城市軌道交通車輛構(gòu)造第9周第2次課件

城市軌道交通車輛構(gòu)造郝瑞朝交通學(xué)院一、蒸氣壓縮式制冷工作原理

蒸氣壓縮式制冷屬于液體汽化制冷。在一定的壓力下，液體溫度達(dá)到沸點(diǎn)就會沸騰。在制冷技術(shù)中，液體達(dá)到沸點(diǎn)的溫度稱為蒸發(fā)溫度。對沸騰的液體繼續(xù)加熱，它就會不斷蒸發(fā)，而在這個過程中，熱量也在不斷地被液體吸收。在相同壓力下，不同液體的蒸發(fā)溫度不同，需要吸收的熱量（也稱汽化潛熱）也不同。例如在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的蒸發(fā)溫度為100℃，汽化潛熱為2258kJ/kg，常用制冷劑R-12（氟利昂-12）的蒸發(fā)溫度為-29.8℃，汽化潛熱為165.3kJ/kg。

7.3制冷原理將一個盛滿低溫R-12液體的敞口容器放在密閉的空間內(nèi)，這個空間的溫度高于R-12的沸點(diǎn)，則R-12液體將吸收空間里的熱量而汽化，使這個空間內(nèi)的空氣溫度降低，實(shí)現(xiàn)了制冷。這個降溫過程直到容器內(nèi)的液體R-12汽化完為止。為了將汽化的R-12回收使用，需要將它冷卻成液體，如用環(huán)境介質(zhì)（大氣或水）來冷凝，條件是蒸氣的冷凝溫度應(yīng)比環(huán)境介質(zhì)的溫度高。因?yàn)閴毫^高的蒸氣其冷凝溫度也較高，因此只要將R-12蒸氣壓縮到所需的冷凝溫度對應(yīng)的壓力，再用環(huán)境介質(zhì)冷凝，就可使R-12蒸氣重新變?yōu)橐后w。由于冷凝后的R-12液體的溫度還高于被冷卻空間的溫度，因此必須對其降溫降壓，使液體R-12可以在被冷卻空間內(nèi)重新吸熱汽化，實(shí)現(xiàn)空間制冷。這個循環(huán)過程就是蒸氣壓縮式制冷工作原理。二、蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)的組成

蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)主要是由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器四個部件組成，并用管道連接，形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，如圖7-1所示。其工作工程為：

（1）液體制冷劑在蒸發(fā)器中吸收室內(nèi)空氣的熱量，汽化成低壓低溫的蒸氣后被壓縮機(jī)吸入；（2）壓縮機(jī)消耗一定的機(jī)械功將制冷劑蒸氣壓縮成壓力、溫度都較高的蒸氣并將其輸入冷凝器；7.3制冷原理（3）高溫、高壓的制冷劑蒸氣在冷凝器內(nèi)被環(huán)境介質(zhì)（如空氣或水）強(qiáng)制冷卻，放出熱量后被冷凝成液體，此時的制冷劑液體還處于高溫、高壓狀態(tài)；（4）高溫高壓的制冷劑液體經(jīng)過膨脹閥節(jié)流降壓，重新變?yōu)榈蜏?、低壓的液體進(jìn)入蒸發(fā)器。這四個階段周而復(fù)始地循環(huán)，達(dá)到持續(xù)制冷的效果。冷凝機(jī)和蒸發(fā)器通風(fēng)機(jī)分別如圖7-2和圖7-3所示。二、蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)的組成圖7-1制冷循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖二、蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)的組成圖7-2冷凝風(fēng)機(jī)圖7-3蒸發(fā)器通風(fēng)機(jī)三、制冷劑

制冷劑是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)媒介。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。1．對制冷劑的要求

使用制冷劑應(yīng)安全、可靠、易得、價廉，且應(yīng)滿足下列要求：（1）臨界溫度高，在常溫或制冷溫度下能夠液化。7.3制冷原理（2）蒸發(fā)壓力在要求的蒸發(fā)溫度下不能過低，應(yīng)略高于大氣壓力，以防外界空氣深入系統(tǒng)而降低制冷能力；在要求的冷凝溫度下冷凝壓力不能過高，壓力過高會給系統(tǒng)的密封增加難度，還會使壓縮機(jī)的壓縮功增大、實(shí)際排氣量減小。（3）單位容積制冷量越大越好。對一臺壓縮機(jī)而言，在一定的工況下，如果所用制冷劑的單位容積制冷量大，則其制冷量也就大；當(dāng)要求產(chǎn)生同樣的制冷量時，制冷劑的單位容積制冷量越大，制冷劑的循環(huán)量就越少。采用大單位容積制冷量的制冷劑還可縮小壓縮機(jī)和系統(tǒng)的尺寸。（4）凝固溫度低，以免制冷劑在蒸發(fā)溫度下凝固。（5）粘度和比重小，以減少制冷劑在制冷裝置中的流動阻力。（6）導(dǎo)熱系數(shù)和放熱系數(shù)高，以提高系統(tǒng)的傳熱效率，減小傳熱面積。（7）有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，對金屬不起腐蝕作用，在制冷劑的工作溫度和工作壓力范圍內(nèi)，不分解、不聚合、無燃燒和爆炸的危險。（8）對人體無毒、無刺激性氣體。

