动车组空调制冷系统运行仿真与故障分析
发布时间：2014-09-22 12:12
【摘要】 动车组的出现给人们的出行带来了很大的方便,并以其快速、安全和舒适等特点在多个国家和地区得到了广泛的应用和发展。随着生活水平的提高,人们对动车组的舒适性也有较高的要求,动车组空调制冷系统是夏季为室内提供舒适环境的重要设备。保障动车组客室的舒适环境,有利于提高动车组与飞机和汽车之间的竞争力,促进动车组的发展。因此研究动车组空调制冷系统的运行状态和故障有着重要的意义。本文以我国目前运行的某型动车组空调制冷系统为研究对象,该型动车组司机室空调制冷系统包含一台单元式空调机组,客室有两台空调机组,每台包含两个独立的制冷循环。首先分析了制冷系统的制冷机理和制冷循环的热力性能,并对动车组客室空调冷负荷进行定量分析。对动车组空调制冷系统的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置等主要部件工作机理进行分析,利用AMESim软件的相关元件建立各个部件的模型,并进行仿真分析。然后在各主要部件模型的基础上建立了司机室和客室空调制冷系统模型,对其几种运行转速下的运行状态进行仿真分析。在司机室和客室空调制冷系统模型的基础上,通过仿真进一步分析了空气参数和主要部件参数变化对空调制冷系统性能的影响。比较该型动车组空调制冷系统几种压缩机转速模式下的性能特点,分析了其相对定转速空调制冷系统的优点。通过建立湿空气混合模型,仿真分析了该型动车组空调制冷系统增加新风量之后蒸发器进风的参数变化,结合制冷系统模型,仿真研究了增加新风量对空调制冷系统性能的影响。对于故障仿真分析,本文分别模拟了制冷剂泄漏、换热器和空气过滤网堵塞造成的风速分布不均匀和风量不足等情况下动车组空调制冷系统的运行状态,分析了这些情况可能会导致的制冷系统故障。针对换热器和过滤网堵塞易导致多种故障,结合运用所现场资料分析了换热器维护保养的重要性及方法。
第1章绪论
1.1选题背景及研究意义
在动车组高速运行的同时，乘务人员与旅客也需要舒适的车内环境，保证乘务人员正常工作和旅客的旅途愉快，因此，需要有性能可靠的空调系统调节车内温度和空气质量，提供舒适的车内环境。在研发与设计过程中，要保证空调系统相关设备的可靠性，同时也要兼顾经济性。而在投入运营后的维护保养过程中，空调制冷系统的维护保养是动车组日常检修维护的重要内容之一，通过对空调系统制冷的研究，特别是对部分故障因素及其产生原理的深入研究对该系统的维护保养和故障的分析处理会有一定的帮助，提高检修效率。随着生活水平的提高，旅客对乘坐舒适性要求也相应提?高，保证旅客运输的舒适条件是高速铁路运输中的重要问题之一，因而动车组空调系统的研究对高速铁路运输的发展有着重要的意义。
空气的相对湿度会影响人体的蒸发散热，卫生学观点认为，当人体周围的空气温度小于26.7°C时，相对湿度对人体的影响不太明显，当温度在28°C以上时，相对湿度对人体的影响较为明显。一般来说，使人感到不舒适的相对湿度极限值约为70%。综合考虑如上因素，夏季客室内的平均温度范围为24?28°C，相对湿度范围为40%?70%⑴。冬季客室内的平均温度不低于18°C，相对湿度不低于30%。图1-1为人体感到舒适的相对湿度与温度的关系。
1.2国内外动车组空调系统概况
铁路客车空调机组按其安装型式可分为两类：一类为车顶单元式空调机组，另一类为分体式空调机组。两类机组均设有空调制冷系统、通风系统、空气加热系统和自动调节控制系统。单元式空调机组将制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀和冷凝风机等部件组装在一起，安装在客车项部，也称为车顶单元式空调机组。分体式客车空调机组分成两个部分，一部分安装在车顶，包括对空气进行冷、热处理和输送、分配单元。而另一部分安装在车底，包括空调装置的压缩机、冷凝器等部分。
.............
