何 正 上海鐵路局合肥車輛段

客車空調(diào)機(jī)組干燥機(jī)的運(yùn)用

何 正 上海鐵路局合肥車輛段

介紹客車空調(diào)機(jī)組干燥機(jī)研制背景、結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)功能、工作原理及設(shè)備特點(diǎn)，并對(duì)設(shè)備的使用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

空調(diào)機(jī)組；干燥機(jī)；工作原理；使用效果

1 引言

客車空調(diào)機(jī)組是一個(gè)整體，重約700kg，體積較大，電子元件較多，需要干燥的表面積較大，干燥工藝要求機(jī)組表面要無水滴附著，而機(jī)組局部金屬的絕緣電阻在2～500MΩ之間?？諝庀到y(tǒng)下的送風(fēng)溫度根據(jù)空調(diào)機(jī)組部件的最低耐溫值確定，如果溫度過高，容易使電線絕緣皮老化，這使得干燥裝置的出風(fēng)溫度不能高于60℃。

2 空調(diào)機(jī)組干燥機(jī)

空調(diào)機(jī)組干燥機(jī)是專為既有客車空調(diào)機(jī)組檢修而設(shè)計(jì)制造的非標(biāo)設(shè)備，適用于路內(nèi)在用各型空調(diào)及青藏車、雙層客車使用的空調(diào)機(jī)組清洗后的干燥作業(yè)，以提高空調(diào)機(jī)組電氣絕緣性能。該設(shè)備可以同時(shí)滿足2臺(tái)空調(diào)機(jī)組的干燥作業(yè)。該設(shè)備采用熱泵干燥這一高效節(jié)能、環(huán)境友好、干燥效果好的新型干燥技術(shù)來滿足空調(diào)機(jī)組檢修工藝的使用要求。

2.1 結(jié)構(gòu)組成與系統(tǒng)功能

空調(diào)機(jī)組干燥機(jī)主要由干燥房、熱泵干燥除濕系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)機(jī)（包括主風(fēng)機(jī)、輔風(fēng)機(jī)、航插風(fēng)干裝置）、輔助加熱裝置、自動(dòng)收縮卷簾門、電控系統(tǒng)組成（見圖1）。

2.1.1 干燥房

干燥房尺寸：8.5m×4.0m×2.5m(長×寬×高)。

結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)加彩鋼巖棉板組合。側(cè)面及后壁設(shè)有塑鋼觀察帶，室內(nèi)設(shè)有燈箱照明，能滿足連續(xù)干燥的需求，干燥房的兩端設(shè)有可升降的卷簾門，尺寸為2.95m×2.0m(寬×高)。

干燥室采用上送下回式氣流分布形式，送風(fēng)口位于干燥室頂部的中央，回風(fēng)口位于干燥室兩側(cè)壁面的下方。

2.1.2 熱泵干燥除濕系統(tǒng)

熱泵干燥除濕系統(tǒng)的工作介質(zhì)為空氣，主要構(gòu)成部件是壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥。為提高熱泵干燥系統(tǒng)的傳熱效率，對(duì)蒸發(fā)器和冷凝器進(jìn)行再回?zé)崽幚?，在系統(tǒng)上增加一個(gè)回?zé)崞鳎脧恼舭l(fā)器出來的冷空氣來預(yù)冷進(jìn)蒸發(fā)器前的高溫濕空氣，使循環(huán)空氣回?zé)幔纱蟠筇岣呦到y(tǒng)的除濕能力。

圖1 空調(diào)機(jī)組干燥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.3 循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

設(shè)置4臺(tái)負(fù)壓風(fēng)機(jī)置于空調(diào)機(jī)組上0.5m處。同時(shí)為確保空調(diào)機(jī)組兩側(cè)面局部絕緣電阻的良好干燥，在干燥室的左右兩面各對(duì)稱設(shè)置了6臺(tái)用于點(diǎn)干燥的射流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)引出3個(gè)帶收縮型口的噴嘴。

對(duì)要求獨(dú)立干燥的航插，設(shè)計(jì)兩臺(tái)移動(dòng)式小型靜壓箱，PVC風(fēng)管引風(fēng)進(jìn)行干燥。航插烘干裝置安裝在兩臺(tái)機(jī)組中部對(duì)應(yīng)位置，裝置底部裝有萬向腳輪，可隨意調(diào)整位置，以方便對(duì)航插進(jìn)行均勻送風(fēng)烘干，以確保航空插頭干燥良好。

