摘 要 在地鐵車輛空調(diào)機(jī)組中，其制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器及節(jié)流裝置基本組成，在整個系統(tǒng)中循環(huán)流動的制冷工質(zhì)為制冷劑。制冷系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計及參數(shù)選擇合理，可以提高整個系統(tǒng)的制冷效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞 自動化論文發(fā)表,車輛空調(diào),制冷系統(tǒng),節(jié)能

　　1 制冷劑的選擇

　　對于空調(diào)所使用的制冷劑，一般要滿足以下要求：

　　(1)臨界溫度要高，凝固溫度要低。這是對制冷劑性質(zhì)的基本要求。臨界溫度高，便于用一般的冷卻水或空氣進(jìn)行冷凝;凝固溫度低，以免其在蒸發(fā)溫度下凝固，滿足較低溫度的制冷要求。

　　(2)在大氣壓力下的蒸發(fā)溫度要低。這是低溫制冷的一個必要條件。

　　(3)壓力要適中。蒸發(fā)壓力最好與大氣壓相近并稍高于大氣壓力，以防空氣滲入制冷系統(tǒng)中，從而降低制冷能力。冷凝壓力不宜過高，以減少制冷設(shè)備承受的壓力，以免壓縮功耗過大并可降低高壓系統(tǒng)滲漏的可能性。

　　(4)單位容積制冷量要大。這樣在制冷量一定時，可以減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)的尺寸。

　　(5)導(dǎo)熱系數(shù)要高，粘度和密度要小。以提高各換熱器的傳熱系數(shù)，降低其在系統(tǒng)中的流動阻力損失。

　　2 冷凝器及參數(shù)選擇

　　冷凝器是制冷系統(tǒng)中重要的換熱設(shè)備，其作用是將從壓縮機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑蒸氣的熱量傳遞給冷卻介質(zhì)――水或空氣，而形成高穩(wěn)高壓的過冷液體。冷凝器的選擇主要有兩個方面：形式和參數(shù)。

　　采用不同形式的冷凝器直接影響其冷凝溫度，也直接影響到其運(yùn)行的耗能量。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計證明，若采用蒸發(fā)式冷凝器，其壓縮機(jī)耗功是最小的，可以比空冷式冷凝器節(jié)省30%，比水冷式節(jié)省10%。然而，對于每天運(yùn)行在鋼軌上的軌道車輛，受其運(yùn)行條件的限制，只能采用空氣冷卻式冷凝器。

　　對冷凝器而言，其主要參數(shù)是冷凝溫度和冷凝壓力。而冷凝溫度是制冷循環(huán)中主要運(yùn)行參數(shù)之一，其設(shè)定合理與否直接影響到制冷裝置的制冷效果、安全可靠性和能耗水平。從壓焓圖分析可以知道，冷凝溫度與冷凝壓力相對應(yīng)，冷凝溫度升高時，冷凝壓力也升高，則直接導(dǎo)致壓縮比增大。其結(jié)果是引起兩個不良效應(yīng)：一是壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)降低，功耗增大，制冷系數(shù)下降;二是使壓縮機(jī)排氣溫度升高，壓縮機(jī)的故障率增加，運(yùn)行安全可靠性降低。因此，從理論分析看，應(yīng)盡可能使制冷系統(tǒng)在較低的冷凝溫度下運(yùn)行。然而，在實(shí)際設(shè)計中，冷凝溫度過低將產(chǎn)生更加不利的效果。在地鐵車輛運(yùn)行時，實(shí)際的冷凝溫度是變化的，當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)計的冷凝溫度時，將使實(shí)際的熱負(fù)荷增大，冷凝器不能滿足要求，實(shí)際的冷凝溫度將升高，能耗增大，制冷裝置效率也將下降。

　　因此，在設(shè)計冷凝器的冷凝溫度時，要充分考慮各種不利的因素，選擇適當(dāng)?shù)睦淠郎囟龋�保證制冷裝置在高效率下節(jié)能運(yùn)行。

