一種新型高速動車組空調機組的研究與應用

摘 要：文章主要介紹了一種可適應我國高寒、強風沙、強紫外線、隧道多等復雜運用環境的高速列車空調機組，該型空調機組首次應用于國內外高速動車組。

關鍵詞：環境；高速動車組；空調機組

1 概述

為適應我國西北及西南區域高海拔、空氣稀薄、隧道多、風沙大、高寒多雪、強紫外線的復雜線路環境，保證高速動車組車廂內舒適環境，研究開發了一種新型高速動車組用空調機組。該空調機組采用模塊化設計，將多種功能高度集成，極大地方便了安裝、檢修維護工作。

2 空調機組組成

該型空調機組為單元式、車頂安裝結構；集通風、制冷、制熱、新風、廢排、車內壓力主動控制等功能于一體，并能較好地適應我國高原地區的復雜運用環境。

空調機組主要有制冷系統、蒸發風機、電加熱、冷凝風機、廢排風、壓力主動控制組件等主要組成部分，主要組成見圖1。

圖1 空調機組主要組成及結構圖

3 主要功能

空調機組除了具有通風、制冷、制熱、新風、廢排等常規功能外，還具有主動式車內壓力功能，可適應高寒、高海拔等復雜運營環境，該部分功能如下。

3.1 主動式車內壓力控制

列車高速通過隧道或隧道內交會時，車外的氣壓變化會通過車輛的新風口、廢排口傳入車內，導致車廂內氣壓變化率明顯增大，乘客會感覺到耳鳴，對列車舒適性造成嚴重影響。為解決上述問題，目前國內外高速動車組采取的壓力波動控制方式主要有兩種：第一種是主動式壓力控制裝置，采用機外靜壓較大的新風機和廢排風機抑制車外壓力波動傳入車內；第二種是被動式壓力控制裝置，通過控制新風進口、廢氣排出口的關閉和開啟，隔絕車外壓力波動對車廂內的影響。

兩者相比較，主動式壓力控制裝置可持續保證新風供給和廢氣排出，更適合于高海拔空氣稀薄、線路長、多隧道、車內人員密集的運用環境。動車組高速運行時，主動式壓力控制裝置工作，新風閥和廢氣閥門關閉，通過變頻控制的高壓風機實現車內的新風吸入與廢氣排出，此時新風和廢氣流向示意圖見圖2。

動車組低速運行時，主動式壓力控制裝置停止工作，新風閥和廢氣閥門開啟，通過空調機組送風機和廢排風機實現車內新風的吸入與廢氣排出。高壓風機停止工作，可降低空調機組工作時噪聲和功率消耗，此時新風和廢氣流向示意圖見圖3。

圖3 動車組低速運行時新風和廢氣流向示意圖

3.2 高原環境適應性

我國西北地區多為高原地區，動車組運用線路多為高寒、多雪、紫外線輻射強、多風沙的環境，因此，在結構及功能設計上進行了重點考慮。

（1）空調機組所選用電機、潤滑油脂、橡膠密封件、電氣元件等均在-40℃的低溫環境下進行了試驗驗證，可在-25℃的環境溫度下啟動，在-40℃的環境下正常運轉。

（2）針對高寒地區多雪問題，避免車廂新風吸入口被降雪封住，影響車內新風的吸入，在空調機組的新風口設置了融雪裝置。在-20℃條件下，進行除雪試驗，人工造雪效率為30L/h，相當于我國的烏魯木齊歷史上的最大降雪量，試驗進行1小時試驗后，空調機組新風口積雪基本消除，除雪效果較好。

（3）我國西北地區日照時間長，空氣透明度號，因此，紫外線輻射強烈。西北地區全年日時數約為3200h-3300h，輻射量在6680MJ/m2-8400MJ/m2，而海拔每上升1000m輻射量約增加10%。因此，空調機組部件材料方面充分考慮了抗輻射性能，對裸露在大氣中的電氣線纜均采用了抗紫外線的保護線管。

其次，強紫外線輻射條件下，即使環境溫度較低，但車內溫度也會較高，有制冷需求。空調機組采用了雙速冷凝風機，通過制冷系統冷媒壓力傳感器控制風機的高、低速切換，保證在環境溫度較低時，也能滿足車廂內的制冷需求，

（4）西北地區線路穿過了戈壁灘區域，春秋季節風沙較大。為保證新風質量和制冷效果，空調機組兩側設置了過濾裝置。在新風區域的過濾采用了兩級過濾，第一級為迷宮式過濾結構，過濾較大的沙粒，第二級為褶皺式高效無紡布過濾網，過濾直徑為0.075mm以上的沙粒。冷凝進風方面，冷凝器翅片間距相比常規結構增大，冷凝風中攜帶的沙塵可直接通過翅片，兩側進風區底部設置了排沙口，避免設備內部沙塵堆積。

4 運用及試驗驗證

在國內蘭新線試驗期間，對該型空調機組的上述性能進行了近1年的運行試驗驗證，制冷、通風、采暖等設計功能正常，系統環境適應性良好。

在線路中典型的紅西隧道內通過和交會時分別進行了車內壓力變化測試，試驗隧道為復線，截面積為100m2，長度為1334m，車輛運行速度為250km/h，車內的壓力變化數據見表1。測試結果表明該型空調機組的主動式壓力控制功能良好，滿足設計及相關標準要求（800Pa/3s）。

5 結束語

該新型空調機組與既有的國內外高速動車組用空調機組相比，主要針對高寒、高海拔、強風沙、強輻射、隧道多等復雜環境，進行了諸多改進和創新，不僅提高了動車組運行時車內環境的舒適性，也極大地提高了動車組的運用可靠性和可維護性。

參考文獻

[1]李樹典.CRH2型200km/h動車組車內壓力波動控制研究[J].機車電傳動，2009（2）.

[2]韓春剛，宋永順.蘭新高速鐵路環境對動車組性能的影響分析及對策[J].鐵路計算機應用，2014（2）.

作者簡介：夏建軍（1981，7-），男，漢族，籍貫：四川仁壽，學歷：大學本科，職稱：工程師，主要從事動車組、客車空調系統的設計研發。

李來彬（1974，6-），男，漢族，籍貫：山東臨沂，學歷；大學本科，職稱：高級工程師，主要從事動車組、客車通風系統的設計研發。