简析动车组空调装置通风系统

简析动车组空调装置通风系统

栾健洋，李志国，张武鹏

中车唐山机车车辆有限公司， 063035

摘要：目前，现代化建设迅速，随着我国高速动车组技术的飞速发展，2017年，我国自主研发的复兴号动车组陆续投入运营。例如，在京沪铁路上，旅客能体验到350Km/h的高速动车组。复兴号动车组的设备设施为旅客带来了更舒适的乘坐环境。京沪高速铁路全长1318千米，途径我国华北地区和华东地区，由于我国南北方气候差异较大，因此保持车内环境的舒适性成为动车组技术的重点问题。为了保证旅客乘坐安全，确保动车组良好的运行秩序，就要开发高性能的空调通风系统，并且在运行过程中避免或减少动车组空调故障发生。

关键词：模糊故障树；动车组空调系统；可靠性分析

引言

在我国铁路提速的大背景下，动车组逐渐成为国家客运的主力军。高速要在安全的前提下进行，如何提高动车组的安全性，如何缩短动车组维修时间，提高动车组维修质量就十分关键。故障树分析法在可靠性分析研究中有着重要作用，此种分析方法已应用于航空航天、武器研究等领域，利用此种方法对系统故障进行分析研究可有效展示故障之间的逻辑关系，能够较容易地找出系统可靠性存在的薄弱环节，能有效地提高系统可靠性分析的精确度。将此种方法应用于动车组车体系统的分析研究中，可提高动车组车体系统故障分析的准确度，从而提高动车组车体系统的安全性和维修可靠性。

1模糊故障树分析法

1.1故障树分析法

故障树是一种展示系统结构和故障间逻辑关系的模型。由顶事件以树状结构不断细分故障类型，一直细分至叶子节点(基本事件)为止，位于顶事件和基本事件之间的是中间事件。采用故障树分析法(FTA)进行动车组空调系统的可靠性分析，基于新建立的故障树分析系统中发生故障的原因及发生故障的概率，最终可获得整个系统故障的概率，用于对系统的稳定性评估。

1.2模糊重要度

概率重要度表示底事件发生概率的变化对顶事件发生概率产生的影响，它是模糊集合理论与底事件的概率重要度结合的产物，可采用中值法计算得出。

1.3空调系统

空调系统通过制冷、加热、通风等方式提高旅客舒适度，动车组空调系统主要包括通风系统、冷却系统、加热系统、自动控制系统及压力保护系统。单元式空调机组内设压缩机、冷凝器、蒸发器、凝风机、蒸发风机、加热器、旁通阀、膨胀阀、压力开关、压力传感器、电动阀门、风压开关等，铝合金材料的框架被设计成流线型外观。单元式空调机组位于车体顶部，机组两侧设新风、回风混合箱，供风通道在车顶板下，顶部出风经车内的多孔顶板送出，废排风道布置在车体两侧下部，废排单元布置在车下，回风口设在空调机组下部的靠近通过台的顶板上，系统设回风道。(1)冷却系统。包括膨胀阀、压缩冷凝装置、压力开关、干燥过滤器等。(2)采暖系统。包括空调机组内的加热器、风道内加热器和风扇加热器等。(3)通风系统。包括安装在车顶并贯穿于整车的供风道组成和风道两侧与侧墙风道连接的软风道，空调机组两侧的新风和回风混合箱、耐候格栅，安装车下的排废单元、布置在车内的排废风道等结构。(4)控制系统。使用微处理器控制预调节、通风、制冷、加热等，并通过MVB总线接口进行数据通信。控制面板还可操控电流接触器、继电器、断路器等，以管理车厢和驾驶室HVAC系统各种工作模式。(5)压力保护系统。包括4个位于末端车厢前部的压力波传感器，2个位于末端车厢控制面板内部的电子控制卡等。使用快速动作的压力保护阀隔离送风风道，当压力保护被触发，阀门打开，空调进入全回风模式;当压力保护阀重新打开后，新风量提高，室内CO2含量迅速下降。

