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铁路客车空调系统

毕业论文

题目：

铁路客车空调系统

系部：

轨道交通系

专业：

机车车辆

班级：

车辆三班

姓名：

学号：

指导教师：

2012年05月02日

前言

随着运输市场的竞争日趋激烈以及人民生活水平的不断提高，旅客对铁路客车的舒适性提出了更高的要求，空调客车是客车发展的必然趋势，客车的空调系统是其重要主成部分，空调系统包括通风系统、空气冷却系统、空气加热系统、空气加湿系统和自动控制系统等五部分组成。

其中通风系统是空调系统中唯一不分季节而常年运转的系统，它的作用是：

空气过滤、空气输送、空气分配。

因此它的质量状态直接影响到旅客的舒适性和空调系统的经济性。

由于2003年至2005年间铁路客车还将进行两次大提速，特别是高速列车在不久将投入运营，铁路客车的空调通风系统必将进入一个崭新的发展阶段。

我国铁路客车从以前的绿皮车到现在的高档空调客车，再到高速客车一中华之星，也不过十几年的时间。

我国从1953年开始批量制造21型硬座车，到1961年停止制造。

从1956年开始试制22型硬卧车，22型和23型客车是20世纪60年代和7O年代的新型客车，到1993年停止生产，改为生产更先进的25型客车。

目前我国的铁路客运主要是25型车。

铁路客车的通风系统过程可分为以下几个阶段。

1初级阶段～采用自然通风的车型

这个阶段生产的铁路客车没有空调机组，车顶装有数量较多的自然通风器，客车内项板上装有格栅。

通过格栅，自然通风器与客室相连。

项板上装有电风扇。

客车所有的车窗都是上开式的。

这种车型车辆的密封性、保温行很差。

冬天冷，夏天热，空气质量不好是其主要特点。

这与以前的铁路客车的行驶速度相符合。

这种形式主要用于21型、部分22型车、部分25B型车等。

2初级阶段22型车的通风系统

采用自然通风系统，如图1所示。

既车顶上安装若干个自然通风器，客室、厕所、乘务员室、洗脸室等车顶均装有自然通风器，利用车辆运行或自然风的空图1：

22型自然通风车气流动将车内污浊的空气抽出车外。

主要设备有：

自然通风器、电风扇、带格栅的可调风口等。

3现阶段⋯普通空调客车图2与图3动车组

图1：

22型车自然通风图2：

普通空调客车图3：

动车组

第一章、客车空调装置组成

客车空调装置通常由通风系统、空气冷却系统、加热系统、加湿系统及电气控制系统五大部分组成。

空调客车的空气调节是将一定量的新鲜空气和车内的再循环空气混合，经过处理，以一定的速度送入车内，并将车内一定量的污浊空气排出车外，将车内空气的温度、湿度、洁净度和流动速度控制在一定的范围内。