第2章动车组空调制冷系统原理与冷负荷分析
2. 1动车组空调制冷系统机理分析
液体气化的相变过程中要吸收热量，蒸气压缩式制冷正是利用这一过程来获得冷量。在一定的压力条件下，液体温度达到饱和温度就会沸腾，在制冷技术中把这个温度称之为蒸发温度。相同压力下，不同液体的蒸发温度不同，气化过程中所吸收的气化潜热也不同。表2-1给出了在一个大气压下水和几种空调常用制冷剂的蒸发温度和气化潜热。根据液体热力学性质可知，压力越低，液体的饱和温度就越低，蒸气压缩式制冷利用低压状态下的制冷剂液体在低温下（低于需要制取的温度）蒸发吸热，吸收被冷却空气的热量，使其温度降低，达到制冷的目的。低温低压的制冷剂液体吸热蒸发之后，将变成低温低压的制冷剂蒸气。
2. 2蒸气压缩式空调制冷的理论循环与热力性能分析
假定从蒸发器流出的制冷剂饱和蒸气，即点1状态。系统的连接管路与外界没有热交换，则压缩机吸入的还是饱和蒸气。假设蒸气压缩是绝热的，且吸、排气阀没有阻力，则线段1 一2表示的压缩过程是等熵过程，压力由蒸发压力上升到冷凝压力P,,同时温度由蒸发温度r,上升到,2。2—3—4表示制冷剂蒸气在冷凝器中等压冷却(2—3)和冷凝（3—4)的过程。在冷却阶段2—3，过热蒸气放出过热热量，温度从降到冷凝压力/7。对应的冷凝温度r。。在不变的条件下再经3 —4的冷凝阶段放出冷凝热相变为饱和液体，即点4状态。4一5表示制冷剂液体通过节流装置的节流过程。节流过程可认为与外界无热交换，所以节流前后制冷剂拾值相等：h* = h”节流时流速很快，压力突然降低，部分制冷剂吸收自身热量而气化成饱和蒸气，同时温度也因此降低，制冷剂进入两相区。5—1表示制冷剂在蒸发器中蒸发吸热的过程。在这个过程中，制冷剂在蒸发压力和蒸发温度呆持不变，吸收被冷却物体的热量而相变为饱和蒸气。在理论循环中，制冷剂除了通过节流装置时压力降低外，在流经其余的管路和部件时，都认为没有阻力损失。
第3章动车组空调制冷系统建模........ 17
3.1仿真软件简介.................... 17
3.2制冷压缩机模型的建立................. 18
第4章动车组空调制冷系统仿真分析 ....39
4.1动车组空调制冷系统模型 ...39
4.2动车组司机室空调制冷系统仿真分析 ............................40
4.2.1司机室空调制冷系统运行模式与仿真模型........................ 40
4.2.2三种运行模式下的仿真分析......................... 41
第5章制冷系统故障模拟与仿真分析............. 63
5.1动车组空调制冷系统常见故障...................... 63
5.2制冷剂泄漏故障分析 ..............63
5.2.1制冷剂泄漏情况下的仿真 ...............63
第5章制冷系统故障模拟与仿真分析
5. 1动车组空调制冷系统常见故障
动车组空调系统在运用过程中常见的故障有制冷不良、压缩机压力保护开关动作、压缩机过热保护继电器动作等。从运用单位的统计资料来看，造成这些故障的原因是多方面的，多与制冷剂泄漏、室内外换热器堵塞、过滤网堵塞、环境温度过高或过低等因素有关。常见故障及故障原因如表5-1所示。
5.2制冷剂泄漏故障分析
图5-1是假设的制冷剂质量流量由额定状况下司机室空调制冷系统在4000r/min转速时制冷剂质量流量的100%不断减小至40%时的变化曲线。图5-2是制冷量随着制冷剂质量流量减小的变化情况，由图可知，当制冷剂流量幵始减小时，制冷量不会立刻幵始减小，而是在延迟一定时间后开始逐渐减小，当质量流量减小到额定情况下的40%时，制冷量减小到了 2.6kW。如图5-3所示，随着制冷量减小，相应的出风温度从12.4°C上升到20.7°C。因为正常制冷情况下，蒸发器出风温度已低于露点温度，蒸发器出风的相对湿度为100%，在制冷量减小、出风温度逐渐上升，高于露点温度之后，相对湿度幵始减小，除湿效果减弱。
................