　　3 蒸發(fā)器及參數(shù)選擇

　　冷卻液體的蒸發(fā)器有殼管臥式蒸發(fā)器、干式蒸發(fā)器和沉浸式蒸發(fā)器;冷卻空氣式蒸發(fā)器有冷卻排管和直接蒸發(fā)式空氣冷卻器兩種。由于地鐵車輛的特點(diǎn)，蒸發(fā)器采用冷卻空氣式。其中冷卻排管多用于冷庫和冷藏箱中，特點(diǎn)是制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，空氣在管外自然對流，傳熱系數(shù)較小;而直接蒸發(fā)式蒸發(fā)器適用于各種空調(diào)機(jī)組、冷藏庫和低溫試驗(yàn)箱，其特點(diǎn)是制冷劑在蛇形管內(nèi)蒸發(fā)，管外空氣在通風(fēng)機(jī)的作用下強(qiáng)迫流動，傳熱系數(shù)比冷卻排管高。因此，在地鐵車輛空調(diào)中，宜采用直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。

　　蒸發(fā)溫度是制冷裝置運(yùn)行的重要參數(shù)。從壓焓圖分析可知，若蒸發(fā)溫度過高，則滿足不了被冷卻對象的低溫要求，無法滿足要求室內(nèi)空氣指標(biāo)。若蒸發(fā)溫度過低，則相應(yīng)的蒸發(fā)壓力也降低，使壓縮比增大，壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)降低;同時單位容積制冷量急劇下降，單位壓縮功明顯增加，運(yùn)行效率，能耗增大，壓縮機(jī)的工作條件也隨之惡化。因此，蒸發(fā)溫度在確定時，應(yīng)在滿足冷卻性能前提下，盡可能采用較高的溫度數(shù)值。

　　4 壓縮機(jī)及電動機(jī)的選擇

　　根據(jù)相關(guān)部門數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，制冷壓縮機(jī)的耗電量占制冷裝置總耗電的60%以上，因此，在地鐵車輛空調(diào)壓縮式制冷裝置中，壓縮機(jī)的節(jié)能尤為重要。

　　壓縮機(jī)的種類很多，常見有活塞式、離心式、螺桿式、旋轉(zhuǎn)式、渦旋式等形式。

　　活塞式壓縮機(jī)具有高速、多缸、能量可調(diào)、熱效率高、適應(yīng)于多種制冷劑等優(yōu)點(diǎn);其確定是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多、檢修周期短、對濕行程敏感、有脈沖振動及運(yùn)行平穩(wěn)性差。

　　螺桿式壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、體積小、重量輕、單機(jī)壓縮比大、對濕行程不敏感、振動小、對基礎(chǔ)要求低、輸氣系數(shù)高、排氣溫度低及熱效率高、制冷量可調(diào)的優(yōu)點(diǎn);其缺點(diǎn)是噪聲較高，耗油量大，油路系統(tǒng)和輔助設(shè)備比較復(fù)雜。新型螺桿式制冷壓縮機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、可靠性和壽命等均已超過活塞壓縮機(jī)。

　　離心式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高、制冷量大、機(jī)械磨損小、易損件少、維護(hù)簡單、持續(xù)工作時間長、振動小、運(yùn)行平穩(wěn)、對基礎(chǔ)要求低、制冷量可調(diào)。其缺點(diǎn)是制冷量不能太小、每級的壓縮比較小、效率低于活塞式、對制冷劑有一定要求，操作不當(dāng)時會產(chǎn)生喘振。

　　旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的中心軸式葉片交遞旋轉(zhuǎn)圓形結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的排量大，結(jié)構(gòu)簡單且旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)設(shè)計合理。旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)充實(shí)的功能部件與保護(hù)裝置，噪音低、安全可靠。為保護(hù)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)不致?lián)p壞，旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)采用延時型防爆固態(tài)繼電器和過載保護(hù)及熱保護(hù)器件，為了防止靜電所帶來的危害，對旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)內(nèi)腔噴涂導(dǎo)電漆消除靜電效應(yīng)，使用更安全。

