杨子人
中国中车集团 唐山机车车辆有限公司 服务事业部 河北唐山 063000
摘要
空调系统是CRH380B动车组旅客服务设施的关键设备、其性能直接关系到旅客乘坐列车的舒适度，夏季是动车组空调工作的高峰期同时也是空调故障的高发期，空调系统质量的可靠性和工作的稳定性是CRH380B动车组质量控制工作中的重要组成部分。对此有必要对CRH380B动车组空调系统工作原理进行深入分析，以预防和控制空调故障的发生不断提高CRH380B动车组的整体质量。
关键词：CRH380B动车组 舒适度 空调故障 工作原理
一、空调制冷的工作原理和制冷循环过程
（一）空调制冷的工作原理；
空调工作原理都是利用制冷剂在不同物理状态下各种状态相互转化过程中吸收热量和放出热量，从而引起外界环境温度的变化来制冷或者制热的。CRH380B动车组使用的是HFC（氢碳氟的化合物）制冷剂R-407c，客室空调系统的制冷总风量为4900m3/h、压缩机的制冷功率为23KW。 CRH3C动车组使用的制冷剂是R-134a，客室空调系统的制冷总风量为4500m3/h，压缩机的制冷功率为22KW。数据对比表明在相同工况下CRH380B动车组空调系统的制冷能力明显要优于CRH3C动车组。
（二）空调制冷循环过程；
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首先低温低压的气态制冷剂被压缩机压缩成高温高压的气体，然后高温高压的气态制冷剂流到冷凝器（液化放热）通过冷凝风机向外散热制冷剂逐渐成为低温高压的液体；接着通过节流毛细管为制冷剂降压（同时也降温）使得制冷剂变成低温低压的液体，此时低温低压的液态制冷剂流入蒸发器后变成低温低压的气体，这个过程制冷剂在蒸发器中汽化吸收空气中的热量，从而使空气的温度降低，这样就达到了制冷的目的。从蒸发器出来的低温低压的制冷剂气体重新被吸入到压缩机如此循环空调就可以连续不断的运转工作。
二、空调系统的部件组成以及各部件的作用
（一）空调系统的部件组成；
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（二）空调系统各部件的作用；
1、制冷剂液体从冷凝器（2）流出，流向干燥过滤器（4）和带有湿气显示的视液镜（3）。带有湿气显示的视液镜能确认系统里循环流动的制冷剂的水分含量，此外还可以探测到制冷剂不足或者液体管路中有可能的阻塞。这种情况可以通过视液镜的观察，制冷剂是否有气泡出现来推断。经过视液镜后，通过热力膨胀阀（11）进入到蒸发器（1）。膨胀阀后的制冷剂通过蒸发器（10）上分液器的细管来分配，这些细管可确保制冷剂能够均匀的分配到蒸发器。蒸发器是一个铜管铝翅片的热交换器，通过膨胀阀对进入蒸发器的制冷剂流量进行调节使得制冷剂的压力迅速降低，制冷剂通过蒸发器后冷却铜管和铝翅片并通过它们来冷却其周围的空气。两台蒸发风机（18）将这些空气送入到客室。温度较低的制冷剂气体以低压状态从蒸发器出来，经过吸气管进入压缩机（1）。压缩机的吸气和排气管路上都有避震管（对应为12和9），来降低沿硬管系统的噪音和振动的传递。一个制冷剂安全阀（14）装于避震管后面的排气管路，以避免回路里的任何过压。两个压力开关（7）&（8）,和两个压力传感器（5）&（6）在压缩制冷循环过程中共同作用。从膨胀阀出口到压缩机进气阀的这部分回路被叫做低压侧，从压缩机排气阀到膨胀阀进口的这部分回路被称为高压侧。
2、压力开关是安全装置，当制冷剂压力降低到最小低压以下或者超过最大高压时候它会动作。这种工作方式保证压缩机和系统都工作在安全范围内。当触发后开关即打开（断流），当压力回到适当范围内开关就闭合（接通）。各个开关的打开和闭合状态反馈到微处理器，微处理器就可以执行程序控制的动作。压力传感器监控吸气和排气压力，并形成与相应压力成比例的模拟信号。当吸气压力低于参考值或者高压超过参考值，温度控制器即可在达到切断限制之前执行调制制冷。高压（17）和低压（16）检修阀便于连接仪表，来检验空调系统的工作压力。在进行维护操作的时候也比较有用，比如吹洗、抽真空和加注制冷剂。旁通电磁阀（13）位于系统的高压和低压之间，通过从压缩机出来的热气注入到热力膨胀阀和蒸发器之间的管路使得压缩机的能力与蒸发器的实际负荷相匹配。从压缩机出来的高压高温气体，通过带有避震管（9）的排气管路送到冷凝器（2）。冷凝器和蒸发器的构造很相似，但其内部发生的过程与蒸发器完全相反。到达冷凝器的气体制冷剂的温度比环境温度高很多，并且热量被通过冷凝器的强迫气流带走，该气流由冷凝风机产生。当制冷剂气体温度降低制冷剂开始冷凝并转变为液体，然后从冷凝器流向干燥过滤器，开始一个新的制冷循环。