2.1.4 預(yù)熱輔助加熱器

采用電加熱器，可將干燥室的環(huán)境空氣溫度在3min內(nèi)加熱到60℃，同時(shí)也能直接降低熱泵系統(tǒng)的熱負(fù)荷。

2.1.5 電控系統(tǒng)

整套設(shè)備的控制方式分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種形式。自動(dòng)控制：通過人機(jī)界面設(shè)定參數(shù)，然后整機(jī)按照程序控制自動(dòng)完成干燥全過程。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，人機(jī)界面上顯示故障信息。手動(dòng)控制：設(shè)備的所有功能均可手動(dòng)控制，此功能主要供調(diào)試和維修時(shí)使用。故障報(bào)警：當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄故障原因，并停止運(yùn)行系統(tǒng)，且操作面板中的蜂鳴器報(bào)警。

由于系統(tǒng)的控制對(duì)象較多，而控制對(duì)象又以小容量的負(fù)載居多，為了使控制系統(tǒng)達(dá)到既簡單、安全可靠又能方便靈活地進(jìn)行各種控制，選擇PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，便能實(shí)現(xiàn)上述要求。

控制系統(tǒng)有輸入部分、PLC部分和輸出部分。

輸入部分由工況識(shí)別電路及檢測回路組成。工況識(shí)別電路用于識(shí)別：“自動(dòng)/手動(dòng)”控制及各種工況命令等信息。而檢測回路主要由傳感器組成，用于檢測系統(tǒng)的各種參數(shù)。

PLC部分采用一臺(tái)三菱可編程序控制器，它通過對(duì)輸入信息的判斷、運(yùn)算，輸出相應(yīng)的信號(hào)給控制對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)控制。

輸出部分包括以下三個(gè)回路：

（1）交流接觸器回路：PLC通過對(duì)交流接觸器線圈的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)、冷凝器及相應(yīng)的風(fēng)機(jī)的控制。

（2）顯示、報(bào)警回路：用于對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)工況做出指示，并在系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警并采取相應(yīng)的保護(hù)措施?？刂葡到y(tǒng)軟件使用的是簡單的梯形圖編程方式，延時(shí)及中間環(huán)節(jié)全部由PLC內(nèi)部的特殊模塊實(shí)現(xiàn)。

整個(gè)電氣控制系統(tǒng)組裝在電氣控制柜中，形成電氣控制柜組，安裝在干燥裝置旁。整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控、報(bào)警、參數(shù)設(shè)定和調(diào)整，均集中在電控柜上，便于操作和生產(chǎn)管理。

2.2 工作原理

熱泵干燥技術(shù)是熱泵技術(shù)和干燥技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。按照干燥介質(zhì)的循環(huán)方式劃分，熱泵干燥裝置可分為開式、半開式和封閉式。由于系統(tǒng)對(duì)干燥室溫度有一定的要求，另外還要滿足一定的干燥時(shí)間要求，以保證后續(xù)使用的連續(xù)進(jìn)行，因此采用干燥室內(nèi)空氣強(qiáng)制對(duì)流方式進(jìn)行干燥是一種比較合適的方式，另外，為了達(dá)到更好的節(jié)能效果，采用具有回?zé)嵫b置的熱泵干燥，將為空氣作為干燥介質(zhì)，系統(tǒng)采用閉式循環(huán)。

系統(tǒng)由熱泵與干燥兩個(gè)單元組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在整個(gè)系統(tǒng)中有兩個(gè)回路，即制冷劑循環(huán)回路與空氣循環(huán)回路。來自干燥過程排放廢氣進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器，熱泵工質(zhì)吸收其熱量后液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)為氣態(tài)，然后氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)壓縮機(jī)絕熱壓縮成為高溫高壓狀態(tài)進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中高溫高壓熱泵工質(zhì)液化冷凝放出冷凝潛熱加熱來自經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后的冷干空氣，把冷干空氣加熱到要求的溫度后引入干燥器內(nèi)作干燥介質(zhì)循環(huán)使用。

