鐵路車輛空調制冷管路檢漏方法研究

顧鵬 郝先濤

摘 要：目前，我國的經濟在快速發展，社會在不斷進步，一般車輛空調機組制冷管路采用介質檢漏法進行檢漏，即充入少量制冷劑再充入干燥氮氣，使管路內達到一定壓力，再用鹵素檢漏儀進行檢測。在充注及回收過程中部分制冷劑會被排放到大氣中，形成污染。若生產批量較大，每年排放到大氣中的制冷劑量會很多，因此，采用新的檢漏介質具有重要的意義。通過對制冷行業的調研，除制冷劑外，制冷系統中常用的檢測介質還有純氦氣、氦氮混合氣、氫氮混合氣等。其中，氦氮混合氣檢漏氦氣的充注量非常少且檢測效果不好，氫氮混合氣檢漏對環境要求較高，而純氦氣屬于惰性氣體對空氣無污染且價格適中，因此，采用純氦氣作為檢測介質是不錯的選擇。

關鍵詞：鐵路車輛;空調;氦氣;檢漏

引言

隨著國民經濟的發展以及人民生活水平的提高，旅客對旅途中鐵路客車客室的空氣品質、舒適度的要求也越來越高。同時，對于高速運行的客車，車廂的氣密性要求很高，不允許像過去客車那樣可采用開窗的方法進行通風換氣。因此空調裝置已經成為必須具備的現代鐵路客車裝備之一。由于人體舒適度受氣溫因素作用的影響較大，因此，在夏季，當空調裝置制冷效果較差時，會嚴重影響旅客的乘車舒適度。本文重點解決由于制冷量故障而影響空調裝置制冷效果差的問題，通過分析空調機組焓差試驗臺、制冷介質、空調機組各零部件檢修故障等問題，找出空調機組檢修過程中引起制冷量不足的原因，完善空調機組的檢修工藝;并且空調機組在嚴格按照檢修工藝要求進行部件檢修、組裝，在試驗臺上進行制冷量試驗，制冷量仍低于原設計參數90%的情況下，設計了一套提高制冷系數的回熱循環改造方案。

1鐵路客車空調裝置的組成和功能

我國目前的鐵路空調客車的空調裝置通常由通風系統、空氣冷卻制冷系統、采暖系統、加濕系統和自動控制系統等5大基本系統組成。鐵路客車的空調裝置通過將一定量的車外新鮮空氣和車內再循環空氣混合后，經過過濾、冷卻或加熱、減濕或加濕等處理，以一定的流速送入車內，并將車內一定量的污濁空氣排出車外，以實現車內濕度和溫度良好地保持在人體感覺舒適的范圍內。

2鐵路車輛空調制冷管路檢漏方法

2.1回熱循環空調系統的工作原理

液態制冷劑節流后進入濕蒸汽區，節流后制冷劑的干度愈小，它在蒸發器中氣化時的吸熱量愈大，循環的制冷系數愈高，而在蒸發后的制冷劑過熱度越高，通過壓縮后，到達冷凝器的制冷劑溫度越高，與外界空氣的換熱溫差越大，產生的效果就是排到室外的熱量越多，循環的制冷系數愈高。在實際循環中，在一定的冷凝溫度和蒸發溫度下，如果能夠設置一個裝置，能同時滿足使進入節流裝置前的制冷劑達到過冷，使進入壓縮機前的制冷劑達到過熱，即用節流前的制冷劑對壓縮機前的制冷劑進行加熱，交換熱量，不但可增加單位制冷量，而且可以減少蒸發器出口管與環境空氣之間的傳熱溫差，減少甚至消除吸氣管道中的有害過熱。

2.2制冷系統的設計

制冷系統中制冷劑采用R22。蒸發器采用冷卻強制流動空氣的干式蒸發器，選用平直式翅片，采用正三角形叉排排列;冷凝器采用空氣強制流動的空冷冷凝器，選用平直式翅片采用正三角形叉排排列。試驗臺需測試不同型號壓縮機，壓縮機冷量范圍變化較大，制冷系統采用電子膨脹閥實現變工況要求。在標況下計算得到壓縮機進口制冷劑比體積為v=0.04002m3/kg。壓縮機的排量是按壓縮機進口處吸氣狀態進行換算，壓縮機進口制冷劑為過熱態，因此需要氣體流量計測量壓縮機的吸氣量，本試驗臺選用氣體渦旋流量計，該流量計壓降較小，對制冷系統影響較小。選用一臺出廠合格的型號為ZR81KC—TFD—522的渦旋壓縮機進行驗證性校驗試驗。

