动车组空调系统整体认知教案.docx

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动车组空调系统整体认知教案

动车组空调系统整体认知教案

【组织教学】

1、点名2、填写课堂日志

【案例引入】

2009年连续发生多起动车组空调制冷不良故障，对动车组的正常运营造成一定的影响。

2009年6月25日，配属武汉局动车组204703车空调制冷不良；2009年6月25日，配属沈阳局动车组2058A列客室温度高；2009年6月15日，配属武汉局动车组2059+2060A重联运行，客室温度高。

以上均属动车组空调系统故障，经过检查与分析009年连续发生多起动车组空调制冷不良故障，对动车组的正常运营造成一定的影响。

经过检查与分析都属于动车组在进行维护与检修时清扫不当或不及时所致。

可见，及时、正确地对动车组空调系统进行维护与检修是保证动车组正常高效运营的重要工作。

【讲授新课】

工作任务1动车组空调系统整体认知

动车组空调系统是动车组十大配套技术之一，作为高速铁道技术专业工作人员，必须在熟悉动车组空调系统组成、原理、技术特点的基础上按相应标准、规范进行运用与操作、维护与保养，才能保障动车组整体运营安全与效率。

通过本任务的学习使学生了解动车组空调系统的基本作用、组成、分类与工作原理，理解CRH2型动车组空调系统的构成、工作原理及技术特点，掌握动车组空调系统的整体构成、部件布局及作用，为后续任务的学习打下基础。

一、相关配套知识

1、动车组空调系统的结构组成及工作过程

（1）动车组空调系统的组成及类型

动车组空调系统的作用是将一定量的车外新鲜空气和车内再循环空气混合后，经过过滤、冷却或加热、减湿或加湿等处理，以一定的流速送入车内，并将车内一定量的污浊空气排出车外，以达到对车厢内空气环境的控制。

1）动车组空调系统的组成

动车组空调系统通常由通风系统、空气冷却系统、空气加热系统、空气加湿系统以及自动控制系统等五大部分组成。

通风系统的作用是将车外新鲜空气吸入并与车内再循环空气混合，在滤清灰尘和杂质后，再压送分配到车内，同时排出车内多余的污浊空气，以保证车内空气的洁净度以及合理的流动速度和气流组织。

通风系统通常由通风机组、空气过滤器、新风口、送风道、回风口、回风道以及排废气口等组成。

空气冷却系统（也称制冷系统）的作用是在夏季对进入车内的空气进行降温、减湿处理，使夏季车内空气的温度与相对湿度维持在规定的范围内。

为保证制冷系统安全、有效地工作，制冷系统除压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置四大件外，还配有贮液器、干燥过滤器、气液分离器等辅助设备。

夏季，通风机将吸入的车内外的混合空气经蒸发器冷却后送入车内，以达到降温的目的。

由于蒸发器表面的温度通常低于空气的露点温度，空气中的部分水蒸气就凝结成水滴。

因此，空气在通过蒸发器冷却后的同时也得到了减湿处理。

空气加热系统的作用是在冬季对进入车内的空气进行预热和对车内的空气进行加热，以保证冬季车内空气的温度在规定的范围内。

空气加热系统通常由空气预热器和辅助空气加热器组成。

冬季，通风机将吸入的车内外空气经过空气预热器的预热后送入车内，同时，车内地面式辅助加热器对车内空气加热，以补偿车体和门窗的热损失。

空气加湿系统的作用是在冬季车内空气相对湿度较低时对空气加湿，以保证冬季车内空气的相对湿度在规定的范围内。

目前，我国在一般车辆的空调装置中不设加湿系统，仅在某些高级公务员及特殊要求的车辆上才设此系统。

加湿最简单的方法是采用电极加湿器。

自动控制系统的作用是控制各系统按给定的方案协调地工作，以使室内的空气参数控制在规定的范围内，并同时对空调装置起自动保护作用。

电气控制系统一般由各用电设备的控制电器、保护元件以及仪表等组成。

2）动车组空调系统的类型

动车组空调系统按空调系统的安装方式主要分为两类：

一类为分体式空调系统，另一类为车顶单元式空调系统。

分体式空调系统分成两个部分，一部分为在车内的空气冷、热处理和输送、分配单元，置于客车端部，空气通过送风道和送风口送入车内，一般上送风，下回风，从车端墙新风口引入新风。

