地鐵昌平線車輛總風管路有水問題分析與改善方案探究

摘 要：風源系統作為軌道交通車輛的重要系統之一，為車輛制動系統及其它車載氣動元件提供干燥清潔的壓縮空氣，而對壓縮空氣的干燥效果受機組運行環境影響較大。文章結合空氣干燥原理，對城軌車輛總風管冬季含水問題進行分析，提出空氣凈化機組改進措施。

關鍵詞：空氣凈化機組；管路含水；分析改進

風管路內的液態水會造成金屬器件、管道生銹腐蝕，造成運動部件銹死或磨損，使氣動元件動作失靈和漏氣，水分銹蝕物還會堵塞節流小孔或過濾網；在溫度較低時，水分結冰還會造成管道凍結、凍裂或氣動部件失靈等故障。由于空氣干燥效果不良，使氣動系統的可靠性和使用壽命大大降低，由此造成的損失往往大大超過氣源處理裝置的成本和維修費用，故保證正常工況下風源處理系統的可靠性是絕對必要的。

1 故障概述

北京地鐵昌平線地鐵車輛風源系統采用TSAG-0.9ARII空氣凈化機組，2011年12月份在校準BHB減壓閥過程中，發現減壓閥內排出一定量的磚紅色液態水，并且在空壓機啟動壓力開關和總風管過濾器等處，同樣發現有液態水的存在，夏季無液態水出現。昌平線主要為高架線路，運行環境溫差較大，冬季環境最低氣溫-15℃左右，夏季可達35℃，甚至更高。

2 凈化機組工作原理及工作過程

TSAG-0.9ARII空氣凈化機組對氣體的處理流程如下：

第一步：通過電機帶動螺桿，空氣壓縮機產生高溫的濕空氣；

第二步：高溫高濕的壓縮氣體通過帶有散熱器的后冷卻裝置，通過連接于電機的強冷風機對后冷卻器進行降溫處理，帶走高壓氣體熱量；

第三步：降溫后的高壓氣體依次經過油水分離器、精密和超精密過濾器，將其中凝結的液態水滴、油滴和固體顆粒物進行分離、過濾；

第四步：經過凈化的壓縮空氣進入膜管干燥器，膜管干燥器主風路出口處有一個溢流閥，膜管內的壓力達到開啟壓力后溢流閥才會開啟，這樣為更多的水分從膜管表面滲出提供了基本的壓力，再利用溢流閥下游經過干燥處理的空氣反吹膜管外表面滲出的水分，并與大氣相連。

在這里，我們首先將膜式干燥器脫水膜的工作原理進行簡要說明。

脫水膜是利用有特殊選擇性的膜絲，對水分子進行去除。 膜絲具有選擇性滲透功能，僅允許水分子由高濃度側轉移至低濃度側，達到最終平衡狀態。脫水膜便利用此原理，使飽和壓縮空氣中高濃度水分子轉移，同時并不會損失壓縮空氣，從而達到使壓縮空氣干燥的目的。原理如圖：

3 影響凈化機組干燥效果的因素分析

根據原理，影響膜管干燥效率的因素有：

（1）壓力

空壓機打風的過程是一個壓力上升的過程，膜管工作壓力與溢流閥開啟壓力相關，所以溢流閥開啟壓力越接近膜管工作額定壓力，膜管干燥效率越高，同時膜管前端的壓縮空氣也能凝結出更多的水。

（2）進口壓力露點

進口壓力露點越低，也就是說壓縮空氣進入膜管前析出的水越多，經過膜管干燥后，出口氣體越干燥。

（3）反吹氣量

技術協議對反吹量的要求是15%。

凝結水一般隨飽和壓縮空氣進入干燥器內進行干燥與凈化處理。如果干燥器干燥效果不佳，相對濕度及溫度較高的壓縮空氣將進入空氣制動機和其他風動設備。由于壓縮空氣的自然冷卻，溫度將下降，壓縮空氣的相對濕度將再次上升，并可能再次析出水分。

所以為了減輕膜管干燥器的工作負擔，保障干燥效果，由壓縮機輸送到空氣干燥器處理的壓縮空氣應盡可能接近環境溫度，從而使盡可能多的水分在壓縮空氣進入空氣干燥器前冷卻凝結。但實際上為防止冬季冷卻管內結冰，或干燥器內結霜，不可能將進入空氣干燥器的壓縮空氣冷卻到與環境溫度相同，這就使經空氣干燥器干燥處理后的壓縮空氣與環境溫度之間存在一個溫差。所以空氣干燥器輸出的壓縮空氣相對濕度的控制指標一定要考慮這一溫差。

4 運行環境典型溫度統計

下圖是昌平地區一年之中平均氣溫最高月份的氣溫走勢圖：

下圖是昌平地區一年之中平均氣溫最低月份的氣溫走勢圖：

5 控制指標確定

我們對壓縮空氣的最終控制目標是：在一日平均氣溫定為-5℃，壓縮空氣溫度降到環境氣溫時，相對濕度在30%以內（壓縮空氣在相對濕度35%這種“臨界濕度”以下，不會對壓縮空氣裝置產生大氣腐蝕，即使空氣中存在所謂腐蝕誘發劑如酸等，也不出現腐蝕，昌平線技術協議要求相對濕度在30%以內）。

上圖為焓濕圖，我們從圖中可以查出壓縮空氣不同溫度下的壓力露點與相對濕度的關系，將上述的溫差（螺桿壓縮機干燥后的排氣溫度與環境溫度溫差不高于+15℃）考慮進去，即出口溫度10℃，為保證干燥效果，查上表可得空氣干燥器的干燥控制指標應確定為相對濕度10%左右。這樣也就滿足了地鐵車輛空氣管路系統在壓縮空氣降溫到環境溫度時，使壓縮空氣達到干燥處理的要求，即相對濕度不大于30%。

6 改進措施

綜上所述，我們必須在能夠達到技術要求的前提下，最大限度的節約成本，我們應做如下改善：

（1）要根據壓縮空氣溫度目標值，進一步改善冬季后冷卻裝置的冷卻性能（有條件還可以考慮通過后冷裝置結構改善，實現冷卻能力與環境溫度變化相關聯的特性）。

（2）要根據后冷裝置改善后，在環境溫度最低，保證膜管出口壓縮空氣濕度達標的情況下，重新確定膜管尺寸規格；根據壓縮空氣濕度與壓力實測值關系，調整溢流閥開啟壓力。

（3）改善管路安裝結構，有盲端的總風壓管路（如總風壓壓力監測管路等）應該盡量避免“U”形結構，并采用最低點高度高于總風缸供風管路的“L”形結構，可以保證即使有液態水出現的情況下，也可以回流至總風缸，在檢修過程中及時將水排出。

參考文獻

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[2]TBT 3124-2005機車車輛制動用壓縮空氣質量等級及測量方法

[3]蔣琳，電力機車冬季防寒改進措施，電力機車與城軌車輛，2004-1-20

[4]石家莊嘉祥精密機械有限公司 TSAG-0.9ARII 空氣凈化機組使用說明書，第一版

[5]Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH雙罐式空氣干燥設備說明書B-MA20.26-zh

作者簡介：馬輝，（1985.10）男，漢族，河北保定人，南車（天津）地鐵車輛有限公司，車輛調試與檢修。