城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)的故障診斷探究

引言

目前我國大部分城軌車輛已經(jīng)實現(xiàn)空調(diào)化,空調(diào)設(shè)備作為改善室內(nèi)環(huán)境的重要設(shè)備,在其運行過程中,會出現(xiàn)各種各樣的故障,如制冷劑泄漏、壓縮機磨損、冷凝風(fēng)機過載保護、冷凝器和蒸發(fā)器堵塞等,如果不及時處理,會使空調(diào)運行參數(shù)長期偏離正常數(shù)值,整臺機組制冷量下降或不制冷,給車輛運營及檢修帶來一定的影響,影響乘客乘坐舒適度。鑒于此,本文將分析導(dǎo)致空調(diào)制冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因,并提出相應(yīng)的維護措施,旨在降低空調(diào)制冷系統(tǒng)運行中的故障發(fā)生率,降低維修成本。

1城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)概述

城軌車輛的空調(diào)制冷機組包括壓縮機、軸流式冷凝風(fēng)機、干燥器、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥和高壓保護裝置等構(gòu)件,形成一個封閉的制冷循環(huán)系統(tǒng),共同作用,發(fā)揮制冷效果,是確保城軌車輛內(nèi)部環(huán)境舒適的重要系統(tǒng)。另外,制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器元件還能對環(huán)境中的空氣起到降低濕度的作用。一般情況下,城軌車輛為了避免發(fā)生因為一節(jié)車廂中的空調(diào)發(fā)生故障進而影響整個車廂環(huán)境發(fā)生過大變化的情況,通常在每一輛列車的前部和后部各加裝一臺空調(diào)機組。城軌車輛的空調(diào)機組采用蒸發(fā)壓縮式制冷,屬于液體汽化制冷。制冷循環(huán)基本工作原理如圖1所示。

2空調(diào)制冷系統(tǒng)故障診斷的特點

城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜整體,由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器等主要元件和一些附屬裝置共同組成,各部件之間有機組合,相互協(xié)調(diào)運作,任何一個制冷系統(tǒng)中的子系統(tǒng)出現(xiàn)故障,都無法正常發(fā)揮空調(diào)的制冷作用。制冷系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了故障產(chǎn)生的原因也較為復(fù)雜。下面對空調(diào)制冷系統(tǒng)故障診斷特征進行闡述:

圖1 制冷循環(huán)基本工作原理

2.1復(fù)雜性

空調(diào)制冷系統(tǒng)的故障產(chǎn)生原因多種多樣,比如制冷循環(huán)堵塞、風(fēng)量不足、制冷劑泄漏、制冷劑充注過多等,導(dǎo)致的故障類型也很多,如機組不能制冷或者制冷效果差、冷凝器結(jié)垢、蒸發(fā)器故障、壓縮機故障等,原因和現(xiàn)象錯綜復(fù)雜。

2.2交叉性

城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)的一個故障原因可能會產(chǎn)生多種故障現(xiàn)象,或者一個故障現(xiàn)象產(chǎn)生的原因有多種,故障產(chǎn)生的原因和現(xiàn)象一般情況下會顯示出交叉性。

2.3相互影響

在整個空調(diào)制冷系統(tǒng)故障診斷過程中,特征參數(shù)是一個重要的參考依據(jù),但不能用單一特征參數(shù)來表征相應(yīng)故障的發(fā)生,因為一個故障的產(chǎn)生通常會引發(fā)幾種參數(shù)的變化,同時,一種參數(shù)的改變也會影響其他參數(shù)的變化。

3城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)的典型故障

城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)在整個運行過程中存在的故障多種多樣,下面針對幾種常見的故障類型進行分析。

3.1空調(diào)機組振動噪聲大

城軌車輛運行時出現(xiàn)空調(diào)機組振動噪聲大的情況,診斷后發(fā)現(xiàn)通常是由于回風(fēng)口蓋板或空調(diào)蓋板支撐桿有松動和空調(diào)機組內(nèi)通風(fēng)機振動產(chǎn)生噪聲造成的。對更換下來的通風(fēng)機進行檢查分析發(fā)現(xiàn),引發(fā)風(fēng)機產(chǎn)生噪聲的原因以部分通風(fēng)機電機軸承輕微損壞居多。

對于空調(diào)振動噪聲大的故障,筆者認(rèn)為可采取以下措施解決:首先加強對風(fēng)機質(zhì)量的把控;其次強化檢修規(guī)程,定期檢查通風(fēng)機及空調(diào)回風(fēng)蓋板;最后調(diào)整空調(diào)蓋板支撐桿的安裝方式及回風(fēng)口蓋板的鎖閉方式。