结论
最后对几种容易产生故障的状态进行仿真，分析了可能该状态下可能产生的故障及其故障原理。通过仿真研究，本文得出的主要结论如下：1、利用AMESim空调库及相关库中的元件建立某型动车组空调制冷系统模型，通过对标准条件下的仿真结果进行分析并与其标定的制冷量对比，验证了模型的正确性。2、分别改变蒸发器进风温度和冷凝器进风温度，模拟了蒸发器和冷凝器进风温度变化对动车组制冷系统性能的影响，即蒸发器进风温度升高会使制冷量增加，蒸发温度和冷凝温度增加。冷凝器进风温度上升会使冷凝压力大幅增加，制冷量减小。分析了换热器传热面积和节流装置流通截面积对制冷系统性能的影响，冷凝器传热面积增大对冷凝器换热量和制冷量的影响不大，主要会使冷凝压力降低。蒸发器传热面积增大则使制冷量增加，冷凝压力上升。节流装置流通截面积增大则使冷凝压力降低，蒸发压力上升，制冷剂流量增加。3、分析了该动车组空调制冷系统压缩机可变转速的特点，压缩机可变转速可以避免频繁的关断和启动，在负荷较低时可低转速运转，从而可以节省能耗。4、分析了新风量对车厢内空气质量的影响。通过建立的计算新风和回风混合后空气参数的湿空气混合模型，计算了新风温度变化以及新风量变化后混合空气参数的变化，以及对制冷系统的影响，通过模型计算和仿真可知，该型动车组空调制冷系统新风量增加到1700m3/h和2000m3/h时，冷负荷都还远小于空调制冷量，因此增加新风量到1700m3/h和2000m3/h是可行的。
.................
参考文献:
- [1] 刘洋. 空调泄漏的检测方法[J]. 大众用电. 2013(09)
- [2] 方祥建,程睿,邵英,吴丽花. 制冷剂泄漏对家用空调器压缩机的影响[J]. 制冷与空调. 2013(03)
- [3] 夏海龙,杨美传,刘峰. 基于Matlab的CRH2动车组空调变频控制仿真[J]. 机车电传动. 2012(06)
- [4] 陆强,杨美传,蒲思培. 列车空调制冷系统的仿真与分析[J]. 制冷与空调. 2011(05)
- [5] 杨永峰. CRH2型动车组空调系统常见故障及预防[J]. 机车电传动. 2011(04)
- [6] 史富强,毕恩兴. 铁路空调客车制冷系统故障的处理与建议[J]. 内江科技. 2009(11)
- [7] 钱长华,于林. 空调系统中制冷剂泄漏浅析[J]. 暖通空调. 2008(03)
- [8] 许艳峰. 客车空调装置运用中的故障分析及建议[J]. 机车车辆工艺. 2006(06)
- [9] 王文平. 我国客车空调装置的发展历程及趋势[J]. 内蒙古科技与经济. 2005(11)
- [10] 冈田诚,彭惠民. 日本新干线电动车组用空调系统[J]. 国外铁道车辆. 2003(03)
本文编号：9126
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/9126.html