客车空调装置对空气的处理主要包括对空气的除尘、冷却、加热、加湿、减湿等。

客车空调装置按供电方式不同可分为本车供电式和集中供电式。

按安装方式不同可分为集中式和单元式。

空调器的主要部件

（1）制冷压缩机

制冷压缩机为全封闭活塞式制冷压缩机（少部分为涡旋式），是将电动机、压缩机构及供油系统组装在同一个密封的机壳内。

压缩机通过橡胶减振器安装在空调器箱体内。

制冷压缩机的作用是将来自蒸发器的低温、低压的R22气体压缩成高温、高压的气体，并送往冷凝器。

（2）室内侧通风机（离心风机）

室内侧通风机为双轴直联多叶片式离心风机。

室内侧通风机可以强化制冷剂在蒸发器中的蒸发过程，并将经蒸发器冷却降温的空气或经电加热器加热升温的空气送入车内。

（3）室外侧通风机（轴流式风机）

室外侧通风机为直联轴流式风机，风机的叶轮安装在立式电机上，并采取防水结构。

室外侧通风机用于强化制冷剂在冷凝器中的凝结放热过程。

（4）室内换热器（蒸发器）

室内换热器即蒸发器，为铜管套铝肋片的直接蒸发式空气冷却器，一个蒸发器分用于两个制冷循环回路。

低温、低压的气液混合制冷剂在蒸发器内蒸发，当车内循环空气和新鲜空气混合后，通过蒸发器时进行热交换。

这时，空气的热量被蒸发器内的制冷剂吸收，温度降低。

（5）室外换热器（冷凝器）

室外换热器为风冷冷凝器，其结构型式与蒸发器相同。

高温、高压的R22气体，通过冷凝器时，在外界空气的强制冷却下，变成高温（约50℃）、高压的制冷剂液体。

（6）电加热器

作用主要是为了给送入车内的新鲜空气预热。

电加热器的结构为不锈钢框架式结构，带不锈钢绕片的电热管固定在框架内。

框架上装有温度继电器和温度熔断器，起到防火保护的作用。

电热元件采用优质电热丝绕成螺旋形，保持在不锈管的中心，其周围坚固地填满导热性能好的绝缘粉末。

电热丝通电后其电能可以全部转变为热，并迅速地通过管子表面散热。

（7）毛细管（或膨胀阀）

为一组内径极小的细长铜管，当高压液体制冷剂流经这组高阻力管时，起到节流、降压的作用

（8）气液分离器

将来自蒸发器的制冷剂气体与未蒸发的液体分离出来，只将气体的制冷剂送给压缩机。

（9）干燥过滤器

将滤网固定在容器内，并封入干燥剂，过滤制冷剂中的残余杂质，吸取制冷剂中的残留水分。

（10）高压压力开关

当制冷系统的压力异常高时，高压开关动作，停止压缩机的运转，保护制冷系统。

高压开关的复位方式是自动复位。

（11）低压压力开关

当制冷系统的压力异常低时，低压开关动作，停止压缩机的运转，保护制冷系统。

低压开关的复位方式也是自动复位。

（12）低温保护器

在室内换热器吸入的空气温度很低时，会引起室内换热器的表面结霜，有可能导致压缩机损伤。

所以，当室内换热器吸入的空气温度低于18℃时，低温保护器就会动作，停止压缩机的工作。

（13）过电流继电器

过电流继电器用来保护压缩机。

当压缩机电机超负荷或缺相运转时，压缩机的工作电流将超过规定值，这时，过电流继电器的触点断开，使电磁接触器开路，起到保护压缩机的作用。

（14）电气控制柜

电气控制柜安装在车内配电室内，通过它控制车顶上的空调器。

控制柜内有种控制开关、转换开关、接触器、继电器、计时器、温度调节器等组成保护和控制电路，详细介绍见生产厂提供的客车空调器电气控制柜使用说明书

本设计将以装有集中供电单元式空调机组的YW25G型空调客车（图3）为例，全面分析空调装置的故障查找、处理过程。

该型空调车装用的空调机组是KLD40机组（图4），空调控制柜是KLC40C－1T1型。

图3：

YW25G型空调客车

图4：

KLD40机组

图5：

KLD40机组结构

图6：

采用机械制冷的五节式铁路保温车车厢

第二章、基本工作原理

通风：

在通风机的作用下，将经过处理的空气输送分配到客室并形成合理的气流组织，同时排出室内多余的污浊空气，使室内空气参数满足舒适和卫生要求。

通风系统主要由通风机组、空气过滤器、送风道、送风口、回风口、废气排风机等组成。

降温：

车内的循环空气及由新风道引入的新鲜空气，由机组的通风机吸入，在蒸发器前混合，通过蒸发器得到冷却，并由机组前端部出风口送入车顶通风道各格栅，向车内吹出冷风。

在制冷系统连续工作下使车内温度逐渐降低，并由温度调节器自动调节车内空气温度。

制暖：

由新风口引入的新鲜空气及车内循环空气，被机组的通风机吸入在电加热器前混合，通过电加热器加热。

被加热的空气，由通过机送入车内风道各格栅，向车内送热风，使车内温度徐徐上升，并由温度调节器自动调节车内空气温度，保持车内一定的舒适温度。

加湿：

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

因此本设计对该系统不预论述。

电气控制：

它是客车空调系统的控制中心，它按客车空调要求准确地控制着空调系统的正常工作，完成通风、制冷、制暖的手动或自动运行，使室内的空气参数控制在规定的范围内，并同时具有短路、过电压、欠电压、失电压、风机过载、压缩机、制暖保护功能。

