)中用作蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)。

通風(fēng)機(jī)（蒸發(fā)風(fēng)機(jī)）為直聯(lián)多葉片式離心風(fēng)機(jī)，它由電機(jī)、蝸殼、葉輪、底盤組成。

蒸發(fā)風(fēng)機(jī)可以使風(fēng)循環(huán)流動，吸入風(fēng)經(jīng)過蒸發(fā)器時，風(fēng)的熱量會被蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑吸收，風(fēng)的溫度便會下降，吹出冷風(fēng)如此循環(huán)使區(qū)域內(nèi)整體氣溫降低。

1.2.3 軸流式風(fēng)機(jī)

旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓推進(jìn)力使流體獲得能量，升高其壓能和動能，沿軸向流出。適用于大流量、低壓力，空調(diào)系統(tǒng)中用作冷凝器散熱。

冷凝風(fēng)機(jī)的葉輪安裝在立式電機(jī)上，為直聯(lián)軸流式風(fēng)機(jī)。電機(jī)采取防水結(jié)構(gòu)，起吊環(huán)設(shè)在風(fēng)機(jī)安裝盤上。

冷凝風(fēng)機(jī)用于強化冷媒在冷凝器中的凝結(jié)放熱過程，將從室內(nèi)吸收的熱量吹送到外界大氣中。

1.2.4 冷凝器、蒸發(fā)器

冷凝器是換熱器的一種，能把氣體轉(zhuǎn)化成液體并將熱量快速的傳播到空氣中。

蒸發(fā)器也是換熱器的一種，能夠把冷凝液體物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)，通過與外界空氣進(jìn)行熱交換，達(dá)到制冷效果。

1.2.5 其他制冷部件

膨脹閥：節(jié)流降壓、控制流量和過熱度。

干燥過濾器：吸收制冷劑中的水分，過濾制冷劑中的雜質(zhì)，防止水及雜質(zhì)對系統(tǒng)及部件造成損害。確保系統(tǒng)潔凈干燥，提高制冷效果，延長工作壽命。

視液鏡：顯示出系統(tǒng)中是否具有過多的水分。

壓力控制器：分別用于高壓和低壓保護(hù)。如果排出壓力超過或吸入壓力低于相應(yīng)的設(shè)定點，安全壓力開關(guān)將動作并反饋到控制系統(tǒng)，停止壓縮機(jī)，防止系統(tǒng)在非正常壓力下運行。

汽液分離器：把從蒸發(fā)器返回到壓縮機(jī)的冷媒分離成氣體和液態(tài)，使氣體回壓縮機(jī)，避免液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)破壞渦旋盤［3-4］。

1.3 制冷工作原理

制冷劑液從冷凝器流出，通過截止閥、干燥過濾器、視液鏡，并通過膨脹閥。膨脹閥使壓力和溫度降低后，通過分液器把制冷劑平均分配到蒸發(fā)器的各個流程中，制冷系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 制冷系統(tǒng)原理圖

在制冷狀態(tài)下，當(dāng)制冷劑液體流過蒸發(fā)器內(nèi)部的管路時，冷卻了銅管和翅片，進(jìn)而冷卻了翅片周圍的空氣。

低溫低壓的制冷劑氣體離開蒸發(fā)器進(jìn)入壓縮機(jī)，由壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，變成高溫高壓的制冷劑氣體，然后離開壓縮機(jī)。

從壓縮機(jī)出來的氣體進(jìn)入冷凝器。制冷劑氣體冷凝為液態(tài)后，通過截止閥，經(jīng)過干燥過濾器、膨脹閥，重新開始制冷循環(huán)。

總而言之，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)腔中氣體的熱量被低壓低溫的制冷劑液體吸收，氣化成低壓低溫的制冷劑氣體，再被吸入壓縮機(jī)，重復(fù)循環(huán)。

