高速动车组超高温环境空调系统制冷效果优化研究分析

马登辉

陕西城际铁路有限公司 陕西西安 710016

1 空调系统设计要求

CRH3动车组客室空调为整体式空调机组，实现加热制冷及通风功能，制冷剂为R407C。单元空调制冷量45KW，制冷模式总风量：4900m3/h，其中新风量为1700m3/h，回风量3050m3/h。其中冷凝风机外径580mm，转速1200rpm，冷凝风量7500m3/h。膨胀阀选型丹弗斯TX3-N39，名义制冷量6冷吨（设计工况），最大工作压力28bar。

2 制冷系统常见问题分析

空调系统经常出现在在外温超过38℃时，出现制冷效果不足问题，数据研究分析发现主要问题在外温较高时，存在：

（1）制冷系统高压压力过高，超过系统软件设定高压值28.5bar，软件启动旁通卸载保护，旁通频繁开启，严重影响制冷效果，现场发现空调机组风机扇叶和导流圈顶部距离偏小，冷凝排风导流不充分，当客室空调机组处在通风不畅、且温度较高的环境时，部分空调机组出现冷凝风回流，导致压缩机排气压力过高，空调机组开启旁通阀卸载，使得客室制冷效果差。

（2）部分故障由于存在系统低压值过低现象。膨胀阀用于控制高压液体以适当的量变成低温、低压气体，根据系统负荷变化，调整进入蒸发器的制冷剂液体的流量，膨胀阀故障导致出现空调系统制冷能力下降或丧失。

原选型膨胀阀为单膜片结构，通过对故障膨胀阀动力头进行气体打压试验，会有气泡从平衡管处溢出。拆解发现，阀的膜片有小的凹痕和裂缝，开裂位置均为膜片边缘的运动处。可能出现原因为膜片疲劳强度不足或焊接时损伤导致膜片开裂。空调系统制冷下图1为CRH动车组空调制冷高低压系统工作范围。

3 应对措施

3.1 针对高压系统故障

为了解决这个问题，加高原有导流圈，确保空调机组冷凝排风顺畅。对加高空调机组冷凝排风导流圈的方案进行了测试：设定环境温度35℃，测试未加高导流罩时机组的出风角度，然后整改风机导流罩并加高，测试风机的出风角度，测试数据：原导流罩出风角度50度时风量7530m3/h，加高后导流罩出风角度60度时风量7850m3/h。

通过测试数据可以看出，加高导流圈后，冷凝出风角度加大，出风量提高，可有效解决冷凝气流回流现象。

图1 空调系统高低压值

3.2 针对膨胀阀故障

未解决膨胀阀问题，将膨胀阀更改为双膜片结构的膨胀阀，双膜片手里合理，相对于单膜片更加可靠。选用双膜片膨胀阀，且相关厂家双膜片膨胀阀已全部开展运用，且运用效果良好。

以SporlanERVE-8-GA为例，高温运行效果如下表1：

3.3 优化软件控制逻辑，在高温工况降低空调负荷

为了提高车内的舒适性，降低车厢内的温度，在外温较高时，降低车内的新风量，降低空调的负荷，从而提高车内的舒适性。具体控制方案优化：当车速车速大于一定速度，且新风温度大于38度时，关闭新风及废排压力波风门以及废排风机，关闭时间持续一定时间，然后再打开，依此循环。

表1 高温运行效果