时速250公里动车组空压机供风能力分析

李化明+崔任永+梁建全+陈磊

摘要：空压机选型设计对动车组安全可靠运行有着重要的影响，文章针对250公里动车组的用风需求，对供风能力进行了分析，为空压机的选型提供参照。实践证明，该空压机供风能力满足时速250公里动车组的用风需求，空压机充风时间、工作率满足技术指标要求，在后续的试验中结果合格，在运用过程中状况良好，安全可靠。

关键词：动车组；空气压缩机；控制逻辑；供风能力；充风时间；耗风量计算

中图分类号：U416文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）21-0115-02

风源系统为动车组的制动系统和其他用风设备提供压缩空气，是动车组的重要组成部分。而作为其核心部件的空压机，供风能力直接关系到列车的安全运行和用风设备能否正常工作。现以时速250公里动车组为例，对空压机的供风能力进行分析。

1空压机的种类

目前，动车组供风系统中普遍采用的空压机主要为活塞式或螺杆式。活塞式压缩机主要应用在地铁和CRH1、CRH2上，主要为VV120型、TC2000B型，在机车上应用的主要为V-2.4/9型、NPT5型。此类空压机主要是通过曲轴带动活塞连杆机构使活塞在气缸内往复运动，经两级气缸压缩，产生压缩空气。这类压缩机噪声和振动较大，压缩的气体有脉冲振动，检修周期和寿命都较短。双螺杆压缩机是一种双轴回转容积式压缩机，电机通过联轴器直接驱动压缩机转子，转子为两个互相啮合的螺杆，具有非对称的啮合型面，并在一个铸铁壳体内旋转，即啮合面与排气口之间的齿轮空间逐渐减小，齿沟内的气体逐渐被压缩，产生压缩空气。这类压缩机因机头采用进口部件，故障率很低，同时噪声和振动很小，检修周期和寿命较长，易损易耗件少，其综合运用成本较活塞式空气压缩机低。在动车组中应用的很多，如CRH3、CRH5动车组。基于空压机的运用经验，选择螺杆式空压机作为风源系统的供风设备。

2空压机容积流量

空气压缩机的容积排量要满足常用和紧急制动时用风量要求，以及其他用风设备的需求。

2.1管路和风缸总容积

=1382 L

式中：为总风管内径；为总风管长度与车长的比例；为列车的设计长度；为单个总风缸容积，选择125L；为估算的其他主要支管路和阀的容积。

2.2耗风量计算

2.2.1空气制动耗风。一次最大常用制动的耗风量：

式中：为每辆车制动缸数量；为每辆车给制动缸充风所需管路和阀的容积；为最大常用制动时防滑激活系数。

一次紧急制动的耗风量：

式中：为紧急制动时防滑激活系数。

运行时列车制动总耗风量：

式中：为最大常用制动总次数；为紧急制动次数。

2.2.2空簧耗风量计算。车辆每次停靠站时，乘客上下车产生载荷变化引起的空簧静态耗风量：

式中：为每辆车空气弹簧（考虑附加气室）数量；为空气弹簧容积；为列车最大载重时空簧压力；为列车最小重量时空簧压力；为每站车重变化平均百分比；为设计的车站数量，不包括线路端部站点。

