龔承啟，曾利川，楊明東，羅賓粵

(成都地鐵運營有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

成都地鐵5號線調(diào)試期間，批量性地存在當(dāng)客室空調(diào)開啟后，客室車門產(chǎn)生“防擠壓”導(dǎo)致無法正常關(guān)閉的現(xiàn)象，該現(xiàn)象不僅嚴重影響了開關(guān)門的效果，且可能會對列車的正線運營造成極大的影響。地鐵車輛通風(fēng)系統(tǒng)是地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，如果排風(fēng)口設(shè)置不合理往往會產(chǎn)生客室正壓過大使得車門無法正常關(guān)閉，此外，同期的成都地鐵8號線、成都地鐵9號線也存在類似的問題，因此，探討一種合理的降低客室內(nèi)壓的方法有著極為重要的意義。

文獻[1]通過建模對地鐵A型列車內(nèi)壓特性進行了分析，文章指出地鐵A型車正常情況下正壓值應(yīng)在30 Pa～50 Pa之間，正壓值偏高則可能是由于廢排風(fēng)量偏小，導(dǎo)致車門關(guān)閉困難。文獻[2]中指出深圳地鐵1號線車輛采用在門下增加一排導(dǎo)氣孔、南京地鐵1號線車輛采用在側(cè)墻增加排風(fēng)口數(shù)量來降低內(nèi)壓，但同時造成了車廂不密閉、噪聲過大等問題。文獻[3]對車輛通風(fēng)系統(tǒng)的壓力問題進行了探討，認為設(shè)計排氣門應(yīng)考慮排氣門的大小、自重、傾斜角度以及排氣口的面積。文獻[4]對車輛廢排風(fēng)帽排風(fēng)特性的數(shù)值進行了研究，得出了隨著排風(fēng)風(fēng)帽進口速度的增大廢排風(fēng)帽內(nèi)的阻力也逐漸增加的結(jié)論。本文結(jié)合成都5號線8A編組列車通風(fēng)系統(tǒng)分布的特點，對比多種整改方案，提出了一種在車頂增加通風(fēng)器的方法，有效地降低了客室正壓。

1 成都地鐵5號線空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

成都地鐵5號線為A型鋁合金等斷面車輛，采用跨座式空調(diào)。新風(fēng)方式為：空調(diào)機組自帶新風(fēng)口，新風(fēng)從新風(fēng)口進入空調(diào)機組內(nèi)部后，與回風(fēng)混合?；仫L(fēng)方式為：車內(nèi)回風(fēng)通過車輛頂板處回風(fēng)格柵、回風(fēng)道、空調(diào)機組下部的回風(fēng)口進入空調(diào)機組，與新風(fēng)混合。送風(fēng)方式為：新風(fēng)、回風(fēng)混合后經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕處理后通過送風(fēng)機送入客室。排風(fēng)方式為：客室內(nèi)部的廢氣經(jīng)側(cè)墻、頂板處的間隙進入車頂后，經(jīng)自然排風(fēng)裝置排出室外。

對成都5號線5010車內(nèi)進行正壓和風(fēng)量測試時，發(fā)現(xiàn)車內(nèi)正壓過大，約110 Pa，高于標準要求的30 Pa～50 Pa，導(dǎo)致新風(fēng)量不足，且車門在出現(xiàn)“防擠壓”時無法正常關(guān)閉。此外成都8號線車內(nèi)正壓約70 Pa，9號線車內(nèi)正壓約77 Pa，同樣存在正壓過大的問題。緊急通風(fēng)及正常通風(fēng)情況下，5號線車輛客室的正壓具體數(shù)據(jù)如表1所示。表1中Tc車為頭車，Mp車為帶受電弓的動車，M車為不帶受電弓的動車。

表1 成都地鐵5號線客室正壓情況 Pa

2 客室正壓問題原因分析

由于客室排氣一般是相對新風(fēng)的，如果車輛客室只引入新風(fēng)，則該車輛客室就是正壓，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：

pV=nRT.

(1)

其中：p為氣體壓強，Pa；V為氣體體積，m3；n為氣體物質(zhì)的量，mol；R為理想氣體常數(shù)；T為理想氣體的熱力學(xué)溫度，K。該方程嚴格意義上講只適用于理想氣體，但可近似用于常溫常壓下客室內(nèi)的真實氣體，即：

p0V0=nRT.

(2)

其中：p0為客室內(nèi)部氣體壓力;V0為客室內(nèi)部氣體的體積。

由式(2)可得：

(3)

由式(3)可知：在V0、R、T為定值的情況下，無論是新風(fēng)量的增加，還是回風(fēng)量的增加，只要總量增加，車內(nèi)氣體物質(zhì)的量n就會增加，導(dǎo)致客室氣體壓強p0增大。

為保證成都地鐵5號線車輛密封及噪聲指標，在設(shè)計過程中重點考慮了門、窗及貫通道等部件的密封性，同時為滿足防火要求，車下所有過線孔、過管孔均進行了防火密封處理?？褪覂?nèi)氣流組織分布如圖1所示，由于整車密封性過高，導(dǎo)致空調(diào)送新風(fēng)后，車內(nèi)空氣導(dǎo)出不暢通，使得車內(nèi)氣體總量增大，造成車內(nèi)正壓高。