　　全封閉渦旋式壓縮機(jī)是當(dāng)前最先進(jìn)的制冷壓縮機(jī)，在抗振動、抗液擊以及頻繁起停等方面具有優(yōu)異的性能，特別適合于沖擊和終動大的運(yùn)輸工具上。與其它型式的壓縮機(jī)相比，具有噪聲低、振動小、效率高，壽命長的特點(diǎn)，壓縮機(jī)壽命大于50000小時。

　　通過上述分析和比較，并結(jié)合制冷劑R407C的使用，建議使用新型的全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)，可以獲得更好的節(jié)能效果。渦旋式制冷壓縮機(jī)作為鐵道車輛及城軌交通車輛上新型制冷設(shè)備，在國外已有成功的使用經(jīng)驗(yàn)，并取得了良好的效果。

　　根據(jù)車內(nèi)最大制冷量的要求，可以確定壓縮機(jī)的容量。然而，在實(shí)際車輛運(yùn)行中，車內(nèi)的熱負(fù)荷是隨著外界條件變化而變化的，因此，有必要對壓縮機(jī)制冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　壓縮機(jī)采用能量進(jìn)行調(diào)節(jié)后，可以取得以下效果：車輛空調(diào)實(shí)際制冷量與熱負(fù)荷平衡，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性;減小蒸發(fā)溫度的波動，相應(yīng)地減小被冷卻對象的溫度波動，減少壓縮機(jī)啟動次數(shù)，延長壓縮機(jī)使用壽命;保證壓縮機(jī)空載或輕載啟動。由于車輛在運(yùn)行時，制冷裝置在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時間占很大比例。壓縮機(jī)在設(shè)計時采用能量調(diào)節(jié)對于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能具有重要意義。

　　地鐵車輛空調(diào)壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)可以采用以下方案：在制冷系統(tǒng)高低壓區(qū)之間設(shè)置一個旁通路，這樣根據(jù)蒸發(fā)器的實(shí)際充氣量調(diào)整壓縮機(jī)容量。

　　將旁路閥安裝在制冷系統(tǒng)的高壓線和低壓線之間，旨在通過向蒸發(fā)器旋管和恒溫膨脹閥之間的管線注入熱氣，根據(jù)蒸發(fā)器的充氣量來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)容量。通過外部控制管線實(shí)現(xiàn)的與抽風(fēng)管線的直接連接可以調(diào)節(jié)熱氣的注入，與蒸發(fā)器旋管中的壓力損失無關(guān)。該動作可通過主通風(fēng)口、控制進(jìn)口和出口的壓力。這樣，閥門的開度直接根據(jù)壓縮機(jī)的抽風(fēng)壓力而定。

　　在車輛空調(diào)系統(tǒng)中還有冷凝風(fēng)機(jī)和通風(fēng)機(jī)電機(jī)。這些電動機(jī)在使用過程中，其能耗也不容忽視，因此在設(shè)計和選擇上必須加以考慮。對于通風(fēng)機(jī)而言，在一車的兩套空調(diào)系統(tǒng)中，可以設(shè)置四臺通風(fēng)機(jī)，這樣一來便可以根據(jù)車內(nèi)實(shí)際熱負(fù)荷的變化，依托所在的獨(dú)立制冷系統(tǒng)，分別進(jìn)行0臺、2臺、4臺同時工作，進(jìn)行合理的能源消耗;每套機(jī)組中可以設(shè)置一套冷凝風(fēng)機(jī)，為了適應(yīng)制冷量的變化，冷凝風(fēng)機(jī)可以采用調(diào)速電機(jī)，設(shè)兩級調(diào)速，分別對應(yīng)車輛半冷和全冷下的功率，從而實(shí)現(xiàn)能源的合理使用。