潘鳴宇 霍天樞

（長春中車軌道車輛有限公司，吉林 長春 130012；吉林廣播電視大學，吉林 長春 130012）

隨著時代和經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路運輸及旅游市場不斷壯大，乘客對鐵路客車的功能有著越來越多的訴求，空調(diào)送風裝置作為鐵路客車重要的組成部分之一，送風裝置直接關(guān)系著車內(nèi)空氣的流動性，從而影響車內(nèi)環(huán)境的舒適度，同時送風裝置必須滿足在鐵路客車運行時車內(nèi)溫度與空氣環(huán)境的要求。就此本文根據(jù)送風裝置應(yīng)用于客車設(shè)計的現(xiàn)實需求，闡述了客車風道的設(shè)計概念，對多功能靜壓風道型送風裝置的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計分析，實現(xiàn)了硬座車區(qū)域送風、硬臥與軟臥區(qū)域送風以及自由區(qū)域送風，使其滿足整車各區(qū)域的均勻送風。

一、風道的設(shè)計概念

客車風道設(shè)計采用變截面風道、靜壓風道等類型。在已有的設(shè)計結(jié)構(gòu)中，為了使客車各空間同時均勻出風，需在風道中加大量調(diào)節(jié)裝置，而這種方法往往降低了風道本身的工藝性能，使風道結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，導(dǎo)致成本上升安全性下降；另外在實際運用過程中，因為風道斷面內(nèi)加入了大量復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致沿程阻力過大，為了克服阻力過大又需要加大送風風速與壓頭，這樣最直接的后果是使風道在送風過程中產(chǎn)生振動導(dǎo)致更大的噪音，同時從送風的客室始端到末端會出現(xiàn)溫度不均勻的現(xiàn)象。本文以25型車平臺為基礎(chǔ)，根據(jù)客車風道的功能特點設(shè)計了多功能送風裝置，該裝置應(yīng)用于整車中能夠為各種功能區(qū)域送風，實現(xiàn)分別為硬座、硬臥、軟臥與自由區(qū)域均勻送風。同時通風系統(tǒng)還能夠為乘務(wù)員室送風、洗面室送風、衛(wèi)生間強制排風、配電柜強制排風以及電開水器排風。采用平臺中經(jīng)典的條縫式靜壓風道設(shè)計，風道結(jié)構(gòu)中的設(shè)置分為主風道與靜壓腔，通過減少復(fù)雜調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計，使風道有很好的送風均勻性，可以有效的降低所需送風機壓頭。送風具體形式有頂板可調(diào)格柵送風、車頂條縫式風口，頂板可調(diào)百葉式送風等形式；回風具體形式有頂板格柵回風；排風具體形式為格柵與多孔板風口。從而保證其在結(jié)構(gòu)簡單且工藝性好的前提下滿足整車各區(qū)域的均勻送風從而達到高性價比。

二、風道結(jié)構(gòu)的計算分析

1、風道主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算

已知條件：空調(diào)機組額定送風量，客車內(nèi)有效的風道可用容積。

依據(jù)TB/T 1951-87《空調(diào)客車設(shè)計參數(shù)》要求：

客室內(nèi)微風速夏季不超過0.25m/s；

冬季不超過2m/s；

送風道內(nèi)風速5-8m/s；

回風道內(nèi)風速3/5m/s；

送、回風口處風速1-3m/s。

在不影響總體性能的前提下簡化模型，部分數(shù)據(jù)取近似值進行計算。

（1）主風道相應(yīng)參數(shù)的確定

根據(jù)車輛總體要求總風量為L=4500m3/h，依據(jù)客車設(shè)計參數(shù)要求可設(shè)主風道最高風速為v=8m/s，由此得出主風道所需截面積為S=0.156m2，即主風道設(shè)計截面的理論面積S必須大于0.156m2才能滿足需要。

設(shè)計上采用了在客室頂板和碳鋼車車頂間的空間作為風道布置空間。為了充分利用此空間，采取風道頂與車頂隨形的形式，最大限度上利用車頂空間，同時支風道送風采用了燈帶隱蔽式送風口結(jié)構(gòu)，在隱蔽的前提下最大化地利用了客室空間。最后在氣流經(jīng)過了風道結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)與處理后經(jīng)過燈帶腔體再次被處理為穩(wěn)定的氣流，使其變成更為穩(wěn)定柔和的微風進入客室環(huán)境，氣流在風道末端出風口向下通過可調(diào)節(jié)格柵送入包間。圖1所示為風道截面及相應(yīng)參數(shù)表示。

圖1 風道截面及相應(yīng)參數(shù)表示圖

c為風道總寬度，mm；

a為主風道寬度，mm；

b為風道高度，mm；

A為主風道向靜壓腔送風的條縫寬度，mm；

B為向客室送風的燈帶開口寬度，mm；

R為隨車頂形的風道頂部圓弧，mm；

v1為主風道向靜壓腔送風的風速，m/s；

v2為靜壓腔內(nèi)風速，m/s；

pd2為靜壓腔動壓，pa；

pd3為風道送風口動壓，pa。

由車輛斷面已將c、R兩變量確定，由經(jīng)驗取值a=800mm，b=270mm，由風道斷面結(jié)構(gòu)可得出主風道截面積為S=0.209m2，相應(yīng)可求取主風道風速為v=6m/s，在鐵標要求內(nèi)利用反求法得出a、b的值，再利用a、b推導(dǎo)出靜壓腔寬度。

