原宇博

（貴陽市城市軌道交通集團有限公司運營分公司，貴陽 550000）

0 引言

城市軌道交通車輛內部是個人員聚集密度大、密閉時間長的一種空間，因此主要依賴空調制冷系統(tǒng)來進行通風調溫[1]。目前，國內外對于城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的研究均十分重視，并取得了多樣化的研究成果。國外主要針對城市軌道交通車輛空調機組漏水故障的診斷等方向進行研究，王振飛等[2]提出一種基于信號參數(shù)法的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術，主要通過信號參數(shù)法實現(xiàn)城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修。國內主要側重于研究神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制等方面，有學者提出一種基于動態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術，主要通過動態(tài)循環(huán)控制技術實現(xiàn)城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修。由于在利用以上檢修技術進行城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修時，受漏水故障數(shù)據(jù)量較大的影響而無法進行數(shù)據(jù)測點布設，在制冷溫度為20～28 ℃時，存在漏水故障檢測率較低的問題，因此提出一種新的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術。

1 城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術

1.1 構建數(shù)學模型

通過獲取城市軌道交通車輛空調機組的基本技術參數(shù)，構建城市軌道交通車輛空調機組部件數(shù)學模型[3]。獲取的城市軌道交通車輛空調機組的基本技術參數(shù)如表1所示。

根據(jù)表1所示城市軌道交通車輛空調機組的基本技術參數(shù)獲取空調機組易出現(xiàn)漏水故障部件的對應數(shù)學模型，包括毛細管、蒸發(fā)器、冷凝器。其中，冷凝器模型的構建首先需要假設其具備穩(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、熱量以及熱負荷三者保持平衡[4]。構建的冷凝器模型包括熱負荷模型、熱量模型以及換熱量模型。

表1 城市軌道交通車輛空調機組的基本技術參數(shù)

其中熱負荷模型具體如下：

式中：Qc為冷凝管的實際熱負荷；Qe為制冷量；Pi為壓縮機指示功率。

熱量模型具體如下：

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

換熱量模型具體如下：

式中：Qb為冷凝器實際換熱量；K為傳熱系數(shù)；A為傳熱面積，其基準為外表面；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)學模型是一致的。

毛細管的數(shù)學模型首先需要假設在管內制冷劑是絕熱均相一維流動。其數(shù)學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為毛細管直徑；G為灌注量；h為毛細管長度；v為比容[7]。

1.2 數(shù)據(jù)測點布設

根據(jù)構建的城市軌道交通車輛空調機組部件數(shù)學模型選取漏水故障特征參數(shù)，在參數(shù)所在處對城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修數(shù)據(jù)測點進行布設[8]。選取的漏水故障特征參數(shù)包括壓縮機排氣以及吸氣溫度、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度。

其中，冷凝溫度、蒸發(fā)溫度需要通過對冷凝壓力和蒸發(fā)壓力進行測量，并對制冷劑的實際熱力性質進行查閱來間接獲取冷凝溫度與蒸發(fā)溫度數(shù)據(jù)。在其數(shù)據(jù)測點布設中，需要利用壓縮機的出口壓力與進口壓力對冷凝壓力和蒸發(fā)壓力進行代替，并在其出口處與進口處對壓力傳感器進行安裝。

壓縮機排氣以及吸氣溫度需要在其出口處與進口處對TP200 溫度傳感器進行布設以測量該數(shù)據(jù)[9]。最終選定的測點共16個，具體如表2所示。

表2 最終選定的測點數(shù)據(jù)

1.3 空調機組漏水檢修

設計一個空調機組漏水檢修系統(tǒng)，連接各個測點的傳感器，實現(xiàn)城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修。設計的空調機組漏水檢修系統(tǒng)由打印機、CRT 顯示器、計算機、A/D 變換器、調制放大器、數(shù)據(jù)采集卡、檢修軟件構成。通過數(shù)據(jù)采集卡能夠將檢修系統(tǒng)與布設的各測點進行對接，并向計算機傳送采樣測點的漏水故障數(shù)據(jù)，由計算機對數(shù)據(jù)進行整理和計算，在CRT 顯示器上顯示結果。計算機還與打印機相連，能夠實現(xiàn)打印輸出、回放、存盤等功能。其中，打印機、CRT 顯示器、計算機、數(shù)據(jù)采集卡共同構成數(shù)據(jù)采集模塊，主要負責檢測漏水故障[10]。A/D 變換器、調制放大器、檢修軟件共同構成控制模塊，能夠對漏水故障處進行控制與調節(jié)，通過數(shù)據(jù)采集模塊與控制模塊共同實現(xiàn)空調機組漏水檢修功能。

2 空調機組漏水檢修實驗

2.1 實驗設計

為證明設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的性能，對其進行實驗驗證。實驗中的城市軌道交通車輛空調機組運行工況數(shù)據(jù)具體如表3所示。

表3 實驗城市軌道交通車輛空調機組運行工況數(shù)據(jù)

城市軌道交通車輛空調機組多發(fā)漏水故障實驗，其實物圖如圖1所示。利用設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術對城市軌道交通車輛空調機組進行漏水檢修實驗，獲取制冷溫度為20～28 ℃時的漏水故障檢測率數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)。為避免本次實驗結果過于單一而缺乏對比性，將原有的兩種技術作為實驗中的對比技術。對比幾種實驗技術的漏水故障檢測率實驗數(shù)據(jù)。

圖1 實驗城市軌道交通車輛空調機組實物圖

2.2 實驗結果

在制冷溫度為20～28 ℃時，普通工況下，設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術與基于信號參數(shù)法、基于動態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的漏水故障檢測率實驗數(shù)據(jù)對比結果如表4所示。根據(jù)漏水故障檢測率實驗數(shù)據(jù)對比結果可知，在普通工況下，設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的漏水故障檢測率高于基于信號參數(shù)法、基于動態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術。

在過渡季節(jié)的工況下，設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術與基于信號參數(shù)法、基于動態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的漏水故障檢測率實驗數(shù)據(jù)對比結果如表5所示。根據(jù)漏水故障檢測率實驗數(shù)據(jù)對比結果可知，在過渡季節(jié)的工況下，設計的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術的漏水故障檢測率高于基于信號參數(shù)法、基于動態(tài)循環(huán)控制的城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術。

表4 漏水故障檢測率實驗數(shù)據(jù)對比數(shù)據(jù)

表5 漏水故障檢測率實驗數(shù)據(jù)對比數(shù)據(jù)

3 結束語

當城市軌道交通車輛空調機組出現(xiàn)運行問題后，會對城市軌道交通車輛內部空間的空氣質量造成直接影響，并降低隨行人員與乘客乘坐車輛時的舒適性。對于城市軌道交通車輛空調機組而言，最常見的運行問題就是漏水問題，其發(fā)生頻率遠高于其他問題，因此必須通過城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術對車輛空調機組進行漏水檢修，以防止頻繁發(fā)生空調機組漏水問題。城市軌道交通車輛空調機組漏水檢修技術實現(xiàn)了漏水故障檢測率的提升，對于城市軌道交通車輛空調機組的日常維護有很大意義。