而另一部分为车下的压缩冷凝部分。

单元式空调系统常将压缩冷凝部分、空气冷却部分等组合在一起，并安装在车端顶部，故称车顶单元式空调系统，这种空调系统适用于铁路长途硬座车、硬卧车、软卧车等。

一般每节客车车厢安装两台相同的单元式空调系统。

①分体式空调系统

分装式空调装置是指每节客车上只安装一套空调装置，且将制冷压缩机、冷凝器、冷凝风扇、贮液器集中装在一个箱中，并悬挂在车底架下，而将蒸发器、通风机、膨胀阀、空气预热器等安装在车顶内部，用铜管将制冷系统的各设备连接起来，组成封闭的循环系统。

图7-1为分体式空调系统及空气调节原理的示意图。

图7-1分装式客车空调系统原理图

1-通风机；2-渐扩风道；3-蒸发器；4-水分离器；5-电预热器；6-渐缩风道；7-主风道；8-回风道；9-送风口；10-回风口；11-排风扇；12-排风口；13-进风口；14-滤尘器；15-补偿电热器；16-冷凝器；17-冷凝风扇；18-压缩机；19-贮液器。

②单元式系统

单元式空调系统是指将压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、通风机、冷凝风机以及空气预热器等安装在一个箱内，组成一个完整的单元后安装在车顶。

目前CRH3型动车组和CRH5型动车组客室空调都采用了单元式空调机组，它们的制冷量在设计条件下分别为44KW和40KW。

CRH2型动车组客室空调装置也是单元结构，但其整个系统不属于典型的单元式空调系统，而是准集中式。

（2）动车组空调系统的主要构成和工作过程

1）通风系统

通风系统主要由通风机、空气处理室、软风道、玻璃钢主送风道、软风筒支风道、送风孔板、回风道、回风口、新风口、新风道、废排风扇等组成。

2）制冷系统

动车组空调制冷系统采用蒸汽压缩式制冷方式，蒸气压缩式制冷机主要有压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四部分组成，并用管道连接成一个封闭的循环系统，制冷剂在一个封闭的系统中，只消耗压缩机的功就能反复地实现制冷剂由液体变为蒸气，再由蒸气变为液体的相态变化，并通过这种相态变化将低温处的热量转移到高温处去，这就是蒸气压缩式制冷的工作原理，如图所示。

