《城市轨道交通车辆空调系统气候模拟试验方法.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市轨道交通车辆空调系统气候模拟试验方法.doc（13页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、城市轨道交通车辆空调系统气候模拟试验方法糠鏖罐鼹i城市轨道交通车辆空调系统气候模拟试验方法赵冬杨奇科于琼蔚(南车株洲电力机车有限公司,412001,株洲第一作者,助理工程师)摘要根据深圳地铁1号线续建工程车辆司机室及客室空调系统型式试验的实践经验,初步提出了一套关于城市轨道交通车辆气候模拟试验的有效试验方法.关键词城市轨道交通;车辆;空调系统;气候模拟;试验中图分类号U270.383ClimateSimulationTestingMethodofUrbanRailTransitVehicleAir-conditionSystemZhaoDong,YangQike,YuQiongweiAbstr
2、actBaseonthepracticalexperiencesoftheextensionengineeringofShenzhenMetroLine1,wheretheair-conditionsystemindriverScabandpassengerSvehiclearetested.Thispaperproposesasetofeffectivemethodsaboutthesimulationofclimateforurbanrailtransitvehicles.Keywordsurbanrailtransit:vehicle:air.conditionsystem;simula
3、tionofclimate;testingFirst-authorSaddressCSRZhuzhouElectricLocomotiveCo.,Ltd.,412001,Zhuzhou,China在我国南方大部分城市中,夏季平均气温都在29以上.在这些城市的地铁和轻轨车辆采购合同上,空调制冷系统成为必需配置的设备.本文根据空调系统型式试验的实践经验,进行了城市轨道交通车辆气候模拟试验方法的初步研究.被试车辆是一节包括有司机室和客室的新造拖车(To).车厢内外清洁,车内设备已安装完整且状态功能正常,所有存水已排干,所有与车外相连通的管道均能正常使用.该车配备一套由上海法维莱(Faiveley)交
4、通车辆设备有限公司提供的空调系统.该系统包括:2台15.36kW的空调机组,通风风道,控制软件,1台紧急逆变器.1测试原理及试验过程车辆空调系统的气候模拟试验包括通风系统试验和制冷性能试验.1.1通风系统试验?86?试验的测试参数包括:空调新风口风量,客室内送风口风量,客室回风口风量,司机室增压器口风量,客室与司机室内空气流速以及客室内外空气压差等.1.1.1测试原理空调系统装车之后,风量,空气流速和空气压差都受车体客观气流条件的影响,与部件的地面试验有所不同.1.1.1.1风量测试原理经研究,风量测试可以直接采用风量罩测试,这是目前最为简单有效的一种风量测试方法.采用的风量罩主要由三个部分构
5、成:风量罩体,基底以及便携式数据处理器.风量罩体主要用于采集风量,将风汇集至基底上的风速均匀器上;在风速均匀器上装有热式风速传感器,热式风速传感器将风速的变化转换为电信号交给便携式数据处理器;便携式数据处理器再根据基底的尺寸可将风量计算出来,并将其数值显示在LED屏上.其计算公式如下:Q:vS(1)式中:Q单位时间内的体积流量;v风速均匀器处采集得到的风速;基底的迎风面积.通过计算被试车辆空调机组上各个新风口的风量之和,可以算得单位时间内的总新风量Q新;同理可算得单位时间内的总回风量Q回.单位时间内的总送风量为:Q送:Q新+am(2)1.1.1.2空气流速测试原理经研究,空气流速测试可以采用双
6、热线式微风传感器.其工作原理是:金属丝(长度一般为0.52mm,直径为110m,材料为铂,钨或铂铑合金等)通过电流后,温度升高,电阻值增大;当有气流流过敏感元件时,温度降低,电阻值减小.将电阻值的变化转换成风速量,其具有不受空气流向影响,可测量低风速等特点.,-根据强迫对流热交换理论,可导出热线温度变化71与流体的速度v之间存在归一化关系式:丁:L(3)ab式中,a和b是指热线与电阻温度有关的物理常数.通过测试计算机实时采集一段时间内某一测点的微风速值,其算术平均值即为该测点的空气流速.1.1.1.3空气压差测试原理经研究,空气压差测试可以采用硅压阻式微差压变送器.其工作原理是:当硅晶体受到空
