成都地铁客室正压问题分析及解决措施

龚承启，曾利川，杨明东，罗宾粤

(成都地铁运营有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

成都地铁5号线调试期间，批量性地存在当客室空调开启后，客室车门产生“防挤压”导致无法正常关闭的现象，该现象不仅严重影响了开关门的效果，且可能会对列车的正线运营造成极大的影响。地铁车辆通风系统是地铁车辆空调系统的重要组成部分，如果排风口设置不合理往往会产生客室正压过大使得车门无法正常关闭，此外，同期的成都地铁8号线、成都地铁9号线也存在类似的问题，因此，探讨一种合理的降低客室内压的方法有着极为重要的意义。

文献[1]通过建模对地铁A型列车内压特性进行了分析，文章指出地铁A型车正常情况下正压值应在30 Pa～50 Pa之间，正压值偏高则可能是由于废排风量偏小，导致车门关闭困难。文献[2]中指出深圳地铁1号线车辆采用在门下增加一排导气孔、南京地铁1号线车辆采用在侧墙增加排风口数量来降低内压，但同时造成了车厢不密闭、噪声过大等问题。文献[3]对车辆通风系统的压力问题进行了探讨，认为设计排气门应考虑排气门的大小、自重、倾斜角度以及排气口的面积。文献[4]对车辆废排风帽排风特性的数值进行了研究，得出了随着排风风帽进口速度的增大废排风帽内的阻力也逐渐增加的结论。本文结合成都5号线8A编组列车通风系统分布的特点，对比多种整改方案，提出了一种在车顶增加通风器的方法，有效地降低了客室正压。

1 成都地铁5号线空调通风系统

成都地铁5号线为A型铝合金等断面车辆，采用跨座式空调。新风方式为：空调机组自带新风口，新风从新风口进入空调机组内部后，与回风混合。回风方式为：车内回风通过车辆顶板处回风格栅、回风道、空调机组下部的回风口进入空调机组，与新风混合。送风方式为：新风、回风混合后经蒸发器降温除湿处理后通过送风机送入客室。排风方式为：客室内部的废气经侧墙、顶板处的间隙进入车顶后，经自然排风装置排出室外。

对成都5号线5010车内进行正压和风量测试时，发现车内正压过大，约110 Pa，高于标准要求的30 Pa～50 Pa，导致新风量不足，且车门在出现“防挤压”时无法正常关闭。此外成都8号线车内正压约70 Pa，9号线车内正压约77 Pa，同样存在正压过大的问题。紧急通风及正常通风情况下，5号线车辆客室的正压具体数据如表1所示。表1中Tc车为头车，Mp车为带受电弓的动车，M车为不带受电弓的动车。

表1 成都地铁5号线客室正压情况 Pa

2 客室正压问题原因分析

由于客室排气一般是相对新风的，如果车辆客室只引入新风，则该车辆客室就是正压，根据理想气体状态方程：

pV=nRT.

(1)

其中：p为气体压强，Pa；V为气体体积，m3；n为气体物质的量，mol；R为理想气体常数；T为理想气体的热力学温度，K。该方程严格意义上讲只适用于理想气体，但可近似用于常温常压下客室内的真实气体，即：

p0V0=nRT.

(2)

其中：p0为客室内部气体压力;V0为客室内部气体的体积。

由式(2)可得：

(3)

由式(3)可知：在V0、R、T为定值的情况下，无论是新风量的增加，还是回风量的增加，只要总量增加，车内气体物质的量n就会增加，导致客室气体压强p0增大。

为保证成都地铁5号线车辆密封及噪声指标，在设计过程中重点考虑了门、窗及贯通道等部件的密封性，同时为满足防火要求，车下所有过线孔、过管孔均进行了防火密封处理。客室内气流组织分布如图1所示，由于整车密封性过高，导致空调送新风后，车内空气导出不畅通，使得车内气体总量增大，造成车内正压高。