其工作过程如下：

图7-4蒸汽压缩式制冷系统组成

●压缩机：

吸入低温的制冷气体，将其压缩为高温高压的制冷气体后送出。

●冷凝器（室外热交换器）：

用室外送风机送入的室外空气对高温高压的制冷气体进行冷却，使其形成常温（约50℃）的高压制冷液。

●制冷剂干燥器：

吸收制冷液中的水分。

●毛细管：

利用通道面积小的阻力管，使高压制冷液变为低压的气液混合状态。

制冷剂在减压的同时温度也将下降。

●蒸发器（室内热交换器）：

低温、低压的气液混合制冷剂，与通过室内热交换器室的室内空气进行热交换的同时变成气体。

此时，室内空气的热量被制冷剂吸收，使温度下降。

该冷风吸收车体的热负荷（换气、日照及车内外温度差等）和人体所产生的热量而变成暖空气，并被再次送入室内热交换器。

●气液分离器：

分离制冷气体和液体。

3）供热系统

一般而言，供热系统通常由空气预热器和地面空气加热器组成。

4）动车组空调系统的工作过程

冷气运行时，从回风道吸入的车厢内空气与从供气装置通过送风道送入的新鲜空气混合，通过设置在空调装置回风口的车厢过滤器，在车厢热交换器进行热交换，冷却为冷气。

该冷气从车体侧风道送风口吹入车厢，向乘客提供清凉的感觉。

暖气运行时，从回风道吸入空气时，同样与新鲜空气混合，通过设置在空调装置回风口的过滤器，由电热器加热，通过与冷气时同样的路径，向乘客提供温暖的感觉。

2、典型动车组空调系统

（1）总体构成

1）概要

车底安装的空调装置为每１节车厢２台、换气装置为每１节车厢１台。

与设置在车体内部的风道相连接，在车厢、通路部设出风口及返回口。

车内的排气则通过在车厢、通过台及驾驶室的排气口、导入到车底排气风道。

3、6号车厢内设置有空气净化机。

驾驶室设单独的空调装置及车内压释放阀。

动车设有牵引电动机冷却用电动送风机及风道。

卫生间内设置直排车外的废排通道。

供热方式采用装入空调系统的电加热装置。

空调装置在车底的布置见图7-4及图7-5所示。

2）换气

为改善夏季室内空调环境、降低新鲜空气吸入温度、采用从连续换气装置的前位一侧吸入新鲜空气的方式。

这其中、为避免奇数号车洗手间臭气进入ＦＡ（新鲜空气）、所以废除新鲜空气进气口的下面,在新风进气口上部侧面开口并设金属网。

新鲜空气进气口的吸入面积、奇数号车和偶数号车为大致相同的开口面积。

车底盖板内的外部空气作为新鲜空气被吸入，为降低新鲜空气温度、新鲜空气吸入口横侧的侧裙板上设置有整流板。

图7-4空调及换气装置的布置

图7-5司机室空调、客室空调及换气装置在底架下位置

地板中间的新鲜空气风道、为防止由于车厢地板因下方的风道内流体激振引起的振动传递、应尽力扩大风道面积、降低风道内的流速。

另外、针对带洗手间的车厢、结构上把洗手间排气风道和新鲜空气风道一体化、通过风道内的隔板将新鲜空气和洗手间排气分开、通过分别扩大各风道的面积、降低管道阻力损失、使安装作业更为简化。

车厢排气、是从座席置脚台部分的排气口导向地板中间的返回风道。

通过台的排气通过设置在配电盘横侧等的排气口导入地板下的返回风道。

地板下返回风道回风的一部分被导向车底的连续换气装置、排出车外。

配电盘横侧等的排气口、为确保返回风量，尽可能扩大了面积。

（2）客室空调装置

1）总体布置

客室空调系统是设置在客室地板下部的2台小型、轻量化的空调装置。

空调装置的外观如图7-6所示。

空调装置的送风口与设在客室地板下部的送风道连通，并与顶板位置处的送风口连通；回风口与吸入车内空气的回风道连接。

图7-6客室空调装置外形图

输送冷气时，从回风道吸入的客室内空气与从供气装置通过送风道送入的新鲜外气混合，通过设置在空调装置回风口的车厢过滤器，与室内热交换器进行热交换，冷却为冷气。

该冷气从车体两侧风道出风口吹入客室，向乘客提供冷风。

在气温为33℃、湿度为80％及M2车150％乘车时（150人乘车时），客室温度可保持在26℃以下；在气温为40℃、湿度为55％及M2车100％乘车时（100人乘车时），客室温度可保持在28℃以下。

输送暖气时，从回风道吸入空气时，同样与新鲜外气混合，通过设置在空调装置回风口的过滤器，由电热器加热，通过与冷气相同的路径，向乘客提供暖风。

在气温为-15℃时，客室温度可保持在20℃以上。

为提高可维护性和简化室内热交换器以便于排水盘、排水泵的清洁工作，扩大了空调下部检查孔，并将检查孔盖和排水盘一体化设计，使得室内热交换器、排水盘、排水泵的清洁更加容易。