三、空调系统的工作方式和设计理念
新风来自外部通过位于车体两侧墙上的两个新风格栅吸入。回风主要来自回风格栅位于紧靠空调机组后方的平顶板，回风和新风在位于新风格栅和空调机组之间的两个混合箱里混合。单元式空调机组设计成车顶安装并包括两个相同的独立制冷回路，一套连接空调机组和沿车分配处理空气的风道系统。空调机组的外形和尺寸适合安装于车厢的顶部，机架提供了四个吊点用于拆卸或安装过程中吊起空调机组，一旦拆除两侧导流罩就可以接触到这些吊点。空调机组还有为方便检查和维护而设计的合适的检修盖板。在制冷模式处理过的空气靠蒸发器前的两个离心风机吸入，当气体流过翅片的时候制冷剂会吸收空气的热量，因此送入客室的气体已经是冷却的。在制热模式处理过的空气（回风+新风）通过安装在蒸发器后面的电加热从而对吹入客室的空气进行加热。空调系统组件与列车系统的电气连接是通过连接器实现的，这样便于组件本身以及任何元件的安装和拆卸，因此在将来做较大修改时客室空调系统能够从车厢上拆卸和取出，以及在合适的环境里执行此类任务。控制板里的电子控制器位于车厢内的空调柜里，它是基于微处理器并且独立的为客室和司机室系统执行以下功能：温度调节、工作模式控制和诊断。端车（EC01和EC08）的控制板集成了司机室的空调系统的电子控制器，而且该控制板为个人电脑提供了一个连接器并为此特别制定了专门软件，这方便于发现和诊断空调系统的故障。温度传感器安装于回风口、新风口和送风口并且在客室和临近区域也有为了完成车厢内温度的不同调节功能。在EC型和BC型车中，在气体分发风道内还安装了另外的电加热。各车的空调系统里还安装有废排单元、混合箱和风道系统。空调系统的设计还克服了列车在高速行驶中产生的压力波的影响，此保护系统的设备是装配在新风口和废排风口的可快速触发的气动风门，这些风门通过空调电子控制器同时触发，电子控制器依靠的信号来自端车（EC01和EC08）车头的压力波保护系统。
四、常见故障和改进建议
（一）常见故障；
由于空调设备舱位于动车组车顶，列车交路普遍运行时间较长并且经过不同的环境区间，列车高速运行时外界恶劣的自然条件（高温、多雨、冻雨、酸雨、风沙、空气中多柳絮异物等）对空调设备有较大的影响。在总结空调故障时发现，空调故障会随着季节变化和运行区间线路环境的变化而呈现不同的特点。
1、夏季天气高温多雨空调制冷系统故障较多，主要故障有控制板卡故障、压缩机接触器故障、压缩机故障（无法启动或者噪音大三相阻值不平衡）、蒸发器漏氟、避震管漏氟、空气过滤棉堵塞、膨胀阀故障、高低压传感器故障、高低压安全压力开关故障、废排风机异响、蒸发风机异响，冷凝风机异响、温度传感器故障等。
2、冬季天气干燥寒冷空调制热系统故障较多，主要有控制板卡故障、电加热接触器故障、厕所加热器或者空调主加热管烧损造成440V接地故障、风道在加热器烧损造成110V接地故障等。
3、在隧道较多的线路上空调压力波故障较多，主要有车顶新风压力波磁缸风管破裂、压力波磁缸线束破损造成110V接地故障、头车压力波传感器故障等。
（二）改进建议；
1、建议加强空调配件质量的卡控，尤其是车顶蒸发器铜管、避震管和压缩机接触器、电加热接触器质量的卡控。
2、建议加强空调车顶部件的防水防尘等级，尤其是高低压传感器和高低压安全压力开关。
3、建议加强库内空调设备的检修与维护及时更换老化和受损部件。
五、结语
综上所述，通过对CRH380B动车组空调系统工作原理的深入分析能够很好的掌握空调制冷系统和制热系统的工作方式以及各部件的组成和作用，对空调故障的处理有很大的帮助。通过对空调系统常见故障的梳理，能够根据不同环境区间、不同路线区间空调多发易发的故障进行有针对性的检查和预防。相信随着科技的发展和进步，铁路空调系统一定能够通过不断的改进与创新给旅客带来更舒适的出行体验。
参考文献：
[1] 曾青中、邓景山-《我国铁路客车空调与制冷装置的发展》-《车辆空调与制冷装置》-西南交通大学出版社，ISBN-9787811049398
[2] 顿小红、何成才、奚进-《CRH3型动车组空调系统概述》-《动车组空调系统检修与维护》-西南交通大学出版社，ISBN-9787564311391
[3] 罗伟-《制冷原理与制冷压缩机》-《动车组辅助设备》-西南交通大学出版社，ISBN-9787564303648