2.3氦氣泄漏率換算

在靜態下測量制冷系統內制冷劑的壓力為6 bar，這樣為了保持條件一致，向同一個容器中充注同樣6 bar壓力的氦氣，由于容器體積以及外部環境不變，在計算氦氣泄漏率時，只需要考慮氣體本身的性質對泄漏率的影響。而氣體本身性質對泄漏率的影響主要體現在氣體的粘滯系數上，即QAηA=QBηB式中：QA為A氣體的泄漏率（mbar·L/s）;ηA為A氣體的粘滯系數（Pa.s）;QB為B氣體的泄漏率（mbar·L/s）;ηB為B氣體的粘滯系數（Pa.s）。經查閱相關資料，氦氣與R407C的粘滯系數比為1.38，可以計算出6 bar氦氣的泄漏率為QHe=1.263×10-4/1.38=9.15×10-5mbar·L/s。

2.4空氣系統風量對比

在20℃工況下，進行空氣系統循環風量的測量。風速的理論值和實測值對比如圖4所示。經過冷凝器、蒸發器、風閥2和進出口的循環風量接近理論值。經過風閥5的熱回風風量偏小，造成此現象的原因為：（1）常規風閥在閥片全閉時，漏風量一般不超過5%。本試驗臺中，送風機豎直安裝，風速較大且風豎直向下吹，導致風閥6漏風嚴重，因此通過出風口和風閥5熱回風的總風量減小。（2）試驗臺控制在2m×2m×2m空間內，風道較緊湊，風閥5的測點位于風道轉彎處，風在轉彎時會發生湍流現象，導致熱線風速儀測量風速出現較大偏差。風閥5風量偏小，導致風閥6處于全閉狀態。后期應對風閥6嚴密性進行改進。

2.5壓縮機試驗臺精度

選用標準機進行壓縮機排量測試。當電流頻率為50Hz時，壓縮機設計排量為19.23m3/h。為了獲得壓縮機排量試驗臺調試過程中各處的試驗數據，用溫度及壓力傳感器分別采集各個測點的溫度及壓力，為便于記錄壓縮機排量試驗臺的測試數據，設計了空調壓縮機排量試驗臺調試程序界面。

3實施效果

為保證氦氣檢漏的準確性和可靠性，將檢漏工序設置在密閉的空間進行，并通過調節來保證溫度的穩定。制冷劑泄漏時，會在漏孔附近長時間停留，由于比重比空氣大，會在空調機組底部匯集，對于檢測底部管路焊口造成難度，而氦氣沒有這種特性，其比重小，很快飛散到空氣中，不會造成誤判。在用氦氣進行檢漏時，將測頭靠近焊接縫隙或接頭處，在每個焊接縫隙或接頭停留1秒左右，并均勻環繞移動，檢測效率大幅提升。

結語

通過對各車輛段鐵路空調客車制冷故障的調研可知鐵路空調客車在投入運用10年后，空調裝置極易出現制冷故障。主要是由于使用時間較長，其壓縮機、蒸發器冷凝器等部件老化、腐蝕，通過以上實例可見在外界溫度不高時制冷效果還可以，但隨著外界溫度升高其制冷狀態就逐漸變差，當外界溫度達到40℃及以上時其制冷作用就更差。因此，提出幾個方面的建議：①當鐵路空調客車的使用壽命超過10年后，在實施廠修時應更換空調機組;對不到廠修期而運用中機組狀態很差的更換機組或其關鍵部件，如壓縮機、蒸發器、冷凝器等。②根據列車運行線路，對各車輛段開往南方溫度較高地方的列車，尤其是暑期外界溫度有相當長時間達到或超過40℃的列車，編掛的客車空調裝置狀態要盡可能好，以避免因高溫制冷效果差而帶來的不良反映。③加強對鐵路空調客車空調機組的維護，在每年的客車春秋季整修中對空調機組進行開蓋檢查，特別是在春季整修空調機組即將投用前，并對其蒸發器、冷凝器等進行清洗除塵，以保證機組良好的換熱效果。④建議各客車車輛段根據客車配屬量，儲備一定量的空調裝置關鍵配件，以滿足客車運用及定期檢修的需要。

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