铁路车辆空调制冷管路检漏方法研究

顾鹏　郝先涛

摘 要：目前，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，一般车辆空调机组制冷管路采用介质检漏法进行检漏，即充入少量制冷剂再充入干燥氮气，使管路内达到一定压力，再用卤素检漏仪进行检测。在充注及回收过程中部分制冷剂会被排放到大气中，形成污染。若生产批量较大，每年排放到大气中的制冷剂量会很多，因此，采用新的检漏介质具有重要的意义。通过对制冷行业的调研，除制冷剂外，制冷系统中常用的检测介质还有纯氦气、氦氮混合气、氢氮混合气等。其中，氦氮混合气检漏氦气的充注量非常少且检测效果不好，氢氮混合气检漏对环境要求较高，而纯氦气属于惰性气体对空气无污染且价格适中，因此，采用纯氦气作为检测介质是不错的选择。

关键词：铁路车辆;空调;氦气;检漏

引言

随着国民经济的发展以及人民生活水平的提高，旅客对旅途中铁路客车客室的空气品质、舒适度的要求也越来越高。同时，对于高速运行的客车，车厢的气密性要求很高，不允许像过去客车那样可采用开窗的方法进行通风换气。因此空调装置已经成为必须具备的现代铁路客车装备之一。由于人体舒适度受气温因素作用的影响较大，因此，在夏季，当空调装置制冷效果较差时，会严重影响旅客的乘车舒适度。本文重点解决由于制冷量故障而影响空调装置制冷效果差的问题，通过分析空调机组焓差试验台、制冷介质、空调机组各零部件检修故障等问题，找出空调机组检修过程中引起制冷量不足的原因，完善空调机组的检修工艺;并且空调机组在严格按照检修工艺要求进行部件检修、组装，在试验台上进行制冷量试验，制冷量仍低于原设计参数90%的情况下，设计了一套提高制冷系数的回热循环改造方案。

1铁路客车空调装置的组成和功能

我国目前的铁路空调客车的空调装置通常由通风系统、空气冷却制冷系统、采暖系统、加湿系统和自动控制系统等5大基本系统组成。铁路客车的空调装置通过将一定量的车外新鲜空气和车内再循环空气混合后，经过过滤、冷却或加热、减湿或加湿等处理，以一定的流速送入车内，并将车内一定量的污浊空气排出车外，以实现车内湿度和温度良好地保持在人体感觉舒适的范围内。

2铁路车辆空调制冷管路检漏方法

2.1回热循环空调系统的工作原理

液态制冷剂节流后进入湿蒸汽区，节流后制冷剂的干度愈小，它在蒸发器中气化时的吸热量愈大，循环的制冷系数愈高，而在蒸发后的制冷剂过热度越高，通过压缩后，到达冷凝器的制冷剂温度越高，与外界空气的换热温差越大，产生的效果就是排到室外的热量越多，循环的制冷系数愈高。在实际循环中，在一定的冷凝温度和蒸发温度下，如果能够设置一个装置，能同时满足使进入节流装置前的制冷剂达到过冷，使进入压缩机前的制冷剂达到过热，即用节流前的制冷剂对压缩机前的制冷剂进行加热，交换热量，不但可增加单位制冷量，而且可以减少蒸发器出口管与环境空气之间的传热温差，减少甚至消除吸气管道中的有害过热。

2.2制冷系统的设计

制冷系统中制冷剂采用R22。蒸发器采用冷却强制流动空气的干式蒸发器，选用平直式翅片，采用正三角形叉排排列;冷凝器采用空气强制流动的空冷冷凝器，选用平直式翅片采用正三角形叉排排列。试验台需测试不同型号压缩机，压缩机冷量范围变化较大，制冷系统采用电子膨胀阀实现变工况要求。在标况下计算得到压缩机进口制冷剂比体积为v=0.04002m3/kg。压缩机的排量是按压缩机进口处吸气状态进行换算，压缩机进口制冷剂为过热态，因此需要气体流量计测量压缩机的吸气量，本试验台选用气体涡旋流量计，该流量计压降较小，對制冷系统影响较小。选用一台出厂合格的型号为ZR81KC—TFD—522的涡旋压缩机进行验证性校验试验。

