一种新型高速动车组空调机组的研究与应用

摘 要：文章主要介绍了一种可适应我国高寒、强风沙、强紫外线、隧道多等复杂运用环境的高速列车空调机组，该型空调机组首次应用于国内外高速动车组。

关键词：环境；高速动车组；空调机组

1 概述

为适应我国西北及西南区域高海拔、空气稀薄、隧道多、风沙大、高寒多雪、强紫外线的复杂线路环境，保证高速动车组车厢内舒适环境，研究开发了一种新型高速动车组用空调机组。该空调机组采用模块化设计，将多种功能高度集成，极大地方便了安装、检修维护工作。

2 空调机组组成

该型空调机组为单元式、车顶安装结构；集通风、制冷、制热、新风、废排、车内压力主动控制等功能于一体，并能较好地适应我国高原地区的复杂运用环境。

空调机组主要有制冷系统、蒸发风机、电加热、冷凝风机、废排风、压力主动控制组件等主要组成部分，主要组成见图1。

图1 空调机组主要组成及结构图

3 主要功能

空调机组除了具有通风、制冷、制热、新风、废排等常规功能外，还具有主动式车内压力功能，可适应高寒、高海拔等复杂运营环境，该部分功能如下。

3.1 主动式车内压力控制

列车高速通过隧道或隧道内交会时，车外的气压变化会通过车辆的新风口、废排口传入车内，导致车厢内气压变化率明显增大，乘客会感觉到耳鸣，对列车舒适性造成严重影响。为解决上述问题，目前国内外高速动车组采取的压力波动控制方式主要有两种：第一种是主动式压力控制装置，采用机外静压较大的新风机和废排风机抑制车外压力波动传入车内；第二种是被动式压力控制装置，通过控制新风进口、废气排出口的关闭和开启，隔绝车外压力波动对车厢内的影响。

两者相比较，主动式压力控制装置可持续保证新风供给和废气排出，更适合于高海拔空气稀薄、线路长、多隧道、车内人员密集的运用环境。动车组高速运行时，主动式压力控制装置工作，新风阀和废气阀门关闭，通过变频控制的高压风机实现车内的新风吸入与废气排出，此时新风和废气流向示意图见图2。

动车组低速运行时，主动式压力控制装置停止工作，新风阀和废气阀门开启，通过空调机组送风机和废排风机实现车内新风的吸入与废气排出。高压风机停止工作，可降低空调机组工作时噪声和功率消耗，此时新风和废气流向示意图见图3。

图3 动车组低速运行时新风和废气流向示意图

3.2 高原环境适应性

我国西北地区多为高原地区，动车组运用线路多为高寒、多雪、紫外线辐射强、多风沙的环境，因此，在结构及功能设计上进行了重点考虑。

（1）空调机组所选用电机、油脂、橡胶密封件、电气元件等均在-40℃的低温环境下进行了试验验证，可在-25℃的环境温度下启动，在-40℃的环境下正常运转。

（2）针对高寒地区多雪问题，避免车厢新风吸入口被降雪封住，影响车内新风的吸入，在空调机组的新风口设置了融雪装置。在-20℃条件下，进行除雪试验，人工造雪效率为30L/h，相当于我国的乌鲁木齐历史上的最大降雪量，试验进行1小时试验后，空调机组新风口积雪基本消除，除雪效果较好。

（3）我国西北地区日照时间长，空气透明度号，因此，紫外线辐射强烈。西北地区全年日时数约为3200h-3300h，辐射量在6680MJ/m2-8400MJ/m2，而海拔每上升1000m辐射量约增加10%。因此，空调机组部件材料方面充分考虑了抗辐射性能，对在大气中的电气线缆均采用了抗紫外线的保护线管。

其次，强紫外线辐射条件下，即使环境温度较低，但车内温度也会较高，有制冷需求。空调机组采用了双速冷凝风机，通过制冷系统冷媒压力传感器控制风机的高、低速切换，保证在环境温度较低时，也能满足车厢内的制冷需求，

（4）西北地区线路穿过了戈壁滩区域，春秋季节风沙较大。为保证新风质量和制冷效果，空调机组两侧设置了过滤装置。在新风区域的过滤采用了两级过滤，第一级为迷宫式过滤结构，过滤较大的沙粒，第二级为褶皱式高效无纺布过滤网，过滤直径为0.075mm以上的沙粒。冷凝进风方面，冷凝器翅片间距相比常规结构增大，冷凝风中携带的沙尘可直接通过翅片，两侧进风区底部设置了排沙口，避免设备内部沙尘堆积。

4 运用及试验验证

在国内兰新线试验期间，对该型空调机组的上述性能进行了近1年的运行试验验证，制冷、通风、采暖等设计功能正常，系统环境适应性良好。

在线路中典型的红西隧道内通过和交会时分别进行了车内压力变化测试，试验隧道为复线，截面积为100m2，长度为1334m，车辆运行速度为250km/h，车内的压力变化数据见表1。测试结果表明该型空调机组的主动式压力控制功能良好，满足设计及相关标准要求（800Pa/3s）。

5 结束语

该新型空调机组与既有的国内外高速动车组用空调机组相比，主要针对高寒、高海拔、强风沙、强辐射、隧道多等复杂环境，进行了诸多改进和创新，不仅提高了动车组运行时车内环境的舒适性，也极大地提高了动车组的运用可靠性和可维护性。

参考文献

[1]李树典.CRH2型200km/h动车组车内压力波动控制研究[J].机车电传动，2009（2）.

[2]韩春刚，宋永顺.兰新高速铁路环境对动车组性能的影响分析及对策[J].铁路计算机应用，2014（2）.

作者简介：夏建军（1981，7-），男，汉族，籍贯：四川仁寿，学历：大学本科，职称：工程师，主要从事动车组、客车空调系统的设计研发。

李来彬（1974，6-），男，汉族，籍贯：山东临沂，学历；大学本科，职称：高级工程师，主要从事动车组、客车通风系统的设计研发。