為達(dá)到制冷的目的，制冷過程中制冷劑需要在密閉的環(huán)境中經(jīng)歷壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)4個熱力過程才完成一次制冷循環(huán)。在循環(huán)中，壓縮機(jī)要消耗一定的功，才能將低溫物體放出的熱量轉(zhuǎn)移到高溫的環(huán)境介質(zhì)中（見圖2）。

圖2 制冷循環(huán)圖

2 地鐵車輛空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)

空調(diào)機(jī)組各零部件一般放置在車頂不銹鋼板焊接而成的箱體內(nèi)，加蓋板后形成一個整體。

車廂內(nèi)的空氣通過高速風(fēng)機(jī)被吸入空調(diào)機(jī)箱內(nèi)利用“蒸發(fā)吸熱”的物理原理進(jìn)入空調(diào)機(jī)箱內(nèi)降溫，同時，風(fēng)機(jī)又將降溫的空氣送入車廂內(nèi)。

為了使車廂內(nèi)快速達(dá)到換氣、降溫、舒適的目的，通過設(shè)置在機(jī)組回風(fēng)口的回風(fēng)溫度傳感器和新風(fēng)口的新風(fēng)傳感器，可實現(xiàn)對車內(nèi)空氣溫度自動控制。同時，配合回風(fēng)閥和新風(fēng)閥的控制，空調(diào)機(jī)組能夠自動實現(xiàn)預(yù)冷、制冷和通風(fēng)功能。

3 地鐵空調(diào)系統(tǒng)試驗調(diào)試及常見故障處理

3.1 空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試前的檢查

（1）配線檢查。

（2）空調(diào)連接器插頭安裝可靠。

（3）配電柜電器回路接線正確。

（4）機(jī)組380V 主回路及110V 控制回路的絕緣電阻無異常，有無對地短路現(xiàn)象。

（5）確認(rèn)上述要點無問題后，方可運行機(jī)組。

3.2 空調(diào)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)調(diào)試試驗

3.2.1 空調(diào)試驗啟停要點

首先，啟動通風(fēng)機(jī)，確認(rèn)通風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)，空調(diào)出風(fēng)口和回風(fēng)口出風(fēng)回風(fēng)正常且無異響后，打開壓縮機(jī)查看制冷工作狀態(tài)。實驗結(jié)束后，先關(guān)閉壓縮機(jī)，讓風(fēng)機(jī)再工作幾分鐘把蒸發(fā)器上的水汽吹干后關(guān)機(jī)。

3.2.2 通風(fēng)運轉(zhuǎn)調(diào)試試驗及故障處理

（1）通風(fēng)運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)換開關(guān)開至通風(fēng)擋，兩個通風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)工作需正常，風(fēng)向正確，電流正常，應(yīng)無異常噪聲。在實際運用中，在春、秋兩季通風(fēng)運用很廣泛，有利于地鐵車廂內(nèi)空氣的流通，改善空氣環(huán)境，讓乘客不會感覺到車廂的沉悶，尤其在客流量較大時，更為重要。

（2）通風(fēng)故障分析及處理?？照{(diào)出風(fēng)口無新風(fēng)吹出，一般來說是通風(fēng)機(jī)未工作導(dǎo)致，檢查380V 停風(fēng)機(jī)電源是否給到，觀察配電盤的線路是否有接錯和松動接觸不良等現(xiàn)象。

風(fēng)量不足：一般可以用手對著出風(fēng)口來感覺判斷。第一，通過聽風(fēng)機(jī)的運轉(zhuǎn)聲音來判斷通風(fēng)機(jī)是否反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)發(fā)出的聲音很嘈雜，可以通過更改UVW任意兩項解決。第二，檢查蒸發(fā)器是否結(jié)霜或結(jié)冰，可通過送風(fēng)運轉(zhuǎn)化冰、化霜。第三，檢查送風(fēng)道處等是否有堵塞，如果出現(xiàn)堵塞須及時進(jìn)行修理。

通風(fēng)機(jī)電機(jī)不轉(zhuǎn)：檢查電機(jī)控制線路或電氣設(shè)備有無故障。檢查電機(jī)線圈是否燒毀。用萬用表測量線圈是否擊穿而碰殼體，并檢查每項電阻值是否接近或相等。若有一相電阻值特別小時，則說明這相繞組燒毀或匝間短路，查明后更換電機(jī)。