同时需要考虑在车辆行驶过程中车体晃动会产生的空簧动态耗风量：

式中：为每辆车高度阀数量；为高度阀的动态耗风量；为列车进站停车时间。

2.2.3撒砂耗风量计算。

式中：为运行时使用的撒砂装置数量；为单个撒砂装置的用风量；每次撒砂持续时间；为列车运行时撒砂次数。

2.2.4风笛耗风量计算。

式中：为运行时使用风笛数量；为单个风笛用风量；为每次鸣笛持续时间；为运行时风笛使用次数。

2.2.5运行时厕所使用耗风量计算。

式中：为运行时使用的厕所数量；为单个厕所每次使用的耗风量；为从控制装置到厕所的管路容积；为厕所使用的工作压力；为列车运行时单个厕所使用次数；

2.2.6运行时门的耗风量计算。

式中：为运行时单个方向使用的门数量；为单个门每次使用的耗风量；为从控制装置到门的管路容积；为门使用的工作压力；为列车运行时门使用次数。

2.2.7考虑的泄漏量。

式中：为泄漏压降；为参考泄漏时间。

2.2.8列车耗风量。

列车总耗风量：

列车平均耗风量：

=840.5 L/min

表1

表1耗风量计算结果

2.3空压机容积流量的确定

在列车运行中，要保证一台空压机工作就可以满足列车的用风要求，所有选择的空压机容积流量要大于理论计算的数值，空压机理论计算的容积流量：

式中：为空压机容积流量的输出误差；为干燥器再生耗风量；为估算的空压机效率。

考虑实际运行工况可能出现得更加恶劣，同时方便选择现有空压机的机头，对理论计算的空压机排气量进行圆整，并留取一定的保有量，将选择的空压机容积流量1600 L/min。

3空压机供风能力分析

3.1空压机技术指标

根据整车供电要求，空压机供电制式为AC440V，60Hz，采用连续工作制设计。空压机采用冗余设计，当列车中故障空压机组的数量≤50%时，其余空压机组也能保证动车组正常运行。空压机的充风时间要满足动车组整备要求，具体要求为两台空压机同时工作，总风压力从0kPa上升到1000kPa的时间：在切除空簧时不大于15分钟，在空簧供风时不大于20分钟。为避免空压机长时间不工作引起润滑油乳化等问题，要求空压机工作率不低于30%。

3.2空压机工作率

3.2.1每个工作周期内空压机打风时间计算。当总风压力低于最小压力值时，空压机将开始工作至充风达到最大压力值的时间：

3.2.2每个工作周期内空压机待机时间计算。待机时间是指空压机停止工作至下次开始工作的时间。

3.2.3空压机工作率。空压机工作率是指在最大载荷工况下，充风时间与空压机整个工作周期的比值。

表2空压机工作周期

计算结果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充风时间

初充风时，空载列车施加紧急制动，因此不仅要向风缸和管路充风，还要向制动缸和制动管充风，不包含空簧时整列车的初充风时间：

式中：为制动系统风缸和管路总容积；为在充风过程中的平均泄漏量，即从0kPa到充风结束的平均值。

包含空簧充风时的充风时间：

表3充风时间计算结果

充风时间/min 10.8 18.9

4结论

综上所述，该空压机供风能力满足时速250公里动车组的用风需求，空压机充风时间、工作率满足技术指标要求。该空压机在后续的试验中结果合格，在运用过程中状况良好，安全可靠。

参考文献

[1]董传海，王树海． 电力机车空气压缩机选型及参数确定[J]．电力机车与城轨车辆，2006，29（4）．

[2]刘豫湘，吴智，卢东涛． 机车风源系统供风能力的研究[J]．电力机车与城轨车辆，2003，26（5）．

基金项目：铁道部科技研究开发计划（2012J003-C）

作者简介：李化明（1986-），男，供职于唐山轨道客车有限责任公司，硕士，研究方向：轨道车辆制动研发设计。

endprint

摘要：空压机选型设计对动车组安全可靠运行有着重要的影响，文章针对250公里动车组的用风需求，对供风能力进行了分析，为空压机的选型提供参照。实践证明，该空压机供风能力满足时速250公里动车组的用风需求，空压机充风时间、工作率满足技术指标要求，在后续的试验中结果合格，在运用过程中状况良好，安全可靠。

关键词：动车组；空气压缩机；控制逻辑；供风能力；充风时间；耗风量计算

中图分类号：U416文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）21-0115-02

风源系统为动车组的制动系统和其他用风设备提供压缩空气，是动车组的重要组成部分。而作为其核心部件的空压机，供风能力直接关系到列车的安全运行和用风设备能否正常工作。现以时速250公里动车组为例，对空压机的供风能力进行分析。

