改善客室空调系统的最新成果

为了给乘客提供舒适的乘车环境，客室空调设备是有轨电车非常重要的电气设备之一。

有轨电车空调运用环境特点可概括为：运行区间环境变化小；定员较多，乘客人数随时间、区段的不同变化较大，上下班高峰期乘客人数最多，繁华地段乘客也最多，车门开闭频繁；全程运行时间多为0.5h左右，一般不超过1h，乘客乘坐的时间较短。下面以土耳其萨姆松100%低地板有轨电车为例进行空调系统的介绍。

1.客室空调总体布置

中车唐山机车车辆有限公司出口土耳其萨姆松的100%低地板有轨电车，每列车四辆编组，根据车辆热负荷计算，每辆车安装1台制冷量为27kW的空调机组，考虑空间位置的关系，空调机组安装在车辆顶部，如图9-7所示。

2.客室空调主要技术要求

（1）基本要求 空调机组采用顶置式安装，由于受空间限制，空调机组高度为490mm，机组质量每台不超过720kg，空调机组的外壳采用SUS304不锈钢材质，各紧固件螺栓、螺母、垫圈等采用不锈钢材料。空调机组由箱体框架、压缩机、风机、蒸发器、冷凝器、干燥滤清器、节流装置、制冷回路、温度传感器、排水装置、新风过滤网、空调机组安装座、保温隔热材料、电气插接器、回风口防风防水密封条等附件组成。空调机组单元、控制装置的设计满足IEC61373的要求，能承受沿车辆纵向3g，垂向2g，横向1g的加速度。

空调装置设有手动、自动、通风和停止等工况，并可通过本车控制装置对空调进行控制，也可通过驾驶室内的车辆监控显示器进行控制和温度设定。在手动工况时，空调机组根据各自的温度控制器所设定的温度进行客室内温度控制；在自动工况时，空调机组根据外界环境温度和客室温度自动调节制冷量。

空调机组可与列车总线网络进行通信，并可通过列车总线网络对空调机组进行控制。空调机组设有电动新风风阀调节机构，不仅可以根据不同工况的要求，自动调节新风阀的开闭，还可以根据列车载客量多少调节新风量。空调机组采用带有挡水百叶窗的新风口，并设新风过滤装置，新风经过滤后进入客室，应防止雨、雪等的进入。新风过滤网采用不锈钢网结构，防止异物进入空调机组内部；插入式免螺钉压取式安装，便于拆卸，不需打开机箱即可拆卸及安装。

在紧急通风时由紧急通风逆变器对空调机组风机供电，保证车辆紧急供风。空调机组蒸发腔以及空调机组与车体之间必须保证密封。车顶空调机组上盖板有足够的刚度和强度，并设置踩踏区标识及防滑条，踩踏区可以允许检修人员（至少两人）在上面进行维修作业。每台机组焊接两个接地块，并配备安装接地线螺栓。空调机组过滤网检修方便，蒸发腔上方盖板具有二次防脱落装置。

（2）机组性能 根据乘客对温热条件的舒适度要求，客室空调机组应满足表9-1的性能参数。

图9-7 土耳其萨姆松100%低地板有轨电车空调布置

1—车体 2—空调机组

表9-1 客室空调机组性能技术参数

目前，现代有轨电车空调均采用蒸气压缩式制冷，空调机组由压缩机、冷凝器、节流装置等核心部件以及辅助设备组成，冷凝器和蒸发器统称为换热器或热交换器。图9-8所示是客室空调机组组成。

1）压缩机。制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的一个重要部件，起着压缩和输送制冷剂蒸气的作用，它是推动制冷剂在制冷系统中不断循环的动力。因此，制冷压缩机被称为蒸气压缩式制冷装置的主机。目前，我国现代有轨电车空调主要采用涡旋式压缩机制冷。图9-9所示为涡旋式制冷压缩机。

涡旋式制冷压缩机有如下特点：

①无往复运动机构，故结构简单、体积小、重量轻、零件少（特别是易损件少），可靠性高。

②力矩变化小、平衡性高、振动小、运转平稳，故操作简便，易于实现自动化。

③在其适应的制冷量范围内具有较高的效率。

图9-8 客室空调机组组成

1—压缩机 2—冷凝风机 3—电控盒 4—冷凝器 5—电加热 6—离心风机 7—新风格栅 8—电源 9—蒸发器

④噪声低。

2）换热器。在制冷设备中，除有起主导作用的压缩机外，还必须包括起换热作用的换热器：蒸发器和冷凝器。

图9-9 涡旋式制冷压缩机

①冷凝器是制冷机的主要热交换设备，其作用是使从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸气在其中向冷却介质——水或空气放热，冷却、冷凝成常温高压的液体。

冷凝器按冷却介质和冷却方式的不同分为水冷式、风冷式、蒸发式三种类型。在有轨电车空调系统中，由于受运用条件的限制，只能采用风冷式冷凝器。风冷式冷凝器通常做成蛇管式，外套肋片，蛇管一般用直径较小的铜管制成，铜管接头用银焊密封，肋片为铝片或铜片。为使结构紧凑，将几根蛇管并联在一起，做成长方体形，肋片用套片机套在管簇上，然后向管内充压力水使管簇胀大与肋片接触，其结构可设计为上进下出或横进横出。(www.zuozong.com)

②蒸发器是制冷机的另一主要热交换设备。在蒸发器中，制冷剂液体在较低温度下蒸发（沸腾）而转变为蒸气，利用制冷剂的蒸发潜热，吸收被冷却介质的热量而使被冷却介质的温度降低。所以蒸发器是制冷系统中产生和输出制冷量的设备。