通風(fēng)機(jī)有噪音：可以用電流表測量風(fēng)機(jī)相序三相是否平衡。檢查葉輪是否與金屬物有摩擦，如有可能是緊固螺釘松動使葉輪移動而碰撞，或是安裝時位置未調(diào)好。檢查機(jī)殼與支架緊固螺栓是否有松動，如有應(yīng)及時旋緊。

3.2.3 制冷運轉(zhuǎn)調(diào)試試驗及故障處理

（1）半冷運轉(zhuǎn)試驗。轉(zhuǎn)換開關(guān)開至半冷檔，通風(fēng)機(jī)和一個冷凝風(fēng)機(jī)接觸器運行，隨后延時繼電器得電，延時45s，壓縮機(jī)線圈一接觸器得電，隨后延時繼電器得電延時0.5s，壓縮機(jī)線圈二接觸器得電，此時壓縮機(jī)工作，壓縮機(jī)半載運行（因為此時電磁調(diào)節(jié)閥不工作）。

（2）全冷運轉(zhuǎn)試驗。轉(zhuǎn)換開關(guān)開至全冷擋，通風(fēng)機(jī)和2個冷凝風(fēng)機(jī)接觸器運行，隨后延時繼電器得電，延時45s，壓縮機(jī)線圈一接觸器得電，隨后延時繼電器得電延時0.5s，壓縮機(jī)線圈二接觸器得電。當(dāng)延時繼電器延時10s 后，電磁調(diào)節(jié)閥吸合，開始工作，此時壓縮機(jī)滿載運行。

（3）制冷故障分析及處理。空調(diào)機(jī)組出風(fēng)但不制冷，說明壓縮機(jī)未工作，此時，首先，檢查壓縮機(jī)380V電源電源是否正常，再根據(jù)圖紙，檢查線路中的接線是否有錯誤、有無接觸不良現(xiàn)象。然后，觀察熱保護(hù)元件有無動作。如線路上無問題，也可能是壓縮機(jī)電機(jī)內(nèi)部繞組匝間短路或絕緣老化造成電機(jī)啟動異常。最后，檢查壓縮機(jī)內(nèi)部機(jī)械是否部分損壞，出現(xiàn)過載，導(dǎo)致電機(jī)啟動異常，查明后，修理或更換壓縮機(jī)。

空調(diào)制冷運轉(zhuǎn)過程中突然制冷中斷，壓縮機(jī)接觸器斷開，此時，不可重復(fù)啟動空調(diào)，以免損壞壓縮機(jī)。可能原因：第一，空調(diào)機(jī)組中的熱保護(hù)元件動作，檢查高低壓力開關(guān)是否動作。第二，毛細(xì)管中堵塞，導(dǎo)致制冷劑不能進(jìn)入蒸發(fā)器中吸熱。第三，上車頂檢查制冷劑是否有泄漏情況，查明原因后補充制冷劑。

4 結(jié)語

地鐵空調(diào)裝置是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)。本文主要從地鐵客室空調(diào)結(jié)構(gòu)型式及主要部件功能及制冷工作原理入手進(jìn)行了介紹分析，闡述了地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)試驗調(diào)試和制冷試驗調(diào)試及其中的一些注意要點，并且對調(diào)試過程中常見故障產(chǎn)生的原因與處理方法進(jìn)行了分析總結(jié)。

當(dāng)然，在空調(diào)系統(tǒng)的運行過程中，出現(xiàn)的故障不僅僅局限于上述的幾類故障。以上是筆者在工作中對地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)制冷調(diào)試的一些見解和經(jīng)驗，有不足之處，請專家指導(dǎo)指正。在今后的工作中，筆者會繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，掌握更多的專業(yè)知識，通過不斷提高自己的業(yè)務(wù)技能和水平，在平凡的崗位上發(fā)光發(fā)熱。