图7：

直接冷却式制冷系统示意图

第三章、主要技术参数

车内温度：

夏季24～28℃；冬季18～20℃。

平均相对湿度：

夏季40～65%；冬季40～60%，最小30%。

客室内空气中二氧化碳的容积浓度：

不大于0.15%。

客室内每立方米空气的灰尘量：

不超过1mg。

制冷量：

KLD29机组：

29.1KW；KLD40机组：

40.7KW。

制暖量：

KLD29机组：

6KW；KLD40机组：

9KW。

制冷量：

R22

功率：

KLD29机组：

14KW；KLD40机组：

18KW。

单车式制冷参数：

第四章、正常运行的特点

空调机组运行后，应定期检查工作状况是否正常，如有异常现象应停机处理。

单元式空调机组采用全封闭式压缩机，一般不设压力表，无法直接掌握系统的工作压力。

因此机组的工作状态，主要根据客室降温、通风情况、电器控制柜的工作状态、仪表和指示灯显示情况等进行分析、判断。

4.1、通风工况：

（1）各送风口送风均匀，风量适中，送风口及回风口无水滴出。

（2）通风机应无异常振动和噪音。

4.2、制冷工况：

（1）通风机、冷凝风机、压缩机应按电气联锁关系顺序起动。

各台压缩机按时间继电器的调定时间延时起动。

启动时，压缩机电机及各风机电机应没有异常振动和摩擦声响，工作后运转应平稳，无特别噪音。

（2）当客室回风温度为24～32℃时，空调机组制冷工作电流为：

KLD29机组双机工作时，不低于20～22A，单机工作，不低于13～15A；KLD40机组双机工作时，不低于29～31A，单机工作，不低于20～22A。

机组工作电流是反映机组工作状况的重要参数。

一般启动时，电流增大很多，投入正常运行后，很快降到正常值。

若机组电流低于上述值，系统可能有制冷剂泄漏；若偏高太多，则可能有机械或电气方面的故障。

（3）机组运行后，客室各出风口应有冷风吹出，在外温不大于35℃时，客室温度能自动控制在调定范围内（一般为22～28℃）。

当双机工作时，回风口和送风口的温差应大于10℃。

4.3、加热工况：

（1）通风机、电预热器能按联锁关系顺序工作。

（2）各室出风口应有暖风吹出，室内温度能控制在规定的范围内（一般为16～19.5℃）。

当两组预热器工作时，回风口与送风口的温差应为7～9℃。

4.4、电器控制柜

柜内各电器元件动作顺序正常，应无焦味、无电磁噪音、无异常温升及打火现象。

机组运行后，应检查工作状况是否正常，如有异常现象停机处理。

单元式空调机组采用全封闭式压缩机，一般不设压力表，无法直接掌握系统的工作压力。

机组工作状态主要是根据客室降温、通风情况、电器控制柜的工作状态、仪表和指示灯显示情况等进行分析。

第五章、检查故障的一般方法

5.1、需注意事项

首先在处理故障时，如果遇到机组上设的某种自动保护装置动作，自动切断压缩机或电加热器电源时，应立即请专业人员进行处理，在故障原因未查清，故障未处理之前，切不可重新合闸或按复位按钮。

对于单元式空调机组，因为每台机组上都安装两套独立的制冷系统，因此，当其中的一套制冷系统出现故障时，应在处理故障的同时，手动启动另一套系统工作，以保持车内一定的空气参数。