7、气压力时,其电阻值会发生变化,变送器再利用桥式电路将电阻的变化值对应成电压信号.同样通过测试计算机实时采集,与空气流速测试一样,也是对电阻值进行测量,因此可以同时使用一套采集系统.通风条件下空气流速和空气压差测试平台拓扑图见图1.信号采集箱电源CHlCH2CH3CH4CH5CH23R$485电源信号调理箱CHlCH2CH3CH4CH5CH23电源测试计算机C0MR$485/232转换器PVlV2V3V4V22注:CH卜CH23为通道l通道23;P为压力测试点;V1V22为风速测试点.图1空气流速和空气压差测试平台拓扑图1.1.2试验过程1)首先必须保证被试车辆静置于周遭气流稳定的车间内.2)关
8、闭所有车门.3)使车辆通风系统处于正常通风模式,打开全部新风门和回风门,司机室增压器叶片必须处于垂直状态.4)待通风系统工作一段时间之后,即可开始逐个测量新风口风量,回风口风量和司机室增压器口风量.5)切换车辆通风系统使其处于应急通风模式,打开全部新风门并关闭全部回风门,司机室增压器叶片必须处于垂直状态.6)由于回风门全部关闭,Q新=Q送,待通风系统工作一段时间之后,即可开始逐个测量新风121风量和司机室增压器口风量.由上述方法测得的风量,即可算出空调系统在正常通风以及应急通风模式下的总送风量.7)在测量风量的同时,可在图2所示的测点位置测量风速,并且由测试计算机实时采集.1.2制冷性能试验试
9、验的测试参数包括:车辆内外空气温度,车辆内外空气湿度和空调系统功耗等.1.2.1气候模拟方法在该项试验中,需要模拟当地地面和隧道内气候环境,使空调系统在设计负荷下工作.经研究,采取如下方法来模拟气候环境:1)在公司喷涂车间油漆房内,可以长时间控制车间内温度稳定在35,用于模拟车辆工作的自然环境;2)使用传热系数较高的杉木板将被试车辆的贯通道封闭,阻止车辆内外空气流通以及热能流失;3)按照车辆表面积和太阳热能的吸收效率,计算得到太阳对于一节Tc车的热效应大约为3500w,可以使用均匀放置的加热器来进行模拟;4)按照车内乘客标准显热负荷为64w,一节?R7?lQl鞫ll值交蘧:尊rrc车满员时乘客
10、所散发的总显热功率约为16kW,同样可以使用均匀放置的加热器来进行模拟;5)按照车内乘客标准潜热负荷为52.3w,一节Tc车满员时乘客所散发的总潜热热功率约为13.1kW,同样可以使用均匀放置的超声波加湿器来进行模拟.TTTTTTT厂?.1r畸llrr.I._J一I一一.丽l-一Ilr-I1一一?1,VVvT_注:V8Vl1和VI4V17距被试车辆客室地面垂直高度为1.1m;V22距被试车辆司机室地面垂直高度为1.1m;其余测点距被试车辆客室地面垂直高度为1.7in.图2司机室以及客室空气流量测点布置图1.2.2制冷性能评价方法评价空调制冷性能通常采用能效比尺匝(R匝=实测制冷量/实测功率)来
11、表示.尺匝是指单位功耗所能获得的冷量,是空调系统的一项重要技术经济指标.尺匝值越大,表示空调系统能源利用效率越高.它是与制冷剂种类及运行工作条件有关的一个系数.其计算公式见式(4).Q0s+QL007CpaLf+600口LWr一一一一式中:.空调机组的实测输入功率,kW;叩压缩机机功率因数;Qs显热量,kW;QL潜热量,kW;Qo空调实测制冷总量,kW,Qo=Qs+QL;CP空气比热,CP=1.01kJ/(kg?);a空气密度,口=1.25kg/m3;L总送风量,m;卜一空气温度变化量,;W空气湿度变化量,%.空气温度变化量和空气湿度变化量采用信号采集箱同步采集.温度测试探头采用PT100铂电
12、阻式温度传感器,湿度测试探头采用JCJ100H1湿敏电容式湿度传感器.空调机组的功率和功率因素采用NORMA4000宽频带功率分析仪,其自带电压钳可测量1kV以下交流电压.电流测试使用LT208.?88?S7霍尔式电流传感器.上述测试仪器设备均与计算机相连,由计算机同步处理,输出,并记录温度,湿度,功率以及功率因素等数据.1.2.3试验过程1)首先将车辆静置于一间周遭气流稳定的密闭车间内.2)在车辆内布置温度和湿度传感器,其安装位置如图3.3)同时将所有空调系统需要的外接电源以及测试仪器设备如图4连接起来,组建成完整的测试试验平台.4)将车间内的温度调到35,湿度调到50%.5)将被试车辆的车
13、门打开,静置一段时间,同时监控车辆内外的空气温度和湿度.6)待车辆内的空气温度,湿度与车间内空气温度,湿度一致时,关闭被试车辆所有车门,启动空调系统制冷.7)记录试验开始时车辆内外温度和湿度数据以及试验开始时间.8)在试验开始的同时,将用于模拟太阳热负荷,照明热负荷和车内乘客显热负荷的加热器以及用于模拟车内乘客潜热负荷的加湿器开启.9)每隔10min记录一组温度,湿度和功耗数据.10)直到被试车厢内各点的平均温度在2428之间,且试验时间大于1h即可停止试验.记录此时的时间,被试车厢内外温度和湿度.l:l.;li:lll;荤套TTT,厂F9T.T.T2J.=.T33弋,flf:,l1_J1l.