（2）主風道風速的確定

在考慮主風道與靜壓腔之間保持一定靜壓且最大程度上降低主風道噪聲等級的前提下由經(jīng)驗取值v1為5.5m/s，總風量L=4500mm3/h經(jīng)由主風道均勻向兩側(cè)靜壓腔送風所需的面積為S≈0.23m2。送風裝置布置中靜壓條縫風道的總長度為13m，主風道向兩側(cè)靜壓腔送風占用的總長度為L1，按照風道總長度的60%選取的話，則有：

包間送風風口面積為SF=0.6m2

（3）靜壓腔風速與動壓

在客車靜壓風道送風原理中要求靜壓風道內(nèi)的流體流速盡量小。由相應(yīng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸推導(dǎo)出：

靜壓腔風速v2≈0.33m/s

靜壓腔流體動壓Pd2=1/2×ρ×v22=0.07Pa

全壓中動壓占比越小，則整體越趨近于靜壓，從而利于均勻送風。

（4）送風口風速與動壓

靜壓腔出風口風速為v3，相應(yīng)動壓為Pd3。風道采用條縫出風結(jié)構(gòu)，該風速直接影響客室內(nèi)微風速、出風口噪音及客室溫度傳遞效果。應(yīng)用反求法先設(shè)定條縫送風速度，由鐵標相關(guān)要求，選取出風口風速為v3=2m/s，最后由風口寬度、靜壓腔長度等參數(shù)確定出風口風速v3=1.3m/s，出風口動壓為：

2、風道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

條縫式靜壓風道設(shè)計如圖2所示，支風道距靜壓腔的起始端距離為Q，由于進入靜壓腔的流體具有一定慣性，進入靜壓腔后則繼續(xù)向后流動，這個慣性造成的空氣流動影響了進入支風道的空氣流量；若進入靜壓腔后在某點的風速為va，則該點相對于靜壓腔內(nèi)的橫向風速為vc，縱向風速為vb，在空氣混合及其它阻力的作用下vb隨行程的增大而衰減至零，從而影響風速的均勻性。

圖2 條縫式靜壓風道的送風形式

若使支風道距靜壓腔的起始端距離Q增大，且在主風道前端條縫處設(shè)置適當形式的擋風板，可通過對擋風板的數(shù)量及高度的更改來調(diào)節(jié)風道起始段靜壓腔的風量分配；在靜壓腔中設(shè)置適當形式的多孔板，多孔板將靜壓腔分割為與條縫出風口相連的送風段和單獨隔開的靜壓腔平緩氣流段，平緩氣流段中的氣流通過多孔板進入送風段，再與主風道進入的氣流混合成更為穩(wěn)定的氣流組織進而從出風口送出。

三、送風裝置的具體實現(xiàn)

多功能送風裝置分別實現(xiàn)了座車區(qū)域送風、硬臥與軟臥區(qū)域送風以及自由區(qū)域送風，如圖3所示。

圖3 多功送風裝置布置

座車區(qū)域和自由區(qū)域送風結(jié)構(gòu)為兩側(cè)支風道向客室送風，送風裝置起始段為座車送風區(qū)域，同時單獨為乘務(wù)員室送風，該段盡量減少了導(dǎo)流板，減少了后方送風道的各段送風阻力，如圖4所示。

圖4 座車區(qū)域送風斷面

硬臥與軟臥送風區(qū)域由主風道下部向下方送風，其中硬臥部分風口格柵有一定調(diào)節(jié)功能，軟臥部分為隱蔽條縫式風口，在整個風道結(jié)構(gòu)末端有送風軟管為洗面室送風，如圖5與圖6所示。

圖5 硬臥區(qū)域送風斷面

圖6 軟臥區(qū)域送風斷面

送風風道主體為條縫式靜壓送風風道，中間為主風道，兩端為靜壓腔，后端臥車部分為主風道的延續(xù)，直接從主風道下方向客室送風，通過特殊的調(diào)節(jié)裝置對臥車的氣流穩(wěn)定性進行調(diào)節(jié)。

四、結(jié)束語

本文闡述了客車風道的設(shè)計概念，設(shè)計了一種多功能靜壓風道型送風裝置結(jié)構(gòu)，完成了對風道結(jié)構(gòu)的計算分析，通過計算出主風道風速以及靜壓腔的風速和動壓，確定了送風口的風速和動壓，并對風道內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，使更為穩(wěn)定的氣流組織從出風口送出。文本所設(shè)計的客車風道在保證在結(jié)構(gòu)簡單且工藝性好的前提下，能夠滿足整車各區(qū)域的均勻送風達到高性價比。另外，在達到多功能送風的設(shè)計要求前提下，可加入更多自動化控制的風門或手動控制的風量調(diào)節(jié)閥從而使客室氣流均勻性和空氣品質(zhì)達到更高的水準。

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