时速120公里轨道交通车辆气密性设计探讨

王吉 张艳萍 潘云艳

摘 要：目前，国内快速地铁还没有相关标准对车辆气密性设计进行规范、指导，随着近2年市域车辆技术规范的出台，快速轨道交通车辆的气密性设计有了明确的指导、目标。本文对120km/h的快速轨道交通项目的气密性问题进行了探讨，以供后续新车辆前期设计选型提供参考。

关键词：轨道交通车辆;气密性;设计与研究

目前国内120km/h速度等级已开通运营的线路主要有广三线、广州14&21号线、上海16号线、深圳11号线、东莞R2线、青岛11号线、青岛13号线、南京宁高城际、宁潥城际等，对于含多隧道的线路，当车辆开行至120km/h时，因前期并没有适用的地铁或市域轨道交通标准对车辆气密性进行详细规范，考虑到车辆运行的经济性，车辆并没有采取类似高速铁路车辆的气密性设计，乘客在乘坐时会普遍感觉不适，乘坐体验不佳。

1 车辆气密性评价标准

根据相关标准规定，120km/h速度等级的轨道交通车辆的相关气密性要求可参照国内新出台的市域规范进行要求，对密封性车辆可以按照τ>5s或τ>6s进行规定。

2 车辆气密性外部影响因素

导致车辆气密性问题的主要原因是车辆没有被严格的密封起来，包括车门、贯通道、空调等车辆内部接口的密封性，空气通过这些没有密封的部位进入车辆内部，造成车辆内外压力差，当压力差达到一定程度的时候会致人乘坐不舒适。

从上图1可以看出，当车辆速度达到70km/h以上时，因空气动力学产生的噪音已远远大于车辆牵引系统、车辆本身的噪音等因素，气密性必须纳入车辆运行考核指标。一般80km/h车辆的地铁项目，在70～80km/h的高速运行区间较少，从经济性考虑可以不必严格考核气密性指标。

根据计算，内径5400mm的隧道截面积约为20～22m2，B型车的横截面积约为10～11m2，故隧道阻塞比约为0.45～0.5。隧道压力波动计算公式如下：

其中，P为压力波动，k为条件常数，β为阻塞比，v为列车速度，N为瞬变压力对应的阻塞比幂指数系数，单一列车在隧道中运行时，N=1.3±0.25。

列车在隧道运行时，气动压力与阻塞比和运行速度的平方成正比例关系，因此，在进行列车设计时，应优化头型，尽量做到小的阻塞比，才能有效控制列车在隧道运行时的压力波动。

3 车辆气密性改善措施

整车气密指数计算公式如下：

整车的密封性由车体、车窗、车门、贯通道、空调系统、贯穿车体的各种设备以及各种穿“墙”的电缆、电气、风和水等管路部分的密封性共同保证。根据木桶原理，整车控制气密性重点在于补短板，不能造成单一影响因素的τ值过大，在整车设计初期，需要重点考虑以下因素：（1）列车气动优化设计，降低交会压力波幅值。（2）设置压力保护系统，在车内外压力急剧变化时，关闭空调与车外的通道，实现车体密闭。（3）增加车体刚度，改善车门、车窗、贯通道等设备的密封性能，提升整车气密指数。

具体控制措施建议如下：

3.1 车体及车窗

车体采用大型铝合金中空型材拼焊，各大部件间的连接尽量采用连续焊缝焊接;对无法采用连续焊接的焊缝，采取涂密封胶或结构密封等方式，保证车体结构的气密性。

采用固定式气密车窗。车窗与车体之间周圈涂密封胶密封，保证整车气密性能。

3.2 车门

客室车门的气密性由以下两个方面保证：（1）车门与车体之间的密封：周圈涂聚氨酯密封胶密封，胶层均匀平整;（2）车门自身的密封：门页周圈设置中空“八”字形密封胶条，与门框紧密贴合，形成双道密封，详见图4。

两门页对接处采用“凹凸”胶条插接密封结构，详见图5。

密封胶条整体硫化，提高接缝处密封性能。

门页两侧中部设置辅助锁闭装置，通过对门页施加力，增大密封胶条压缩量，保证客室车门的气密性能满足整车要求，详见图6。

3.3 贯通道

贯通道的主要密封部件为折棚，折棚为双层篷布缝合而成，折棚自身密封性良好，折棚和车体安装框之间采用橡胶密封胶条密封，胶条的压缩量依靠周圈锁闭装置的压紧力保证。具体如下：

（1）贯通道自身的密封。贯通道采用双波折棚，折棚是由环状篷布缝制而成，篷布缝合处使用密封胶密封，折篷布缝合后用铝型材镶嵌，保证折棚的强度，确保篷布缝合处不会开裂。通过整体双波折棚设置，保证整体气密性与防水性能。类似结构见图7。

（2）贯通道与车体之间的密封。车体安装框使用螺钉紧固到车体上，周圈使用密封胶与车体密封。通过外折棚螺钉框与车体的连接，保证第一层橡胶型材与车体的紧密压接，保证整体的密封性能、防水性能。车体安装框内部通過螺钉固定第二层橡胶密封胶条，并通过第二层橡胶密封胶条与车体的压接，保证第二层的压接密封。胶条的压缩量依靠内外折棚的螺钉固定，保证胶条与车体的紧密压接，保证贯通道整体的气密性，类似密封安装结构见图8。

3.4 空调

（1）空调机组与车体密封性安装。空调机组采用嵌入式结构设计，安装于车顶上，机组四周采用定制的型材作为安装法兰，法兰面底部粘贴有弹性橡胶密封材料。空调机组安装时，密封橡胶条与车体上的气密性安装型材压接实现密封，保证水密及气密性要求。空调机组送、回风口通过风道上的压接密封圈与风道压接。类似机组安装结构如图9所示：

（2）空调机组内部密封处理。空调机组箱体为铝合金结构，采用焊接与铆接方式;铆接的铆钉采用封闭型铝铆钉，在铆接时及铆接后均进行涂胶密封处理。机组对外部分，主要涉及新风进风口、废排排风口以及雨水排水口。在新风口及废排风口，均设有气动压力波保护阀，当需要时，压力波保护阀动作，关闭新风口和废排口，可抑制车辆通过隧道时外界压力波对室内的影响。排水口采用集中排放的方式，空调机组内收集的雨水通过车上的排水管统一排出车外，排水系统与车内完全隔离。

4 结语

随着国家城镇化的政策推进，全国各主要城市会进一步扩容，速度120公里的快速地铁和市域铁路项目会越来越多，在车辆进行设计时，必须对车辆气密性的因素进行考虑，尽可能的提升城市建设水平，提高乘客的乘坐舒适性。

参考文献：

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