地铁昌平线车辆总风管路有水问题分析与改善方案探究

摘 要：风源系统作为轨道交通车辆的重要系统之一，为车辆制动系统及其它车载气动元件提供干燥清洁的压缩空气，而对压缩空气的干燥效果受机组运行环境影响较大。文章结合空气干燥原理，对城轨车辆总风管冬季含水问题进行分析，提出空气净化机组改进措施。

关键词：空气净化机组；管路含水；分析改进

风管路内的液态水会造成金属器件、管道生锈腐蚀，造成运动部件锈死或磨损，使气动元件动作失灵和漏气，水分锈蚀物还会堵塞节流小孔或过滤网；在温度较低时，水分结冰还会造成管道冻结、冻裂或气动部件失灵等故障。由于空气干燥效果不良，使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低，由此造成的损失往往大大超过气源处理装置的成本和维修费用，故保证正常工况下风源处理系统的可靠性是绝对必要的。

1 故障概述

北京地铁昌平线地铁车辆风源系统采用TSAG-0.9ARII空气净化机组，2011年12月份在校准BHB减压阀过程中，发现减压阀内排出一定量的砖红色液态水，并且在空压机启动压力开关和总风管过滤器等处，同样发现有液态水的存在，夏季无液态水出现。昌平线主要为高架线路，运行环境温差较大，冬季环境最低气温-15℃左右，夏季可达35℃，甚至更高。

2 净化机组工作原理及工作过程

TSAG-0.9ARII空气净化机组对气体的处理流程如下：

第一步：通过电机带动螺杆，空气压缩机产生高温的湿空气；

第二步：高温高湿的压缩气体通过带有散热器的后冷却装置，通过连接于电机的强冷风机对后冷却器进行降温处理，带走高压气体热量；

第三步：降温后的高压气体依次经过油水分离器、精密和超精密过滤器，将其中凝结的液态水滴、油滴和固体颗粒物进行分离、过滤；

第四步：经过净化的压缩空气进入膜管干燥器，膜管干燥器主风路出口处有一个溢流阀，膜管内的压力达到开启压力后溢流阀才会开启，这样为更多的水分从膜管表面渗出提供了基本的压力，再利用溢流阀下游经过干燥处理的空气反吹膜管外表面渗出的水分，并与大气相连。

在这里，我们首先将膜式干燥器脱水膜的工作原理进行简要说明。

脱水膜是利用有特殊选择性的膜丝，对水分子进行去除。 膜丝具有选择性渗透功能，仅允许水分子由高浓度侧转移至低浓度侧，达到最终平衡状态。脱水膜便利用此原理，使饱和压缩空气中高浓度水分子转移，同时并不会损失压缩空气，从而达到使压缩空气干燥的目的。原理如图：

3 影响净化机组干燥效果的因素分析

根据原理，影响膜管干燥效率的因素有：

（1）压力

空压机打风的过程是一个压力上升的过程，膜管工作压力与溢流阀开启压力相关，所以溢流阀开启压力越接近膜管工作额定压力，膜管干燥效率越高，同时膜管前端的压缩空气也能凝结出更多的水。

（2）进口压力露点

进口压力露点越低，也就是说压缩空气进入膜管前析出的水越多，经过膜管干燥后，出口气体越干燥。

（3）反吹气量

技术协议对反吹量的要求是15%。

凝结水一般随饱和压缩空气进入干燥器内进行干燥与净化处理。如果干燥器干燥效果不佳，相对湿度及温度较高的压缩空气将进入空气制动机和其他风动设备。由于压缩空气的自然冷却，温度将下降，压缩空气的相对湿度将再次上升，并可能再次析出水分。

所以为了减轻膜管干燥器的工作负担，保障干燥效果，由压缩机输送到空气干燥器处理的压缩空气应尽可能接近环境温度，从而使尽可能多的水分在压缩空气进入空气干燥器前冷却凝结。但实际上为防止冬季冷却管内结冰，或干燥器内结霜，不可能将进入空气干燥器的压缩空气冷却到与环境温度相同，这就使经空气干燥器干燥处理后的压缩空气与环境温度之间存在一个温差。所以空气干燥器输出的压缩空气相对湿度的控制指标一定要考虑这一温差。

4 运行环境典型温度统计

下图是昌平地区一年之中平均气温最高月份的气温走势图：

下图是昌平地区一年之中平均气温最低月份的气温走势图：

5 控制指标确定

我们对压缩空气的最终控制目标是：在一日平均气温定为-5℃，压缩空气温度降到环境气温时，相对湿度在30%以内（压缩空气在相对湿度35%这种“临界湿度”以下，不会对压缩空气装置产生大气腐蚀，即使空气中存在所谓腐蚀诱发剂如酸等，也不出现腐蚀，昌平线技术协议要求相对湿度在30%以内）。

上图为焓湿图，我们从图中可以查出压缩空气不同温度下的压力露点与相对湿度的关系，将上述的温差（螺杆压缩机干燥后的排气温度与环境温度温差不高于+15℃）考虑进去，即出口温度10℃，为保证干燥效果，查上表可得空气干燥器的干燥控制指标应确定为相对湿度10%左右。这样也就满足了地铁车辆空气管路系统在压缩空气降温到环境温度时，使压缩空气达到干燥处理的要求，即相对湿度不大于30%。

6 改进措施

综上所述，我们必须在能够达到技术要求的前提下，最大限度的节约成本，我们应做如下改善：

（1）要根据压缩空气温度目标值，进一步改善冬季后冷却装置的冷却性能（有条件还可以考虑通过后冷装置结构改善，实现冷却能力与环境温度变化相关联的特性）。

（2）要根据后冷装置改善后，在环境温度最低，保证膜管出口压缩空气湿度达标的情况下，重新确定膜管尺寸规格；根据压缩空气湿度与压力实测值关系，调整溢流阀开启压力。

（3）改善管路安装结构，有盲端的总风压管路（如总风压压力监测管路等）应该尽量避免“U”形结构，并采用最低点高度高于总风缸供风管路的“L”形结构，可以保证即使有液态水出现的情况下，也可以回流至总风缸，在检修过程中及时将水排出。

参考文献

[1]TBT 2710.2-2005 机车、动车用空气压缩机技术条件 第2部分螺杆空气压缩机

[2]TBT 3124-2005机车车辆制动用压缩空气质量等级及测量方法

[3]蒋琳，电力机车冬季防寒改进措施，电力机车与城轨车辆，2004-1-20

[4]石家庄嘉祥精密机械有限公司 TSAG-0.9ARII 空气净化机组使用说明书，第一版

[5]Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH双罐式空气干燥设备说明书B-MA20.26-zh

作者简介：马辉，（1985.10）男，汉族，河北保定人，南车（天津）地铁车辆有限公司，车辆调试与检修。