1空压机的种类

目前，动车组供风系统中普遍采用的空压机主要为活塞式或螺杆式。活塞式压缩机主要应用在地铁和CRH1、CRH2上，主要为VV120型、TC2000B型，在机车上应用的主要为V-2.4/9型、NPT5型。此类空压机主要是通过曲轴带动活塞连杆机构使活塞在气缸内往复运动，经两级气缸压缩，产生压缩空气。这类压缩机噪声和振动较大，压缩的气体有脉冲振动，检修周期和寿命都较短。双螺杆压缩机是一种双轴回转容积式压缩机，电机通过联轴器直接驱动压缩机转子，转子为两个互相啮合的螺杆，具有非对称的啮合型面，并在一个铸铁壳体内旋转，即啮合面与排气口之间的齿轮空间逐渐减小，齿沟内的气体逐渐被压缩，产生压缩空气。这类压缩机因机头采用进口部件，故障率很低，同时噪声和振动很小，检修周期和寿命较长，易损易耗件少，其综合运用成本较活塞式空气压缩机低。在动车组中应用的很多，如CRH3、CRH5动车组。基于空压机的运用经验，选择螺杆式空压机作为风源系统的供风设备。

2空压机容积流量

空气压缩机的容积排量要满足常用和紧急制动时用风量要求，以及其他用风设备的需求。

2.1管路和风缸总容积

=1382 L

式中：为总风管内径；为总风管长度与车长的比例；为列车的设计长度；为单个总风缸容积，选择125L；为估算的其他主要支管路和阀的容积。

2.2耗风量计算

2.2.1空气制动耗风。一次最大常用制动的耗风量：

式中：为每辆车制动缸数量；为每辆车给制动缸充风所需管路和阀的容积；为最大常用制动时防滑激活系数。

一次紧急制动的耗风量：

式中：为紧急制动时防滑激活系数。

运行时列车制动总耗风量：

式中：为最大常用制动总次数；为紧急制动次数。

2.2.2空簧耗风量计算。车辆每次停靠站时，乘客上下车产生载荷变化引起的空簧静态耗风量：

式中：为每辆车空气弹簧（考虑附加气室）数量；为空气弹簧容积；为列车最大载重时空簧压力；为列车最小重量时空簧压力；为每站车重变化平均百分比；为设计的车站数量，不包括线路端部站点。

同时需要考虑在车辆行驶过程中车体晃动会产生的空簧动态耗风量：

式中：为每辆车高度阀数量；为高度阀的动态耗风量；为列车进站停车时间。

2.2.3撒砂耗风量计算。

式中：为运行时使用的撒砂装置数量；为单个撒砂装置的用风量；每次撒砂持续时间；为列车运行时撒砂次数。

2.2.4风笛耗风量计算。

式中：为运行时使用风笛数量；为单个风笛用风量；为每次鸣笛持续时间；为运行时风笛使用次数。

2.2.5运行时厕所使用耗风量计算。

式中：为运行时使用的厕所数量；为单个厕所每次使用的耗风量；为从控制装置到厕所的管路容积；为厕所使用的工作压力；为列车运行时单个厕所使用次数；

2.2.6运行时门的耗风量计算。

式中：为运行时单个方向使用的门数量；为单个门每次使用的耗风量；为从控制装置到门的管路容积；为门使用的工作压力；为列车运行时门使用次数。

2.2.7考虑的泄漏量。

式中：为泄漏压降；为参考泄漏时间。

2.2.8列车耗风量。

列车总耗风量：

列车平均耗风量：

=840.5 L/min

表1

表1耗风量计算结果

2.3空压机容积流量的确定

在列车运行中，要保证一台空压机工作就可以满足列车的用风要求，所有选择的空压机容积流量要大于理论计算的数值，空压机理论计算的容积流量：

式中：为空压机容积流量的输出误差；为干燥器再生耗风量；为估算的空压机效率。

考虑实际运行工况可能出现得更加恶劣，同时方便选择现有空压机的机头，对理论计算的空压机排气量进行圆整，并留取一定的保有量，将选择的空压机容积流量1600 L/min。

3空压机供风能力分析

3.1空压机技术指标

根据整车供电要求，空压机供电制式为AC440V，60Hz，采用连续工作制设计。空压机采用冗余设计，当列车中故障空压机组的数量≤50%时，其余空压机组也能保证动车组正常运行。空压机的充风时间要满足动车组整备要求，具体要求为两台空压机同时工作，总风压力从0kPa上升到1000kPa的时间：在切除空簧时不大于15分钟，在空簧供风时不大于20分钟。为避免空压机长时间不工作引起润滑油乳化等问题，要求空压机工作率不低于30%。

