城轨车辆空调制冷系统的故障诊断探究

引言

目前我国大部分城轨车辆已经实现空调化,空调设备作为改善室内环境的重要设备,在其运行过程中,会出现各种各样的故障,如制冷剂泄漏、压缩机磨损、冷凝风机过载保护、冷凝器和蒸发器堵塞等,如果不及时处理,会使空调运行参数长期偏离正常数值,整台机组制冷量下降或不制冷,给车辆运营及检修带来一定的影响,影响乘客乘坐舒适度。鉴于此,本文将分析导致空调制冷系统出现故障的原因,并提出相应的维护措施,旨在降低空调制冷系统运行中的故障发生率,降低维修成本。

1城轨车辆空调制冷系统概述

城轨车辆的空调制冷机组包括压缩机、轴流式冷凝风机、干燥器、蒸发器、冷凝器、膨胀阀和高压保护装置等构件,形成一个封闭的制冷循环系统,共同作用,发挥制冷效果,是确保城轨车辆内部环境舒适的重要系统。另外,制冷系统中的蒸发器元件还能对环境中的空气起到降低湿度的作用。一般情况下,城轨车辆为了避免发生因为一节车厢中的空调发生故障进而影响整个车厢环境发生过大变化的情况,通常在每一辆列车的前部和后部各加装一台空调机组。城轨车辆的空调机组采用蒸发压缩式制冷,属于液体汽化制冷。制冷循环基本工作原理如图1所示。

2空调制冷系统故障诊断的特点

城轨车辆空调制冷系统是由多个子系统构成的复杂整体,由蒸发器、压缩机、冷凝器等主要元件和一些附属装置共同组成,各部件之间有机组合,相互协调运作,任何一个制冷系统中的子系统出现故障,都无法正常发挥空调的制冷作用。制冷系统的复杂性决定了故障产生的原因也较为复杂。下面对空调制冷系统故障诊断特征进行阐述:

图1 制冷循环基本工作原理

2.1复杂性

空调制冷系统的故障产生原因多种多样,比如制冷循环堵塞、风量不足、制冷剂泄漏、制冷剂充注过多等,导致的故障类型也很多,如机组不能制冷或者制冷效果差、冷凝器结垢、蒸发器故障、压缩机故障等,原因和现象错综复杂。

2.2交叉性

城轨车辆空调制冷系统的一个故障原因可能会产生多种故障现象,或者一个故障现象产生的原因有多种,故障产生的原因和现象一般情况下会显示出交叉性。

2.3相互影响

在整个空调制冷系统故障诊断过程中,特征参数是一个重要的参考依据,但不能用单一特征参数来表征相应故障的发生,因为一个故障的产生通常会引发几种参数的变化,同时,一种参数的改变也会影响其他参数的变化。

3城轨车辆空调制冷系统的典型故障

城轨车辆空调制冷系统在整个运行过程中存在的故障多种多样,下面针对几种常见的故障类型进行分析。

3.1空调机组振动噪声大

城轨车辆运行时出现空调机组振动噪声大的情况,诊断后发现通常是由于回风口盖板或空调盖板支撑杆有松动和空调机组内通风机振动产生噪声造成的。对更换下来的通风机进行检查分析发现,引发风机产生噪声的原因以部分通风机电机轴承轻微损坏居多。

对于空调振动噪声大的故障,笔者认为可采取以下措施解决:首先加强对风机质量的把控;其次强化检修规程,定期检查通风机及空调回风盖板;最后调整空调盖板支撑杆的安装方式及回风口盖板的锁闭方式。

3.2制冷剂泄漏

制冷剂泄漏故障在城轨车辆空调制冷系统中较为常见。城轨车辆空调制冷系统元件材料通常采用紫铜制作,由于长时间运作,管路上可能会出现砂眼和裂纹,最终会演变成裂缝。但制冷剂泄漏大多还是因为系统阀门出现故障或者是制冷系统的蒸发器和冷凝器的管路焊接处焊接不良导致的,需要及时对制冷系统管路进行修复,并按照规范重新充注制冷剂。3.3蒸发器、换热盘管堵塞

在城轨车辆上,空调制冷系统的蒸发器长期运作后,换热盘管由于过多的灰尘或者其他污染会发生堵塞,进而影响制冷剂的流通以及换热效果,导致冷却风量减少,长时间下来,会影响整个空调系统的使用功能和寿命。

3.4冷凝器结垢,散热不良

空调机组的压缩机压力故障不仅与进风温度有关,还与冷凝器的冷却进风量有关。空调冷凝器的散热排风受阻,排风量减小,也会造成空调冷凝器散热不良,从而导致空调压缩机工作时出现高压故障而停机。

4城轨车辆空调制冷系统故障诊断模拟方案

城轨车辆空调制冷系统的各个部件联系紧密,共同作用并相互影响,在诊断模拟过程中,为了确保故障特征的单一性及针对性,如要寻找其中一个故障特征,就要保持其他部件正常运行。制冷剂泄漏故障模拟方法如下:使用FLowMAsTER对故障进行模拟,主要通过改变仿真的制冷剂充注量,在空调制冷系统发生故障时,选择程度变化最为明显的参数即对故障敏感度最高的参数,找出制冷系统故障与特征参数之间的变化规则,分析制冷系统的特征参数,最终确定空调制冷系统的故障原因。

在制冷剂泄漏故障中,保持冷凝风速5m/S、蒸发器风量500m3/h和压缩机转速1700r/min不变,为了模拟制冷剂泄漏,将原先的制冷剂15kg逐步减少,每种单一故障包括6种不同的故障程度,泄漏程度分别为10%、20%、30%、40%、50%和60%,随着制冷剂充注量逐渐减少,相应制冷剂的泄漏程度也逐渐严重,压缩机的吸气压力和排气压力参数均减小,而且变化明显,该方案表明吸气压力和排气压力均对制冷剂泄漏较为敏感:与压缩机的压力参数相反,在制冷剂泄漏的影响下,压缩机的吸气温度和排气温度均呈上升趋势,可见温度参数同样对制冷机泄漏敏感。制冷剂的泄漏导致蒸发器供液不足,制冷量下降,同时系统的制热能效比CoP下降也较为明显,说明制冷剂泄漏时制冷能力减弱。

5结语

当然,在空调系统运行过程中出现的故障很多,不可能对各类故障都进行分析总结,本文主要结合城轨车辆空调制冷系统工作原理,论述了城轨车辆空调制冷系统故障诊断的特点,并总结了城轨车辆空调制冷系统常见的几种故障现象及原因,特别列举了空调制冷系统制冷剂泄漏故障诊断的模拟方案。

目前我国在暖通空调制冷领域,还没有相对成熟、完整的系统诊断软件,针对车厢内的空调制冷系统的故障诊断研究也较少,城轨车辆空调制冷系统故障诊断存在的问题还很多。某些研究使用VC＋＋+6.0语言编辑空调制冷系统的人机界面,拥有丰富的、专家级的知识体系,还可以对一些不确定的模糊信息进行推理,可以直观地对常见故障信息进行查询,提高工作效率。在日后的研究中,可以多开展一些对该诊断系统的分析研究。