另外，安装了室外过滤器以便防止热交换器污损。

室内外过滤器均采用无纺布材料的过滤器。

运行及功率的控制，由空调设备自备逆变器进行。

2）基本技术规格

①型号：

EU651（结构见图7-6所示）

②安装方式：

准集中式、底架下安装

③电源

主电路：

单相交流，50Hz，400V[+24/-37]%（变频器输入，电加热器输入）。

变频器1（VVVF）输出：

3相，40Hz/125V～70Hz/200V（压缩机用）。

变频器2（CVCF）输出：

3相，60Hz/200V，65Hz/215V（送风机用）。

控制电路：

单相交流，50Hz，100V，及DC100V

④冷气控制方式：

逆变器频率控制及压缩机运行台数控制。

⑤暖气控制方式：

电热器多级控制。

⑥冷气能力

a.标准条件下为37.21kW（32,000kcal/h）/台以上。

b.超负荷条件下为29.07kW（25,000kcal/h）/台以上。

⑦暖气能力：

24kW/台以上

⑧循环风量：

65m3/min（以65Hz运行时）

　　　　　　　60m3/min（以60Hz运行时）

⑨输入功率制冷时：

约20.0kW；制热时：

约22.0kW

⑩制冷剂R22质量约730kg

喷漆颜色主框架、外罩：

不锈钢制无喷漆

　　　　　　　　室内送风机：

蒙赛尔色

　　　　　　　　室外送风机：

黑色

压缩机：

黑色

　　　　　　　　变频器、冷凝器：

无喷漆

　　　　　　　　接触器盘1、2：

无喷漆

3）空调装置本体构成

（1）电动压缩机×2台

（2）室外电动送风机×2台

（3）室内电动送风机×1台

（4）室外热交换器×1个

（5）室内热交换器×1个

（6）电加热器×1个

（7）高压压力开关×２个

（8）低压压力开关×２个

（9）制冷剂干燥器×２个

（10）止回阀×２个

（11）电磁阀×２个

（12）电磁接触器×３个（HK1･HK2･HK3）

（13）电磁接触器×２个（CFK1,CFK2）

（14）电涌吸收器×５个（SD-N12･35用）

（15）电磁接触器×３个（CHK,CPK1,CPK2）

（16）电涌吸收器×２个（SD-N50用）

（17）电磁接触器×１个（IVK）

（18）电涌吸收器×１个（SD-N95用）

（19）过电流继电器×２个（CPOCR1･CPOCR2）

（20）过电流继电器×３个（EFTH･CFTH1･CFTH2）

（21）空气过滤器×３个（回风用）

（22）空气过滤器×３个（室外热交换器用）

（23）排水泵×１个

（24）漂浮开关×２个（排水高度检测用）

（25）配线用连接器插座（和车体侧面装配线连接用），如表7-1所示。

表7-1配线用连接器

型号名称

个数

备考

接点大小

GTC2A-32-M9PC

1

主电路用

＃４×４芯

JL06-2A28-M1PC

1

控制电路用

＃16×27芯

（3）司机室空调装置

1）总体布置

司机室设置了司机室专用的空调装置，如图7-7所示，系统图如图7-8所示。

该制冷装置、采用逆变器方式，作为输入电源接受交流４００V，和主回路控制回路一起在装置内进行直流变换驱动。

空调装置由室外机、２台室内机、电源箱、变压器、控制面板５个部件构成。

电源是由主变压器辅助（3次）绕组供给的单相400V50Hz、通过司机室的空调主断路器（C输入到用于司机室空调的变压器。

用于司机室空调的变压器将输入的电压降压至单相交流电的288V、12V，分别输出到各个逆变器，变换为直流电，如表7-2所示。

表7-2电源种类

电源种类

电压

负荷

主电路

DC228V

用于驱动压缩机

控制电路

DC12V

用于控制冷凝器、通风机电机、冷却风扇等

通过控制面板的风量切换开关、可以进行三级的风量切换（High、Medium、Low）并使用温度调节纽设定温度。

司机室空调的控制在电源箱内的控制装置中进行，通过对由热敏电阻（THF1、THF2）得到的室内机吹风口的空气温度和由控制面板提供的设定温度进行比较来实施控制。

图7-7司机室空调装置布置

图7-8司机室空调装置系统图

2）司机室空调装置规格

表7-3空调装置额定规格及性能

项目

性　　　能

备注

主回路

单相AC400V､50/60Hz

→DC288V

压缩机驱动用

控制回路

单相AC400V､50/60Hz

→DC12V

送风机、继电器

驱动用

制冷

容量

3045kcal/h×2＝6090kcal/h

室外热交换器吸入温度33℃

室内热交换器吸入温度28℃

相対湿度　65%

输入（逆变器部）

约2kw×2＝約4kw

3）车内压力释放阀

在驾驶室罩内气密壁上设置有车内压释放阀，结构如图7-9所示。

车内压释放阀是为了气密的保持、用圆盘状的阀来开闭的构造速度截止于３０km/h以上，在此以下就会开放车内压。

动作由气缸驱动来完成。

图7-9车内压力释放阀结构及动作示意图

（4）CRH2型动车组空调机组的特点

①制热量大，②机外静压大，③总风量相对较小，④在列车空调上第一次使用变频控制技术。

⑤机组内空调冷凝水采用排水泵排出。

⑥主电路输入：

单相交流、50Hz、400

%V，国内车为三相交流380V。

3、动车组空调系统的技术特点

（1）高可靠性

（2）高舒适性

（3）适应车内外压力波的变化

（4）适应高速车辆小型轻量化要求

（5）低噪声与震动

【技能训练】

CRH2型动车组空调系统整体结构认知

以学习小组为单位进行角色扮演，在实训室对空调系统各主要部件及系统结构进行讲解，并理解其工作原理。

1、司机室空调布局

1）司机室专用的空调装置，其部件的布置如图7-7所示。

2）司机室空调室内布局如图7-11所示。

3）司机室空调控制面板布局如图7-12所示。

2、客室空调布局

1）客室空调装置及换气装置在车底布置位置及风道连接关系如图7-13、7-4及图7-5所示。

2）空调装置结构认知

空调装置整体结构外形图见7-14，空调装置内部部件及布局见图7-15。

3）换气装置结构认知

【任务评价与总结】

各小组完成任务工作及思考题，进行自我评价与小组互评，老师点评