3.2空压机工作率

3.2.1每个工作周期内空压机打风时间计算。当总风压力低于最小压力值时，空压机将开始工作至充风达到最大压力值的时间：

3.2.2每个工作周期内空压机待机时间计算。待机时间是指空压机停止工作至下次开始工作的时间。

3.2.3空压机工作率。空压机工作率是指在最大载荷工况下，充风时间与空压机整个工作周期的比值。

表2空压机工作周期

计算结果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充风时间

初充风时，空载列车施加紧急制动，因此不仅要向风缸和管路充风，还要向制动缸和制动管充风，不包含空簧时整列车的初充风时间：

式中：为制动系统风缸和管路总容积；为在充风过程中的平均泄漏量，即从0kPa到充风结束的平均值。

包含空簧充风时的充风时间：

表3充风时间计算结果

充风时间/min 10.8 18.9

4结论

综上所述，该空压机供风能力满足时速250公里动车组的用风需求，空压机充风时间、工作率满足技术指标要求。该空压机在后续的试验中结果合格，在运用过程中状况良好，安全可靠。

参考文献

[1]董传海，王树海． 电力机车空气压缩机选型及参数确定[J]．电力机车与城轨车辆，2006，29（4）．

[2]刘豫湘，吴智，卢东涛． 机车风源系统供风能力的研究[J]．电力机车与城轨车辆，2003，26（5）．

基金项目：铁道部科技研究开发计划（2012J003-C）

作者简介：李化明（1986-），男，供职于唐山轨道客车有限责任公司，硕士，研究方向：轨道车辆制动研发设计。

endprint

摘要：空压机选型设计对动车组安全可靠运行有着重要的影响，文章针对250公里动车组的用风需求，对供风能力进行了分析，为空压机的选型提供参照。实践证明，该空压机供风能力满足时速250公里动车组的用风需求，空压机充风时间、工作率满足技术指标要求，在后续的试验中结果合格，在运用过程中状况良好，安全可靠。

关键词：动车组；空气压缩机；控制逻辑；供风能力；充风时间；耗风量计算

中图分类号：U416文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）21-0115-02

风源系统为动车组的制动系统和其他用风设备提供压缩空气，是动车组的重要组成部分。而作为其核心部件的空压机，供风能力直接关系到列车的安全运行和用风设备能否正常工作。现以时速250公里动车组为例，对空压机的供风能力进行分析。

1空压机的种类

目前，动车组供风系统中普遍采用的空压机主要为活塞式或螺杆式。活塞式压缩机主要应用在地铁和CRH1、CRH2上，主要为VV120型、TC2000B型，在机车上应用的主要为V-2.4/9型、NPT5型。此类空压机主要是通过曲轴带动活塞连杆机构使活塞在气缸内往复运动，经两级气缸压缩，产生压缩空气。这类压缩机噪声和振动较大，压缩的气体有脉冲振动，检修周期和寿命都较短。双螺杆压缩机是一种双轴回转容积式压缩机，电机通过联轴器直接驱动压缩机转子，转子为两个互相啮合的螺杆，具有非对称的啮合型面，并在一个铸铁壳体内旋转，即啮合面与排气口之间的齿轮空间逐渐减小，齿沟内的气体逐渐被压缩，产生压缩空气。这类压缩机因机头采用进口部件，故障率很低，同时噪声和振动很小，检修周期和寿命较长，易损易耗件少，其综合运用成本较活塞式空气压缩机低。在动车组中应用的很多，如CRH3、CRH5动车组。基于空压机的运用经验，选择螺杆式空压机作为风源系统的供风设备。

2空压机容积流量

空气压缩机的容积排量要满足常用和紧急制动时用风量要求，以及其他用风设备的需求。

2.1管路和风缸总容积

=1382 L

式中：为总风管内径；为总风管长度与车长的比例；为列车的设计长度；为单个总风缸容积，选择125L；为估算的其他主要支管路和阀的容积。

2.2耗风量计算

2.2.1空气制动耗风。一次最大常用制动的耗风量：

式中：为每辆车制动缸数量；为每辆车给制动缸充风所需管路和阀的容积；为最大常用制动时防滑激活系数。

一次紧急制动的耗风量：

式中：为紧急制动时防滑激活系数。

运行时列车制动总耗风量：

式中：为最大常用制动总次数；为紧急制动次数。

2.2.2空簧耗风量计算。车辆每次停靠站时，乘客上下车产生载荷变化引起的空簧静态耗风量：

式中：为每辆车空气弹簧（考虑附加气室）数量；为空气弹簧容积；为列车最大载重时空簧压力；为列车最小重量时空簧压力；为每站车重变化平均百分比；为设计的车站数量，不包括线路端部站点。