圖2 閉式帶回?zé)峤Y(jié)構(gòu)的熱泵干燥系統(tǒng)原理圖

如圖2所示將蒸發(fā)器前后的空氣進(jìn)行熱交換 (即回?zé)?，使干燥室出口處的溫濕空氣在進(jìn)入蒸發(fā)器之前先與蒸發(fā)器出口處經(jīng)過冷凝除濕后的冷干空氣流過回?zé)崞鬟M(jìn)行熱交換，使進(jìn)入蒸發(fā)器的溫濕空氣溫度下降，同時(shí)由于熱量的交換，使從熱泵蒸發(fā)器冷凝除濕后的冷干空氣升溫，從而實(shí)現(xiàn)空氣的回?zé)?。由于?duì)循環(huán)空氣進(jìn)行了回?zé)崽幚?，蒸發(fā)器在吸熱量不變的情況下，降低了蒸發(fā)器的顯熱負(fù)荷，增加了吸收濕空氣潛熱負(fù)荷，從而提高系統(tǒng)的除濕能力。另外，循環(huán)空氣經(jīng)過回?zé)岷?，使進(jìn)入熱泵冷凝器的空氣的溫度提高，減小了冷凝溫差，加速了機(jī)組的干燥。

2.3 設(shè)備特點(diǎn)

（1）熱泵干燥是一種低耗能、環(huán)境友好、溫和、高效的干燥方式，使用熱泵干燥對(duì)清洗后的空調(diào)機(jī)組進(jìn)行干燥，是一種合理的干燥方法。設(shè)計(jì)中針對(duì)干燥對(duì)象的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用閉式循環(huán)的熱泵干燥。

（2）將干燥室排出的溫濕空氣與蒸發(fā)器出口處的空氣進(jìn)行熱交換(即回?zé)?，使得蒸發(fā)器入口處的溫度下降，冷凝器入口處的溫度上升，這種設(shè)計(jì)使得蒸發(fā)器和冷凝器的熱交換量減小，也使得蒸發(fā)器和冷凝器傳熱面積減小，不僅提升了系統(tǒng)性能還減少了制作成本。

（3）干燥室空氣流場分布特性對(duì)十干燥質(zhì)量和效率具有重要影響，為此設(shè)置了4臺(tái)用于面干燥的室內(nèi)負(fù)壓大風(fēng)機(jī)和12臺(tái)用于點(diǎn)干燥的射流風(fēng)機(jī)，以及專門用于航插干燥的靜壓箱。這種設(shè)計(jì)保證了機(jī)組特殊干燥部位的有效干燥，提高了整體干燥效率。

（4）由于干燥房或多或少會(huì)受到環(huán)境條件的影響，在外界環(huán)境不利的條件下，采取預(yù)熱干燥室、適當(dāng)延長干燥周期以及加裝輔助電加熱裝置的措施均可保證干燥效果。

（5）與常規(guī)真空干燥方式相比，熱泵干燥具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，具有不受氣候影響、高效節(jié)能、環(huán)保無污染、使用壽命長、維護(hù)費(fèi)用低、運(yùn)行安全可靠、全自動(dòng)免人工操作等優(yōu)點(diǎn)。

3 使用效果評(píng)價(jià)

（1）能充分烘干清洗過程中殘留在空調(diào)機(jī)組里的余水。

（2）能充分烘干冷凝器、蒸發(fā)器的水分，使得空調(diào)機(jī)組其他設(shè)備在運(yùn)行中不會(huì)受到水分影響。

（3）能充分烘干空調(diào)機(jī)組內(nèi)的冷凝風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)，保證電機(jī)絕緣效果更好。

（4）能充分烘干空調(diào)機(jī)組內(nèi)附屬的小型配件，確?？照{(diào)機(jī)組運(yùn)行正常。

（5）能充分烘干所有線圈、航用插頭、風(fēng)門電機(jī)、壓縮機(jī)等。

（6）烘干設(shè)備的使用避免空調(diào)機(jī)組在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的過程中出現(xiàn)絕緣不良，從而導(dǎo)致故障或影響機(jī)組運(yùn)行。

4 結(jié)束語

該設(shè)備工作效率高，干燥周期短、效果好，干燥性能指標(biāo)能夠設(shè)定控制，并提供自動(dòng)及手動(dòng)兩種工況模式供選擇，改變以往空調(diào)機(jī)組露天干燥作業(yè)效率低、干燥時(shí)間長、航空插座等干燥仍需人工介入的情況，能較好地滿足空調(diào)檢修工藝要求。

責(zé)任編輯：王 華

來稿日期：2014-08-13