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5.2、空调与制冷装置故障

（1）、当空调与制冷装置出现故障时，要及时了解空调机组的工作情况。

若发现客室内降温不良，压缩机故障灯亮，电压值或电流值不正常等情况，应认真进行检查。

检查客室内关门、关窗情况，各出风口是否出风均匀及堵塞，回风网是否脏堵。

发现故障应判断出是哪一部分，哪个范围。

发现电源缺相、机组有异常声响，控制柜内发出焦味、冒烟或电器接线温度升高、打火等现象，应立即切断电源进行检查。

（2）、经过实践行成了一套对制冷装置检查的方法：

一看、二听、三摸、四测。

一看就是看电流表及配电柜指示灯的指示情况（有压力表、油压表的要看压力在正常值范围内）；压力继电器、温度控制器、压差继电器的整定器是否合适；机组各部件有无破损，制冷管路有无裂缝，连接部位是否有松脱，电器接线有无断开；蒸发器和吸气管处的结露或结霜是否正常；润滑油和制冷剂的液位高度是否正常。

二听就是听压缩机和风机的运转声音，有无杂音、电机噪音是否过大；有膨胀阀的要听膨胀阀内制冷剂的流动声是否正常。

三摸就是摸压缩机外壳及轴承和轴封处是否过热；过滤器表面的温度是否正常（应比环境温度稍高些），若出现低于环境温度或结露现象，说明其中的过滤网已局部堵塞，而产生节流降温现象；吸气管的温度是否正常；压缩机的振动是否正常。

四测就是用万用表、兆欧表、钳型电流表等测量电压，绝缘阻值以及运转电流是否符合要求；用压力表测量压缩机的吸排气压力是否在正常范围内；用电子检漏仪检查制冷剂有无泄漏。

5.3、控制系统故障

当控制系统出现故障时，应首先看懂电路图，根据现象初步判定哪个回路出现了问题，先检查主回路，再检查控制回路，检查时要从电源的源头查起，可采取逐点测量的方法逐个部件排除。

5.4、制冷剂泄漏

用电流表测量压缩机工作电流，判断制冷剂是否有泄漏。

空调机组产品说明书中所标明的压缩机额定电流，是制造厂在实验室中做典型试验时，在测量名义制冷量时，所测得的额定电流。

它是在规定的空调工况下（室内侧tg=29℃，ts=23℃，室外侧进风温度tg=35℃）测量的。

若空调机组是在接近规定的空调工况下运行，其工作电流接近额定电流，则可说明空调机组制冷量能达到它的名义制冷量。

若工作电流低于产品的额定电流，则其输入功率低，说明其实际制冷量小于名义制冷量。

若测出电流高于额定电流，不能说明实际制冷量高于名义制冷量，只能说明空调机组有故障，应查找原因。

因此，我们可根据压缩机工作电流偏离额定电流的情况来粗略判别压缩机工作是否正常。

在空调客车上，我们可以首先用钳型电流表测量压缩机三相工作电流，并记下室内、室外温度，之后与泄漏判定曲线进行比较，凡压缩机工作电流在判定线以下的，即可以定为制冷剂不足。

在遇到车辆发生火灾、脱轨颠覆等突发事故时，应立即切断空调机组电源，以防事故扩大。

第六章、结论

客车空调装置是一个比较复杂的系统，其系统内部的设备和器件在运行过程中是看不见的，一种故障现象，往往由几种原因造成。

本设计首先对空调装置的组成，通风、制冷、制暖工作原理进行了简单介绍，对空调装置各部正常工作工况进行了说明，然后对空调装置故障按系统进行了分类，之后按故障分类对空调装置的故障进行了分析，逐条逐项对故障进行说明并制定了处理方案，只要对出现的故障全面的检查，理论结合实际的综合分析完全能够准确、快速地查出各类空调故障，本设计可做为现场处理故障的指导教材。

谢辞

在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师张伟老师的热情关怀和悉心指导。

在我撰写论文的过程中，张伟老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了张伟老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。

在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。

感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。

最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！

学生：

2012年5月2日

参考文献

1、《客车空调三机检修及运用管理规程》　　铁道部车辆局

2、《车辆制冷与空气调节》腾兆武王刚　　中国铁道出版社

3、《车电员》詹耀立中国铁道出版社

4、《25K型快速车说明书》　　　　　　　　　　长春客车厂

5、《KLD系列铁路客车空调机组说明书》　　　石家庄国祥公司

6、《铁道车辆》2004年2期《铁路空调客车增加新风的措施及相关试验研究》一文　　　　　　　　　　　任　健，靳谊勇，王兴江，