图1 客室内气流组织断面示意

3 客室正压问题整改方案

由于正压问题的主要原因是上部排风通路狭小导致气体无法及时排出，故其解决方案是改善排风通路和寻找新的排风通路，主要从以下三个方面入手：

(1) 优化车顶排风通路。

(2) 增加门下部排风空间。

(3) 优化端部排风通路。

针对上述情况，提出了优化通风器的排风通路、增加门下部排风空间、将部分门胶条更换成毛刷、去除门踏板处密封胶等若干条措施，并在同期成都地铁5号线、成都地铁8号线、成都地铁9号线列车上的现场进行整改验证，整改措施及效果如表2所示。

表2 整改方案及效果对比

实施表2的方案后，通过在成都地铁5号线、8号线、9号线的客室正压整改效果可以看出：上述方案虽然在不同程度上降低了车内正压，但均不能彻底解决该问题，且部分方案存在气密性差的问题。由于成都地铁5号线客室内压达到110 Pa，远高于标准要求的客室正压60 Pa～80 Pa，因此，应通过合理的增加废排口的数量来大幅度降低客室内的总风量。

3.1 整改方案描述

最终经过讨论，提出了一种在车顶增加通风器的方案，经初步计算：5号线项目每列车所需开口640 000 mm2，现有单台通风器在全开状态时，排风面积约58 000 mm2，则每列车需新增通风器640 000/58 000≈11个。

每列车新增通风器的布置方案为：Tc车在二位端增加一个通风器，Mp车在一位端增加一个通风器，M车在一、二位端增加两个通风器，新增的通风器与现有通风器保持一致。Tc车通风器纵向布置如图2所示。

图2 Tc车通风器纵向布置示意图

3.2 操作步骤

(1) 拆卸新增通风器位置下方扶手、车底部幅流风机格栅、防寒材等部件。

(2) 对内装、幅流风机及其布线等部位进行保护，主动收集车体开孔过程中的铝屑，防止铝屑飞溅。

(3) 车顶开105 mm×895 mm方孔，方口周围钻10个直径为8 mm的圆孔，用于安装通风器法兰，开孔后使用吸尘器清除型腔内铝屑。

(4) 使用橡胶泡棉与密封胶封堵外露型腔。

(5) 去除通风器法兰安装面附近的防滑漆。

(6) 通风器法兰安装前底面施胶密封，安装通风器法兰，四周施胶密封。

(7) 安装通风器。

(8) 对拆卸的相关部件进行恢复安装。

整改方案的断面示意图如图3所示。

图3 整改方案断面示意图

现车在每一列车增开640 000 mm2的通风口，通过对Tc车进行正压测试，得到客室正压及风量数据如表3所示。

表3 整改后客室正压及风量情况

从表3可以看出：客室正压从110 Pa降到46 Pa，满足客室正压要求标准，且新风量、回风量、总风量均符合设计要求。使用水管对车顶新增通风器四周进行测试，在客室内部进行观察，数小时内未出现渗水现象，满足密封性要求。

4 结论

本文通过对成都5号线正压问题的研究，得出以下结论：

(1) 采用增加端部排风通路，贯通道下方开孔的方法对客室正压减小效果并不明显。

(2) 采用增加门下部排风空间，将部分门胶条更换成毛刷的方法可降低客室正压20 Pa～30 Pa，该方案适用于客室正压略高出标准的情况。

(3) 通过优化车顶防寒材、优化车顶两侧线槽的方法可降低客室正压40 Pa左右，但该方案对工艺要求较高，且降低正压数值不稳定。

(4) 采用在车顶增加通风器的方案可以降低正压64 Pa，且该方案密封性符合要求，目前该方案已在地铁成都5号线批量整改，但是还存在整改流程复杂、周期较长的问题。

由于成都5号线列车客室正压高达110 Pa，表2中方案并不能从根本上解决客室正压过大的问题，故成都5号线最终采用了在车顶增加通风器的方案。正压问题是城市轨道车辆的常见问题之一，其他线路可参考本文的数据根据自身的情况选择更为合适的方案。