2.3氦气泄漏率换算

在静态下测量制冷系统内制冷剂的压力为6 bar，这样为了保持条件一致，向同一个容器中充注同样6 bar压力的氦气，由于容器体积以及外部环境不变，在计算氦气泄漏率时，只需要考虑气体本身的性质对泄漏率的影响。而气体本身性质对泄漏率的影响主要体现在气体的粘滞系数上，即QAηA=QBηB式中：QA为A气体的泄漏率（mbar·L/s）;ηA为A气体的粘滞系数（Pa.s）;QB为B气体的泄漏率（mbar·L/s）;ηB为B气体的粘滞系数（Pa.s）。经查阅相关资料，氦气与R407C的粘滞系数比为1.38，可以计算出6 bar氦气的泄漏率为QHe=1.263×10-4/1.38=9.15×10-5mbar·L/s。

2.4空气系统风量对比

在20℃工况下，进行空气系统循环风量的测量。风速的理论值和实测值对比如图4所示。经过冷凝器、蒸发器、风阀2和进出口的循环风量接近理论值。经过风阀5的热回风风量偏小，造成此现象的原因为：（1）常规风阀在阀片全闭时，漏风量一般不超过5%。本试验台中，送风机竖直安装，风速较大且风竖直向下吹，导致风阀6漏风严重，因此通过出风口和风阀5热回风的总风量减小。（2）试验台控制在2m×2m×2m空间内，风道较紧凑，风阀5的测点位于风道转弯处，风在转弯时会发生湍流现象，导致热线风速仪测量风速出现较大偏差。风阀5风量偏小，导致风阀6处于全闭状态。后期应对风阀6严密性进行改进。

2.5压缩机试验台精度

选用标准机进行压缩机排量测试。当电流频率为50Hz时，压缩机设计排量为19.23m3/h。为了获得压缩机排量试验台调试过程中各处的试验数据，用温度及压力传感器分别采集各个测点的温度及压力，为便于记录压缩机排量试验台的测试数据，设计了空调压缩机排量试验台调试程序界面。

3实施效果

为保证氦气检漏的准确性和可靠性，将检漏工序设置在密闭的空间进行，并通过调节来保证温度的稳定。制冷剂泄漏时，会在漏孔附近长时间停留，由于比重比空气大，会在空调机组底部汇集，对于检测底部管路焊口造成难度，而氦气没有这种特性，其比重小，很快飞散到空气中，不会造成误判。在用氦气进行检漏时，将测头靠近焊接缝隙或接头处，在每个焊接缝隙或接头停留1秒左右，并均匀环绕移动，检测效率大幅提升。

结语

通过对各车辆段铁路空调客车制冷故障的调研可知铁路空调客车在投入运用10年后，空调装置极易出现制冷故障。主要是由于使用时间较长，其压缩机、蒸发器冷凝器等部件老化、腐蚀，通过以上实例可见在外界温度不高时制冷效果还可以，但随着外界温度升高其制冷状态就逐渐变差，当外界温度达到40℃及以上时其制冷作用就更差。因此，提出几个方面的建议：①当铁路空调客车的使用寿命超过10年后，在实施厂修时应更换空调机组;对不到厂修期而运用中机组状态很差的更换机组或其关键部件，如压缩机、蒸发器、冷凝器等。②根据列车运行线路，对各车辆段开往南方温度较高地方的列车，尤其是暑期外界温度有相当长时间达到或超过40℃的列车，编挂的客车空调装置状态要尽可能好，以避免因高温制冷效果差而带来的不良反映。③加强对铁路空调客车空调机组的维护，在每年的客车春秋季整修中对空调机组进行开盖检查，特别是在春季整修空调机组即将投用前，并对其蒸发器、冷凝器等进行清洗除尘，以保证机组良好的换热效果。④建议各客车车辆段根据客车配属量，储备一定量的空调装置关键配件，以满足客车运用及定期检修的需要。

参考文献：

[1]沈维道、童钧耕.工程热力学.高等教育出版社，2009.11.

[2]吴业正等编.制冷与低温技术原理.北京：高等教育出版社，2004.

[3]邵双全等.制冷剂充灌量和毛细管长度对空调性能的影响.低温工程.2002年第2卷.

[4]《铁路客车电气装置检修规则（试行）》（铁总运[2015]29号）.北京：中国铁道出版社出版发行，2015.1.

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