同时需要考虑在车辆行驶过程中车体晃动会产生的空簧动态耗风量：

式中：为每辆车高度阀数量；为高度阀的动态耗风量；为列车进站停车时间。

2.2.3撒砂耗风量计算。

式中：为运行时使用的撒砂装置数量；为单个撒砂装置的用风量；每次撒砂持续时间；为列车运行时撒砂次数。

2.2.4风笛耗风量计算。

式中：为运行时使用风笛数量；为单个风笛用风量；为每次鸣笛持续时间；为运行时风笛使用次数。

2.2.5运行时厕所使用耗风量计算。

式中：为运行时使用的厕所数量；为单个厕所每次使用的耗风量；为从控制装置到厕所的管路容积；为厕所使用的工作压力；为列车运行时单个厕所使用次数；

2.2.6运行时门的耗风量计算。

式中：为运行时单个方向使用的门数量；为单个门每次使用的耗风量；为从控制装置到门的管路容积；为门使用的工作压力；为列车运行时门使用次数。

2.2.7考虑的泄漏量。

式中：为泄漏压降；为参考泄漏时间。

2.2.8列车耗风量。

列车总耗风量：

列车平均耗风量：

=840.5 L/min

表1

表1耗风量计算结果

2.3空压机容积流量的确定

在列车运行中，要保证一台空压机工作就可以满足列车的用风要求，所有选择的空压机容积流量要大于理论计算的数值，空压机理论计算的容积流量：

式中：为空压机容积流量的输出误差；为干燥器再生耗风量；为估算的空压机效率。

考虑实际运行工况可能出现得更加恶劣，同时方便选择现有空压机的机头，对理论计算的空压机排气量进行圆整，并留取一定的保有量，将选择的空压机容积流量1600 L/min。

3空压机供风能力分析

3.1空压机技术指标

根据整车供电要求，空压机供电制式为AC440V，60Hz，采用连续工作制设计。空压机采用冗余设计，当列车中故障空压机组的数量≤50%时，其余空压机组也能保证动车组正常运行。空压机的充风时间要满足动车组整备要求，具体要求为两台空压机同时工作，总风压力从0kPa上升到1000kPa的时间：在切除空簧时不大于15分钟，在空簧供风时不大于20分钟。为避免空压机长时间不工作引起润滑油乳化等问题，要求空压机工作率不低于30%。

3.2空压机工作率

3.2.1每个工作周期内空压机打风时间计算。当总风压力低于最小压力值时，空压机将开始工作至充风达到最大压力值的时间：

3.2.2每个工作周期内空压机待机时间计算。待机时间是指空压机停止工作至下次开始工作的时间。

3.2.3空压机工作率。空压机工作率是指在最大载荷工况下，充风时间与空压机整个工作周期的比值。

表2空压机工作周期

计算结果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充风时间

初充风时，空载列车施加紧急制动，因此不仅要向风缸和管路充风，还要向制动缸和制动管充风，不包含空簧时整列车的初充风时间：

式中：为制动系统风缸和管路总容积；为在充风过程中的平均泄漏量，即从0kPa到充风结束的平均值。

包含空簧充风时的充风时间：

表3充风时间计算结果

充风时间/min 10.8 18.9

4结论

综上所述，该空压机供风能力满足时速250公里动车组的用风需求，空压机充风时间、工作率满足技术指标要求。该空压机在后续的试验中结果合格，在运用过程中状况良好，安全可靠。

参考文献

[1]董传海，王树海． 电力机车空气压缩机选型及参数确定[J]．电力机车与城轨车辆，2006，29（4）．

[2]刘豫湘，吴智，卢东涛． 机车风源系统供风能力的研究[J]．电力机车与城轨车辆，2003，26（5）．

基金项目：铁道部科技研究开发计划（2012J003-C）

作者简介：李化明（1986-），男，供职于唐山轨道客车有限责任公司，硕士，研究方向：轨道车辆制动研发设计。

endprint