3.2制冷劑泄漏

制冷劑泄漏故障在城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)中較為常見。城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)元件材料通常采用紫銅制作,由于長時間運作,管路上可能會出現(xiàn)砂眼和裂紋,最終會演變成裂縫。但制冷劑泄漏大多還是因為系統(tǒng)閥門出現(xiàn)故障或者是制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器的管路焊接處焊接不良導(dǎo)致的,需要及時對制冷系統(tǒng)管路進行修復(fù),并按照規(guī)范重新充注制冷劑。3.3蒸發(fā)器、換熱盤管堵塞

在城軌車輛上,空調(diào)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器長期運作后,換熱盤管由于過多的灰塵或者其他污染會發(fā)生堵塞,進而影響制冷劑的流通以及換熱效果,導(dǎo)致冷卻風(fēng)量減少,長時間下來,會影響整個空調(diào)系統(tǒng)的使用功能和壽命。

3.4冷凝器結(jié)垢,散熱不良

空調(diào)機組的壓縮機壓力故障不僅與進風(fēng)溫度有關(guān),還與冷凝器的冷卻進風(fēng)量有關(guān)?？照{(diào)冷凝器的散熱排風(fēng)受阻,排風(fēng)量減小,也會造成空調(diào)冷凝器散熱不良,從而導(dǎo)致空調(diào)壓縮機工作時出現(xiàn)高壓故障而停機。

4城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)故障診斷模擬方案

城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)的各個部件聯(lián)系緊密,共同作用并相互影響,在診斷模擬過程中,為了確保故障特征的單一性及針對性,如要尋找其中一個故障特征,就要保持其他部件正常運行。制冷劑泄漏故障模擬方法如下:使用FLowMAsTER對故障進行模擬,主要通過改變仿真的制冷劑充注量,在空調(diào)制冷系統(tǒng)發(fā)生故障時,選擇程度變化最為明顯的參數(shù)即對故障敏感度最高的參數(shù),找出制冷系統(tǒng)故障與特征參數(shù)之間的變化規(guī)則,分析制冷系統(tǒng)的特征參數(shù),最終確定空調(diào)制冷系統(tǒng)的故障原因。

在制冷劑泄漏故障中,保持冷凝風(fēng)速5m/S、蒸發(fā)器風(fēng)量500m3/h和壓縮機轉(zhuǎn)速1700r/min不變,為了模擬制冷劑泄漏,將原先的制冷劑15kg逐步減少,每種單一故障包括6種不同的故障程度,泄漏程度分別為10%、20%、30%、40%、50%和60%,隨著制冷劑充注量逐漸減少,相應(yīng)制冷劑的泄漏程度也逐漸嚴(yán)重,壓縮機的吸氣壓力和排氣壓力參數(shù)均減小,而且變化明顯,該方案表明吸氣壓力和排氣壓力均對制冷劑泄漏較為敏感:與壓縮機的壓力參數(shù)相反,在制冷劑泄漏的影響下,壓縮機的吸氣溫度和排氣溫度均呈上升趨勢,可見溫度參數(shù)同樣對制冷機泄漏敏感。制冷劑的泄漏導(dǎo)致蒸發(fā)器供液不足,制冷量下降,同時系統(tǒng)的制熱能效比CoP下降也較為明顯,說明制冷劑泄漏時制冷能力減弱。

5結(jié)語

當(dāng)然,在空調(diào)系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的故障很多,不可能對各類故障都進行分析總結(jié),本文主要結(jié)合城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)工作原理,論述了城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)故障診斷的特點,并總結(jié)了城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)常見的幾種故障現(xiàn)象及原因,特別列舉了空調(diào)制冷系統(tǒng)制冷劑泄漏故障診斷的模擬方案。

目前我國在暖通空調(diào)制冷領(lǐng)域,還沒有相對成熟、完整的系統(tǒng)診斷軟件,針對車廂內(nèi)的空調(diào)制冷系統(tǒng)的故障診斷研究也較少,城軌車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)故障診斷存在的問題還很多。某些研究使用VC＋＋+6.0語言編輯空調(diào)制冷系統(tǒng)的人機界面,擁有豐富的、專家級的知識體系,還可以對一些不確定的模糊信息進行推理,可以直觀地對常見故障信息進行查詢,提高工作效率。在日后的研究中,可以多開展一些對該診斷系統(tǒng)的分析研究。