原宇博

（貴陽(yáng)市城市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，貴陽(yáng) 550000）

0 引言

城市軌道交通車(chē)輛內(nèi)部是個(gè)人員聚集密度大、密閉時(shí)間長(zhǎng)的一種空間，因此主要依賴空調(diào)制冷系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行通風(fēng)調(diào)溫[1]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)的研究均十分重視，并取得了多樣化的研究成果。國(guó)外主要針對(duì)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水故障的診斷等方向進(jìn)行研究，王振飛等[2]提出一種基于信號(hào)參數(shù)法的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)，主要通過(guò)信號(hào)參數(shù)法實(shí)現(xiàn)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修。國(guó)內(nèi)主要側(cè)重于研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等方面，有學(xué)者提出一種基于動(dòng)態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)，主要通過(guò)動(dòng)態(tài)循環(huán)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修。由于在利用以上檢修技術(shù)進(jìn)行城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修時(shí)，受漏水故障數(shù)據(jù)量較大的影響而無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，在制冷溫度為20～28 ℃時(shí)，存在漏水故障檢測(cè)率較低的問(wèn)題，因此提出一種新的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)。

1 城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)

1.1 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

通過(guò)獲取城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組的基本技術(shù)參數(shù)，構(gòu)建城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組部件數(shù)學(xué)模型[3]。獲取的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組的基本技術(shù)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)表1所示城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組的基本技術(shù)參數(shù)獲取空調(diào)機(jī)組易出現(xiàn)漏水故障部件的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)模型，包括毛細(xì)管、蒸發(fā)器、冷凝器。其中，冷凝器模型的構(gòu)建首先需要假設(shè)其具備穩(wěn)定的工作狀態(tài)且符合熱平衡方程，也就是冷凝器傳遞的空氣、熱量以及熱負(fù)荷三者保持平衡[4]。構(gòu)建的冷凝器模型包括熱負(fù)荷模型、熱量模型以及換熱量模型。

表1 城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組的基本技術(shù)參數(shù)

其中熱負(fù)荷模型具體如下：

式中：Qc為冷凝管的實(shí)際熱負(fù)荷；Qe為制冷量；Pi為壓縮機(jī)指示功率。

熱量模型具體如下：

式中：Qa為空氣所帶走的整體熱量值；qa為空氣實(shí)際質(zhì)量流量；ca為空氣比熱容；ta2、ta1分別為冷凝器中空氣出、進(jìn)的溫度；qr為制冷劑的實(shí)際質(zhì)量流量；hr2、hr1分別為冷凝器中制冷劑出、進(jìn)的焓值[5]。

換熱量模型具體如下：

式中：Qb為冷凝器實(shí)際換熱量；K為傳熱系數(shù)；A為傳熱面積，其基準(zhǔn)為外表面；Δtm為空氣與制冷劑的傳熱平均溫差[6]。

蒸發(fā)器與冷凝器的數(shù)學(xué)模型是一致的。

毛細(xì)管的數(shù)學(xué)模型首先需要假設(shè)在管內(nèi)制冷劑是絕熱均相一維流動(dòng)。其數(shù)學(xué)模型為微元控制方程，具體包括連續(xù)性、能量方程，具體如下：

式（4）～（5）中：d為毛細(xì)管直徑；G為灌注量；h為毛細(xì)管長(zhǎng)度；v為比容[7]。

1.2 數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)構(gòu)建的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組部件數(shù)學(xué)模型選取漏水故障特征參數(shù)，在參數(shù)所在處對(duì)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)[8]。選取的漏水故障特征參數(shù)包括壓縮機(jī)排氣以及吸氣溫度、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度。

其中，冷凝溫度、蒸發(fā)溫度需要通過(guò)對(duì)冷凝壓力和蒸發(fā)壓力進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)制冷劑的實(shí)際熱力性質(zhì)進(jìn)行查閱來(lái)間接獲取冷凝溫度與蒸發(fā)溫度數(shù)據(jù)。在其數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)布設(shè)中，需要利用壓縮機(jī)的出口壓力與進(jìn)口壓力對(duì)冷凝壓力和蒸發(fā)壓力進(jìn)行代替，并在其出口處與進(jìn)口處對(duì)壓力傳感器進(jìn)行安裝。