2优化措施会分析

2.1动车组空调系统工作模式

空调控制系统可通过控制模块实现几种工作模式，分别是空调标准模式，空调关闭，空调紧急关闭，紧急通风，洗车模式，隧道运行。1）空调工作（标准模式）。空气调节控制系统可自动将每辆车的室内温度调节至控制设定点温度。室外温度较高时，控制设定点值将自动升高（UIC控制设定点升高）。通过司机人机界面或列车乘务员人机界面可逐车将控制设定点温度调低或升高±2K。2）空调关闭。整个通风、加热和空调系统电源切断。动车组的室内温度根据外部环境条件升高或降低。当空调系统收到关闭信号后：保持空调通风30s，新风与废排风门关闭，控制器保持供电，HVAC制冷、制热停止运行。3）空调紧急关闭。整个通风，加热和空调系统电源切断。动车组的室内温度根据外部环境条件升高或降低。当空调系统收到关闭新号后：所有风机、压缩机、电加热接触器断开。空调紧急关闭模式仅在紧急情况下才启动，例如为防止火灾发生后的烟雾扩散。4）空调系统在隧道中的运转状态。当激活列车压力波控制系统通告即将到来的隧道时，空调系统将在纯回风模式下运行直到通过隧道。压力保護阀处于关闭状态，压力波新号消失后，根据空调控制器控制逻辑打开各车压力波保护阀。5）洗车模式。当列车发出洗车模式信号时，空调系统将切断所有电加热器等部件件并进入通风模式。所有压力保护阀处于关闭状态，这样可防止清洗时有水进入到车厢内部，所有风门到位后，空调控制器发送允许洗车信号给列车网络，并在司机人机界面发布。

2.2通风

通风功能是使将车外新鲜的空气经过降温除湿或升温加湿后传输至车内，并将用过的污浊的空气排除车外。在此过程中，还要考虑到经济性，因此用过的空气一部分会循环回来和新风混合再次使用。动车组通风功能主要通过三相交流通风机组实现。通风机组多采用双向轴伸的离心式通风机，并且为了降低噪声，根据不同车速，通风机组设置了高低两种转速。在车辆采用不同的空调工况时，通风机的转速也不同：当空调装置处于全冷工况时，必须采用高速运行；当空调装置处于制暖工况时，必须采用低速运行。为了保证客室不同位置的风量和温度是基本一致的，通风系统配备了适合的风道。与普通客车不同的是，动车组增加了废排风机及消音器，保证客室空气质量和旅客的舒适性。动车组的风道有等截面和变截面两种形式，等截面风道易于制造，但风道首尾空气的流速变化较多，不利于空气的传输，因此在部分车型中采用了变截面的风道。

2.3压力保护结构的优化

因动车组高速行驶，通过隧道或两动车会车时，容易导致车厢内气压失衡，则动车组空调系统内设计了压力保护系统，避免车内人员由于车内压力导致身体不适。压力保护系统主要由测量车厢内部压力的压力传感器、交换车厢空气的启动风门和接收压力传感器电信号并控制风门的压力控制器组成。压力传感器安装在气动风门上并与压力控制模块相连，系统使用快速响应的压力保护阀隔离送风风道，当车厢气压超出或低于标准压力范围，压力传感器发送给控制器压力信号，此时控制器产生一个输出信号传输给风门控制器，迅速打开阀门，空调进入全回风模式，空气进入车厢，新风量提高，并将车厢废气排出，使室内二氧化碳含量迅速下降。当列车进入隧道之前，压力保护系统可以获得一个进出隧道的监控信号，如果没有获得隧道信号，则通过压力传感器采集的压力变化信息启动压力保护系统，进入隧道后，压力保护系统开启，此时空调系统启动回风模式，压力保护阀门处于关闭状态。

结语

建立了动车组空调系统的模糊故障树，涵盖空调的4大系统及9个子系统，并确定了故障树中37个最小割集。利用大数据、云计算等前沿技术，使用动车组采集的实时监测大数据，基于回归分析、支持向量机、时间序列、神经网络等算法，后续可开展更为精确、实时的高性能分析与挖掘。

参考文献

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