城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术研究

原宇博

（贵阳市城市轨道交通集团有限公司运营分公司，贵阳 550000）

0 引言

城市轨道交通车辆内部是个人员聚集密度大、密闭时间长的一种空间，因此主要依赖空调制冷系统来进行通风调温[1]。目前，国内外对于城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术的研究均十分重视，并取得了多样化的研究成果。国外主要针对城市轨道交通车辆空调机组漏水故障的诊断等方向进行研究，王振飞等[2]提出一种基于信号参数法的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术，主要通过信号参数法实现城市轨道交通车辆空调机组漏水检修。国内主要侧重于研究神经网络、模糊控制等方面，有学者提出一种基于动态循环控制的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术，主要通过动态循环控制技术实现城市轨道交通车辆空调机组漏水检修。由于在利用以上检修技术进行城市轨道交通车辆空调机组漏水检修时，受漏水故障数据量较大的影响而无法进行数据测点布设，在制冷温度为20～28 ℃时，存在漏水故障检测率较低的问题，因此提出一种新的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术。

1 城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术

1.1 构建数学模型

通过获取城市轨道交通车辆空调机组的基本技术参数，构建城市轨道交通车辆空调机组部件数学模型[3]。获取的城市轨道交通车辆空调机组的基本技术参数如表1所示。

根据表1所示城市轨道交通车辆空调机组的基本技术参数获取空调机组易出现漏水故障部件的对应数学模型，包括毛细管、蒸发器、冷凝器。其中，冷凝器模型的构建首先需要假设其具备稳定的工作状态且符合热平衡方程，也就是冷凝器传递的空气、热量以及热负荷三者保持平衡[4]。构建的冷凝器模型包括热负荷模型、热量模型以及换热量模型。

表1 城市轨道交通车辆空调机组的基本技术参数

其中热负荷模型具体如下：

式中：Qc为冷凝管的实际热负荷；Qe为制冷量；Pi为压缩机指示功率。

热量模型具体如下：

式中：Qa为空气所带走的整体热量值；qa为空气实际质量流量；ca为空气比热容；ta2、ta1分别为冷凝器中空气出、进的温度；qr为制冷剂的实际质量流量；hr2、hr1分别为冷凝器中制冷剂出、进的焓值[5]。

换热量模型具体如下：

式中：Qb为冷凝器实际换热量；K为传热系数；A为传热面积，其基准为外表面；Δtm为空气与制冷剂的传热平均温差[6]。

蒸发器与冷凝器的数学模型是一致的。

毛细管的数学模型首先需要假设在管内制冷剂是绝热均相一维流动。其数学模型为微元控制方程，具体包括连续性、能量方程，具体如下：

式（4）～（5）中：d为毛细管直径；G为灌注量；h为毛细管长度；v为比容[7]。

1.2 数据测点布设

根据构建的城市轨道交通车辆空调机组部件数学模型选取漏水故障特征参数，在参数所在处对城市轨道交通车辆空调机组漏水检修数据测点进行布设[8]。选取的漏水故障特征参数包括压缩机排气以及吸气温度、冷凝温度、蒸发温度。

其中，冷凝温度、蒸发温度需要通过对冷凝压力和蒸发压力进行测量，并对制冷剂的实际热力性质进行查阅来间接获取冷凝温度与蒸发温度数据。在其数据测点布设中，需要利用压缩机的出口压力与进口压力对冷凝压力和蒸发压力进行代替，并在其出口处与进口处对压力传感器进行安装。

压缩机排气以及吸气温度需要在其出口处与进口处对TP200 温度传感器进行布设以测量该数据[9]。最终选定的测点共16个，具体如表2所示。

表2 最终选定的测点数据

1.3 空调机组漏水检修

设计一个空调机组漏水检修系统，连接各个测点的传感器，实现城市轨道交通车辆空调机组漏水检修。设计的空调机组漏水检修系统由打印机、CRT 显示器、计算机、A/D 变换器、调制放大器、数据采集卡、检修软件构成。通过数据采集卡能够将检修系统与布设的各测点进行对接，并向计算机传送采样测点的漏水故障数据，由计算机对数据进行整理和计算，在CRT 显示器上显示结果。计算机还与打印机相连，能够实现打印输出、回放、存盘等功能。其中，打印机、CRT 显示器、计算机、数据采集卡共同构成数据采集模块，主要负责检测漏水故障[10]。A/D 变换器、调制放大器、检修软件共同构成控制模块，能够对漏水故障处进行控制与调节，通过数据采集模块与控制模块共同实现空调机组漏水检修功能。

2 空调机组漏水检修实验

2.1 实验设计

为证明设计的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术的性能，对其进行实验验证。实验中的城市轨道交通车辆空调机组运行工况数据具体如表3所示。

表3 实验城市轨道交通车辆空调机组运行工况数据

城市轨道交通车辆空调机组多发漏水故障实验，其实物图如图1所示。利用设计的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术对城市轨道交通车辆空调机组进行漏水检修实验，获取制冷温度为20～28 ℃时的漏水故障检测率数据作为实验数据。为避免本次实验结果过于单一而缺乏对比性，将原有的两种技术作为实验中的对比技术。对比几种实验技术的漏水故障检测率实验数据。

图1 实验城市轨道交通车辆空调机组实物图

2.2 实验结果

在制冷温度为20～28 ℃时，普通工况下，设计的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术与基于信号参数法、基于动态循环控制的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术的漏水故障检测率实验数据对比结果如表4所示。根据漏水故障检测率实验数据对比结果可知，在普通工况下，设计的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术的漏水故障检测率高于基于信号参数法、基于动态循环控制的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术。

在过渡季节的工况下，设计的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术与基于信号参数法、基于动态循环控制的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术的漏水故障检测率实验数据对比结果如表5所示。根据漏水故障检测率实验数据对比结果可知，在过渡季节的工况下，设计的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术的漏水故障检测率高于基于信号参数法、基于动态循环控制的城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术。

表4 漏水故障检测率实验数据对比数据

表5 漏水故障检测率实验数据对比数据

3 结束语

当城市轨道交通车辆空调机组出现运行问题后，会对城市轨道交通车辆内部空间的空气质量造成直接影响，并降低随行人员与乘客乘坐车辆时的舒适性。对于城市轨道交通车辆空调机组而言，最常见的运行问题就是漏水问题，其发生频率远高于其他问题，因此必须通过城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术对车辆空调机组进行漏水检修，以防止频繁发生空调机组漏水问题。城市轨道交通车辆空调机组漏水检修技术实现了漏水故障检测率的提升，对于城市轨道交通车辆空调机组的日常维护有很大意义。