壓縮機(jī)排氣以及吸氣溫度需要在其出口處與進(jìn)口處對(duì)TP200 溫度傳感器進(jìn)行布設(shè)以測(cè)量該數(shù)據(jù)[9]。最終選定的測(cè)點(diǎn)共16個(gè)，具體如表2所示。

表2 最終選定的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

1.3 空調(diào)機(jī)組漏水檢修

設(shè)計(jì)一個(gè)空調(diào)機(jī)組漏水檢修系統(tǒng)，連接各個(gè)測(cè)點(diǎn)的傳感器，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修。設(shè)計(jì)的空調(diào)機(jī)組漏水檢修系統(tǒng)由打印機(jī)、CRT 顯示器、計(jì)算機(jī)、A/D 變換器、調(diào)制放大器、數(shù)據(jù)采集卡、檢修軟件構(gòu)成。通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡能夠?qū)z修系統(tǒng)與布設(shè)的各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)接，并向計(jì)算機(jī)傳送采樣測(cè)點(diǎn)的漏水故障數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，在CRT 顯示器上顯示結(jié)果。計(jì)算機(jī)還與打印機(jī)相連，能夠?qū)崿F(xiàn)打印輸出、回放、存盤(pán)等功能。其中，打印機(jī)、CRT 顯示器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡共同構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊，主要負(fù)責(zé)檢測(cè)漏水故障[10]。A/D 變換器、調(diào)制放大器、檢修軟件共同構(gòu)成控制模塊，能夠?qū)β┧收咸庍M(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊與控制模塊共同實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組漏水檢修功能。

2 空調(diào)機(jī)組漏水檢修實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為證明設(shè)計(jì)的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)的性能，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組運(yùn)行工況數(shù)據(jù)具體如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組運(yùn)行工況數(shù)據(jù)

城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組多發(fā)漏水故障實(shí)驗(yàn)，其實(shí)物圖如圖1所示。利用設(shè)計(jì)的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)對(duì)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組進(jìn)行漏水檢修實(shí)驗(yàn)，獲取制冷溫度為20～28 ℃時(shí)的漏水故障檢測(cè)率數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為避免本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果過(guò)于單一而缺乏對(duì)比性，將原有的兩種技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比技術(shù)。對(duì)比幾種實(shí)驗(yàn)技術(shù)的漏水故障檢測(cè)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖1 實(shí)驗(yàn)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組實(shí)物圖

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在制冷溫度為20～28 ℃時(shí)，普通工況下，設(shè)計(jì)的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)與基于信號(hào)參數(shù)法、基于動(dòng)態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)的漏水故障檢測(cè)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表4所示。根據(jù)漏水故障檢測(cè)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果可知，在普通工況下，設(shè)計(jì)的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)的漏水故障檢測(cè)率高于基于信號(hào)參數(shù)法、基于動(dòng)態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)。

在過(guò)渡季節(jié)的工況下，設(shè)計(jì)的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)與基于信號(hào)參數(shù)法、基于動(dòng)態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)的漏水故障檢測(cè)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表5所示。根據(jù)漏水故障檢測(cè)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果可知，在過(guò)渡季節(jié)的工況下，設(shè)計(jì)的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)的漏水故障檢測(cè)率高于基于信號(hào)參數(shù)法、基于動(dòng)態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)。

表4 漏水故障檢測(cè)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)

表5 漏水故障檢測(cè)率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組出現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題后，會(huì)對(duì)城市軌道交通車(chē)輛內(nèi)部空間的空氣質(zhì)量造成直接影響，并降低隨行人員與乘客乘坐車(chē)輛時(shí)的舒適性。對(duì)于城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組而言，最常見(jiàn)的運(yùn)行問(wèn)題就是漏水問(wèn)題，其發(fā)生頻率遠(yuǎn)高于其他問(wèn)題，因此必須通過(guò)城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)對(duì)車(chē)輛空調(diào)機(jī)組進(jìn)行漏水檢修，以防止頻繁發(fā)生空調(diào)機(jī)組漏水問(wèn)題。城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組漏水檢修技術(shù)實(shí)現(xiàn)了漏水故障檢測(cè)率的提升，對(duì)于城市軌道交通車(chē)輛空調(diào)機(jī)組的日常維護(hù)有很大意義。