14、1上l.1JLl_-!L_竺_写一.二-/JJ_;:J注:T11r27,T38,RHI和RH2距被试车辆客室地面的垂直高度为1.1m;T28T32距被试车辆客室地面的垂直高度为1.7mT33T37距被试车辆客室地面的垂直高度为0.15m;T39和RH3在空调新风口处.图3制冷试验温度和湿度探头布置点位置图图4制冷性能试验测试系统以及车辆供电系统方案用上述方法采集得到的温度和湿度的变化值,试验时间以及上一个步骤中计算得到的总送风量,就可以计算出空调系统的制冷系数,从而评价空调系统的制冷性能.由于上述温度测点的位置也具有代表性,故也可用来评价车辆内温度的均匀性.稍作分析对比即可得出,在正常制冷条件
15、下的车辆制冷均匀性指标.图5为被试车辆司机室及客室的温度和空调输入功率随时间变化的曲线图.越赠15.4Ol5-3515.3015.25l5.20姗15.15l5.1O0口0000一一一一一一试验时分图5被试车辆制冷性能试验温度和功率随时间变化的曲线图(下转第92页)?89?l墟鹰交避繁尊包封处理,叠包率为50%60%;并与原绝缘形成阶梯搭接,搭接长度为510mlTl.自粘性硅橡胶带包扎时需适度拉伸,使绝缘带延伸20%-30%左右,这样可使叠包搭缝服贴致密,然后再用云母粉带和玻璃丝带叠包.所有绝缘包扎要求紧凑,致密.4)变更并头和连线方式,尽量节余空间尺寸,以方便绝缘搭接和包扎.由于地铁电机并头
16、端部空间尺寸较为紧张,型结构为传统的并头方式,在其上部还有导电环,导致空间尺寸紧张.更改为V型鸭嘴结构后,并头和导电环在同一个高度,可以留出更多的空间以完善绝缘防护,搭接和密封包扎.此种包扎方式要求绝缘带包扎合理,避免绝缘带脱落.5)严格执行预设定的VPI(真空压力浸漆)整浸工艺参数,最大限度地对绝缘深层进行填充;选用旋转烘焙工艺,以减少绝缘漆的流失,保证绝缘漆膜的厚度.6)绝缘漆固化后,在后续的装配和使用中,尽量不能破坏漆膜表面,确保漆膜的完整性,以提高绕组绝缘防水性能.取其中一台并头和包扎优化后的定子,其浸水时间和绝缘电阻变化情况如图6所示.14001200耋1000j型800署60040
17、0舞200Ol3579Ill3l5I7192l2325浸水时间/h图6绝缘结构改进后的定子浸水绝缘电阻变化情况根据图6试验数据,电机定子绝缘在浸水24h后依然有5MI2电阻值,表现出良好的防水性能,满足了地铁电机浸水试验的要求.上述试验结果表明,通过对地铁电机定子绝缘结构,材料及包扎工艺的改进和优化,可以有效改善电机绝缘结构的防水性能,满足地铁电机在阴暗,潮湿环境中的使用要求,确保了电机运行的安全性和可靠性.4绝缘结构改进后的浸水试验验证参考文献按照上述改进方案实施后,随机选取浸漆后的定子进行整体卧式浸水试验.将定子除了接线盒引出线以外的全部绕组完全浸没水中,测定24h以后的绝缘电阻值.结果表
18、明,改进防水绝缘结构后,大部分电机定子的防水性能有了明显的提高.随机抽(上接第89页)2试验方案的不足1-13李耀星.中国绝缘材料产品及应用手册I-M.北京:机械工业出版社,2006.2电气电子绝缘技术手册编辑委员会.电气电子绝缘技术手册M.北京:机械工业出版社,2008.(收稿日期:20090618)上述试验方案中,仅仅是对城市轨道交通车辆气候模拟试验方法进行了初步的研究和探索.其中有几点不足之处:1)试验方案都是在静态条件下进行的,对于动态条件就要求更为苛刻了.2)试验方案都是在一节车辆上进行,对于全列车的试验,试验场地和传感器的布线距离都成为问题;随着布线距离的增加,信号延迟和衰减将变得
19、严重,对于试验数据的准确性有影响.3结语城市轨道交通车辆对乘客的乘坐舒适性要求越?92?来越高,而空调系统设计的好坏将直接影响到乘客乘坐的舒适性.空调系统的型式试验和研究性试验是验证空调系统性能和设计研究的必要手段,今后还将有很多空调系统气候模拟试验的需求.为此,应不断总结经验,改进试验方法,为城市轨道交通车辆空调系统提供准确的试验数据.参考文献1TB2433-1993铁道客车空调装置运用试验方法s.23TB/T1675-2001铁道客车空气调节试验方法s.3EN1475o_一1铁路车辆一城市轨道车辆空调I-s3.4EN1475O一2铁路车辆-城市轨道车辆空调-型式试验s.(收稿日期:20090618)