圖1 客室內(nèi)氣流組織斷面示意

3 客室正壓問題整改方案

由于正壓問題的主要原因是上部排風(fēng)通路狹小導(dǎo)致氣體無法及時排出，故其解決方案是改善排風(fēng)通路和尋找新的排風(fēng)通路，主要從以下三個方面入手：

(1) 優(yōu)化車頂排風(fēng)通路。

(2) 增加門下部排風(fēng)空間。

(3) 優(yōu)化端部排風(fēng)通路。

針對上述情況，提出了優(yōu)化通風(fēng)器的排風(fēng)通路、增加門下部排風(fēng)空間、將部分門膠條更換成毛刷、去除門踏板處密封膠等若干條措施，并在同期成都地鐵5號線、成都地鐵8號線、成都地鐵9號線列車上的現(xiàn)場進行整改驗證，整改措施及效果如表2所示。

表2 整改方案及效果對比

實施表2的方案后，通過在成都地鐵5號線、8號線、9號線的客室正壓整改效果可以看出：上述方案雖然在不同程度上降低了車內(nèi)正壓，但均不能徹底解決該問題，且部分方案存在氣密性差的問題。由于成都地鐵5號線客室內(nèi)壓達到110 Pa，遠高于標準要求的客室正壓60 Pa～80 Pa，因此，應(yīng)通過合理的增加廢排口的數(shù)量來大幅度降低客室內(nèi)的總風(fēng)量。

3.1 整改方案描述

最終經(jīng)過討論，提出了一種在車頂增加通風(fēng)器的方案，經(jīng)初步計算：5號線項目每列車所需開口640 000 mm2，現(xiàn)有單臺通風(fēng)器在全開狀態(tài)時，排風(fēng)面積約58 000 mm2，則每列車需新增通風(fēng)器640 000/58 000≈11個。

每列車新增通風(fēng)器的布置方案為：Tc車在二位端增加一個通風(fēng)器，Mp車在一位端增加一個通風(fēng)器，M車在一、二位端增加兩個通風(fēng)器，新增的通風(fēng)器與現(xiàn)有通風(fēng)器保持一致。Tc車通風(fēng)器縱向布置如圖2所示。

圖2 Tc車通風(fēng)器縱向布置示意圖

3.2 操作步驟

(1) 拆卸新增通風(fēng)器位置下方扶手、車底部幅流風(fēng)機格柵、防寒材等部件。

(2) 對內(nèi)裝、幅流風(fēng)機及其布線等部位進行保護，主動收集車體開孔過程中的鋁屑，防止鋁屑飛濺。

(3) 車頂開105 mm×895 mm方孔，方口周圍鉆10個直徑為8 mm的圓孔，用于安裝通風(fēng)器法蘭，開孔后使用吸塵器清除型腔內(nèi)鋁屑。

(4) 使用橡膠泡棉與密封膠封堵外露型腔。

(5) 去除通風(fēng)器法蘭安裝面附近的防滑漆。

(6) 通風(fēng)器法蘭安裝前底面施膠密封，安裝通風(fēng)器法蘭，四周施膠密封。

(7) 安裝通風(fēng)器。

(8) 對拆卸的相關(guān)部件進行恢復(fù)安裝。

整改方案的斷面示意圖如圖3所示。

圖3 整改方案斷面示意圖

現(xiàn)車在每一列車增開640 000 mm2的通風(fēng)口，通過對Tc車進行正壓測試，得到客室正壓及風(fēng)量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 整改后客室正壓及風(fēng)量情況

從表3可以看出：客室正壓從110 Pa降到46 Pa，滿足客室正壓要求標準，且新風(fēng)量、回風(fēng)量、總風(fēng)量均符合設(shè)計要求。使用水管對車頂新增通風(fēng)器四周進行測試，在客室內(nèi)部進行觀察，數(shù)小時內(nèi)未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，滿足密封性要求。

4 結(jié)論

本文通過對成都5號線正壓問題的研究，得出以下結(jié)論：

(1) 采用增加端部排風(fēng)通路，貫通道下方開孔的方法對客室正壓減小效果并不明顯。

(2) 采用增加門下部排風(fēng)空間，將部分門膠條更換成毛刷的方法可降低客室正壓20 Pa～30 Pa，該方案適用于客室正壓略高出標準的情況。

(3) 通過優(yōu)化車頂防寒材、優(yōu)化車頂兩側(cè)線槽的方法可降低客室正壓40 Pa左右，但該方案對工藝要求較高，且降低正壓數(shù)值不穩(wěn)定。

(4) 采用在車頂增加通風(fēng)器的方案可以降低正壓64 Pa，且該方案密封性符合要求，目前該方案已在地鐵成都5號線批量整改，但是還存在整改流程復(fù)雜、周期較長的問題。

由于成都5號線列車客室正壓高達110 Pa，表2中方案并不能從根本上解決客室正壓過大的問題，故成都5號線最終采用了在車頂增加通風(fēng)器的方案。正壓問題是城市軌道車輛的常見問題之一，其他線路可參考本文的數(shù)據(jù)根據(jù)自身的情況選擇更為合適的方案。