一種鐵路貨車空調系統的設計及應用

馬冰冰 袁峻萍

摘 要：本文提出一種鐵路貨車空調系統設計方案并對其進行詳細闡述，其主要由空調機組、廢排裝置、新風裝置、風道等組成，為研發快速鐵路貨車空調系統提供實際參考價值。

關鍵詞：貨運;軌道車輛;空調機組

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.043

1 概述

我國是鐵路運輸大國，鐵路貨車的發展為鐵路運輸提供了很大的便利，也為我國工業的發展做出了重大貢獻。伴隨著我國鐵路第六次大提速，客運動車組應運而生，目前已有上千列和諧號、復興號動車組馳騁祖國大地，而鐵路貨車的發展仍停留在低速、重載的發展模式。為響應國家建設美麗中國的倡導，綠色物流近年來發展迅速，即在追求經濟效益的同時不損害生態環境，實現經濟社會發展與生態環境保護的“雙輪驅動”，而鐵路運輸正符合綠色物流發展的需求。為充分發揮我國鐵路運輸的優勢，我國急需一種高速貨運軌道車輛，本文提出一種適應于高速貨運軌道車輛的空調系統，為研發鐵路貨車空調系統提供實際參考價值。

2 空調系統設計

空調系統主要由空調機組、廢排裝置、新風裝置、風道等組成，工作區和司機室區域設置空調機組，由風道將送風傳輸道工作區和司機室區域，為隨車人員和司機提供舒適的環境。貨倉區在車體側頂處設置4個新風裝置，車下設備艙設置1個廢排裝置，廢排裝置由車輛網絡根據車內溫度進行控制，保證貨倉區正常的通風需求。

2.1 空調機組

空調機組采用頂置單元式結構，集制冷、制熱、新風、廢排、主動式壓力保護為一體，具有體積小、重量輕、結構緊湊、檢修方便等優點。空調機組主要由全封閉型立式渦旋壓縮機、室內通風機、冷凝風機、廢排風機、新風高壓風機、廢排高壓風機、蒸發器、冷凝器、膨脹閥、干燥過濾器、氣液分離器、高低壓開關、機組電加熱器等構成。

（1）壓縮機。每臺空調機組采用2臺全封閉型立式渦旋壓縮機，運行平穩，振動噪聲小，通過兩臺壓縮機工作狀態組合，可實現空調機組多級能量控制，即25%、50%、75%、100%。兩臺壓縮機可實現順序起動、均衡工作，運轉臺數及各壓縮機工作狀態可根據負荷大小進行控制。（2）蒸發器、送風機。蒸發器采用親水膜鋁翅片套內螺紋銅管結構，便于清洗、保養。蒸發器下部設有接水盤及排水管，可順利地將冷凝水排至車下。蒸發風機為離心式結構，電機設有過載、短路及缺相保護等保護功能。（3）冷凝器、冷凝風機。冷凝器采用親水膜鋁翅片套內螺紋銅管結構，換熱效率高，便于清洗、保養。冷凝器框架使用不銹鋼材質，具有良好的耐腐蝕性能。冷凝風機為軸流式結構，電機設有過載、短路及缺相保護等保護功能。（4）高、低壓壓力開關。系統中設置高、低壓壓力開關，當制冷系統的排氣壓力過高或吸氣壓力過低時，停止壓縮機的運轉，以保護壓縮機。（5）膨脹閥。當高壓高溫的制冷劑液體流經膨脹閥時，起到節流降壓的作用，使高壓高溫的制冷劑液體變成低壓低溫的汽液混合的制冷劑。（6）干燥過濾器。制冷系統管路設有干燥過濾器，對制冷劑進行干燥、過濾。（7）高壓風機。新風、廢排高壓風機靜壓高，滿足行車時的車外壓力波動要求。（8）機組電加熱器。電加熱管外附散熱片，散熱效率高，同時設兩級溫度保護。

2.2 廢排裝置

廢排裝置吊掛在車下設備艙內，列車網絡通過設置在貨倉區的溫度傳感器，根據車內溫度控制其啟停，實現貨倉內空氣流通。

2.3 新風裝置

新風裝置主要由格柵、雨水分離器、連接風道等組成。

2.4 風道

風道設置在車頂，將空調送風傳輸到工作區和司機室。風道材質采用玻璃鋼，可降低整車重量。

3 空調系統設計參數

環境溫度：-40℃～+40℃;相對濕度：≤95%;海拔高度：≤2000m;制冷量：10kW;制熱量：10kW;空調新風量：150m3/h;循環通風量：1800m3/h;制冷劑：R407C。

電源：主回路：3相AC380V 50Hz;控制回路：DC100V。

4 結束語

本文從空調機組系統設計出發，綜合考慮結構、性能、運用維護等方面因素，提出一種軌道貨運車輛空調系統設計方案，具有如下特點：

（1）空調整體單元式結構，高度集成化，具有制冷、制熱、新風、廢排、主動式壓力保護功能，結構緊湊，體積小，便于安裝及檢修。（2）遵循冗余設計原則，采用雙回路制冷系統和多組電加熱，保證一個系統故障時仍能維持機組運轉。（3）采用環保型制冷劑，減小對環境的損害。（4）制冷能力多級調節，提高舒適性，降低功耗。

該方案特別適應于動力分散式高速列車，智能化程度高、車內環境舒適性高，為軌道車輛空調系統設計提供一種思路。

作者簡介：馬冰冰（1988-），男，河南人，工學碩士，工程師，研究方向：軌道車輛空調系統。