蒸发器按冷却介质的不同分为冷却液体（水、盐水等）的蒸发器和冷却空气的蒸发器两种。冷却空气的蒸发器又可分为冷却排管式和直接蒸发式空气冷却器。直接蒸发式空气冷却器广泛应用于现代有轨电车空调系统，制冷剂在蛇管内吸热蒸发，管外空气在风机作用下强迫流动。

3）节流装置。空调机组普遍采用的节流装置主要为电子膨胀阀或毛细管。

①电子膨胀阀由阀体和线圈两部分构成，阀体通过连接管与空调系统连接，线圈装配在阀体上。线圈与阀体构成了PM型步进电动机，线圈相当于步进电动机的定子，阀体充当步进电动机的转子，通过对脉冲发生器输入到线圈的脉冲驱动信号的控制，可以控制阀体内转子的定位转动，从而实现电子膨胀阀的开闭和冷媒流量的线性调节。

②毛细管作为节流装置没有运动部件，可靠性高。采用毛细管节流的制冷装置，制冷剂充注量要很准确，否则影响制冷装置的正常工作。毛细管可以用一根也可以几根并联。当用几根并联时要分配分液器，且应仔细调整，使几根毛细管的工作情况大致相同（可由结霜情况来判断）。在毛细管前应设滤清器，以防止毛细血管堵塞。毛细管的供液能力主要取决于毛细管入口处制冷剂的状态（压力和温度）以及毛细管的几何尺寸长度和内径。

4）辅助设备。在有轨电车空调系统中，为改善制冷装置的工作条件，提高运行的经济性和安全可靠性，还必须设置一些辅助设备，如干燥滤清器、气液分离器。

①干燥滤清器。在有轨电车空调装置制冷系统节流装置前的输液管上，都装有干燥滤清器，它是制冷系统的净化设备。其作用是消除制冷剂中的水分和机械杂质，如金属屑、氧化皮等，以防止水和杂质在膨胀阀（毛细管）、电磁阀处产生冰塞、堵塞以及进入压缩机刮伤气缸和吸排气阀等，也防止了水长期溶解于制冷剂分解而产生盐酸、氢氟酸腐蚀金属及使冷冻机油乳化。

②气液分离器。气液分离器是用来分离蒸发器出口蒸气中的液体，从而保证压缩机为干压缩。对于毛细管节流的制冷装置，由于制冷剂流量不能自动调节，当负荷减小时，蒸发器中制冷剂就有可能不能完全蒸发，如果制冷压缩机吸入了带有液滴的制冷剂蒸气，就有可能产生液击而使阀片、活塞、连杆等损坏。因此，为避免制冷压缩机吸入液体制冷剂，在制冷压缩机的回气管上可装设气液分离器，对制冷蒸汽中的液体分离储存。

3.空调系统运行控制

有轨电车空调自动运行控制，是指在没有人为干扰的条件下，利用控制装置操控受控对象，使受控对象的被控量根据预定规律进行调整。目前，有轨电车空调系统的自动运行控制主要包含两个主要内容，即主要工作参数的自动调节和紧急情况下的自动保护。

空调系统的自动调节装置一般采用双位调节，主要是根据车内外温度控制制冷压缩机的开、停或频率变化，还可以通过调节新回风比例，以获得在不同季节时的最佳经济运行参数。空调自动控制系统的双位控制。在控制机构中有两个固定位置——开启或关闭的控制，即温度控制器和电磁阀均可实现对制冷系统开启或关闭的控制。

（1）自动控制系统的类型 空调自动控制系统采用的双位控制，其原理如图9-10所示。双位调节的特点是：室温在给定值上下波动呈等幅振荡过程。一般情况下，若波幅不超空调室内允许波动值，其调节是合理的。

有轨电车空调系统的基本电气控制原则主要有以下几点：

1）通风与制冷及制暖正联锁。

2）冷凝风机与压缩机正联锁。

3）制冷与制暖反联锁。

图9-10 双位调节

4）控制通风机低速与高速运行的电路反联锁。

5）为防止压缩机频繁起动及多台压缩机同时起动，在每台压缩机的控制电路中均设有时间继电器，使多台压缩机间隔顺序起动。

6）为了使同一机组中的两台压缩机运行时间尽量一致，在控制电路中设有转换断电器，使两台压缩机在单机工作时轮流工作。

7）不同的车型应安装不同数量、不同制冷量的空调机组，同样也应配有不同形式的电气控制系统。

（2）有轨电车空调系统的基本电气控制过程 现代有轨电车空调工作模式指令包括自动冷、自动暖、通风、紧急通风、减载、停机、半冷测试、全冷测试、半暖测试、全暖测试等，由下载到KPC的软件控制，先闭合主回路开关，然后闭合控制回路开关，通过TCMS设定空调系统工作模式和设定温度，由传感器检测到车内外温度，与KPC内部设定的温度比较后，空调系统即自动实现相应工作模式的转换。

空调机组在各工作模式下，各电动机和电加热的运行情况如下：

1）通风工况时仅两个通风机运转。

2）半冷工况时两个通风机运转，两个冷凝风机运转，一个压缩机运转。

3）全冷工况时两个通风机运转，两个冷凝风机运转，两个压缩机运转。

4）半暖工况时两个通风机运转，一个电加热运行。

5）全暖工况时两个通风机运转，两个电加热运行。