三、制冷劑2．常用制冷劑可以當(dāng)作制冷劑的物質(zhì)有幾十種，但目前工業(yè)上常用的不過十余種，其中被廣泛采用的有氨（R717）、氟利昂-12（R12）、氟利昂-22（R22）、R134a、R407C、R404A、R410A等。氟利昂是飽和碳?xì)浠衔锏柠u素衍生物的總成，目前用做制冷劑的主要是甲烷（CH4）和乙烷（C2H2）的衍生物。用鹵素原子代替原化合物中的一部分或全部氫原子就能得到不同性質(zhì)的氟利昂，以符號“R”配以兩位數(shù)字（甲烷族）或三位數(shù)字（乙烷族）表示，如代號為R-22的制冷劑是二氟一氯甲烷，化學(xué)分子式為CHCLF2。一、空調(diào)機(jī)組

城市軌道交通車輛一般在車頂設(shè)兩臺單元式空調(diào)機(jī)組，通過車頂風(fēng)道及風(fēng)口向車內(nèi)送風(fēng)，各空調(diào)單元均設(shè)有兩獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，以增加空調(diào)裝置的可靠性?？照{(diào)機(jī)組采用機(jī)械壓縮制冷，由于受車輛輪廓限界及車體斷面的限制，城軌車輛須采用超薄型空調(diào)機(jī)組。單元式空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)如圖7-4所示?？照{(diào)機(jī)組框架用不銹鋼制成，機(jī)組內(nèi)分前室、后室兩部分。前室有通風(fēng)機(jī)、一次過濾器、二次過濾器、新風(fēng)擋板及驅(qū)動機(jī)構(gòu)、回風(fēng)擋板及驅(qū)動機(jī)構(gòu)、蒸發(fā)器、膨脹閥、電磁閥、電氣箱和緊急7.4城軌車輛空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通風(fēng)逆變器等；后室有壓縮機(jī)總成、冷凝器、冷凝器風(fēng)扇、壓力控制閥、附件和電氣箱等?？照{(diào)機(jī)組用四個橡膠減振器安裝在車體上，送、回風(fēng)口用褶管與車體風(fēng)道相連。單節(jié)車輛空調(diào)機(jī)組布置如圖7-5所示。根據(jù)空調(diào)機(jī)組的出風(fēng)方式，一般可分為下出風(fēng)和側(cè)出風(fēng)兩種。在城軌車輛中，使用下出風(fēng)方式的空調(diào)機(jī)組較多，下面以天津?yàn)I海輕軌DK38型列車為例，介紹下出風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。一、空調(diào)機(jī)組圖7-4單元式空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)圖1—冷凝器風(fēng)機(jī)；2—冷凝器；3—全封閉壓縮機(jī)；4—新風(fēng)口；5—回風(fēng)口；6—送風(fēng)機(jī)；7—電加熱器；8—送風(fēng)口；9—蒸發(fā)器一、空調(diào)機(jī)組圖7-5城軌車輛單車空調(diào)機(jī)組布置一、空調(diào)機(jī)組圖7-6DK38型列車空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)1—空調(diào)機(jī)組；2一連接風(fēng)道；3一軟風(fēng)道；4一主風(fēng)道；5一送風(fēng)格柵；6一回風(fēng)道；7一回風(fēng)口；8一排水管；9一自然排風(fēng)口二、通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)由通風(fēng)機(jī)組、風(fēng)道、風(fēng)口、空氣過濾器等部件組成，有機(jī)械強(qiáng)迫通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種方式。城軌車輛采用機(jī)械強(qiáng)迫通風(fēng)方式，依靠通風(fēng)機(jī)所造成的空氣壓力差，通過車內(nèi)送風(fēng)道輸送經(jīng)過處理后的空氣，從而達(dá)到通風(fēng)換氣的目的。1．通風(fēng)機(jī)常用的通風(fēng)機(jī)有軸流式、離心式和貫流式三種。在車輛通風(fēng)系統(tǒng)中常采用離心式風(fēng)機(jī)送風(fēng)，排風(fēng)機(jī)和冷凝風(fēng)機(jī)采用軸流式風(fēng)機(jī)。

7.4城軌車輛空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)二、通風(fēng)系統(tǒng)圖7-7軸流式風(fēng)機(jī)1—葉片；2—機(jī)殼；3—電機(jī)圖7-8離心式風(fēng)機(jī)1—吸氣口；2—機(jī)殼；3—葉輪；4—排氣口；5—機(jī)座2．通風(fēng)管道通風(fēng)管道的作用是疏導(dǎo)空氣。在送風(fēng)系統(tǒng)里，依靠風(fēng)道把處理好的新鮮空氣輸送到客室車廂內(nèi)；在排風(fēng)系統(tǒng)里，依靠風(fēng)道把需要排除的污濁空氣輸送至車外。（1）主風(fēng)道、回風(fēng)道及排風(fēng)道

主風(fēng)道的作用是將經(jīng)過空氣冷卻器或預(yù)熱器處理后的空氣輸送到客室內(nèi)。在主風(fēng)道中常裝有調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu)，用以調(diào)節(jié)通過風(fēng)道的風(fēng)量，到達(dá)向每個送風(fēng)口均勻送風(fēng)的目的，調(diào)節(jié)方式可以手動或自動。

二、通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)道是室內(nèi)回風(fēng)使用的風(fēng)道，一端與回風(fēng)口相連，另一端與通風(fēng)機(jī)相通。排風(fēng)道是用來排除車內(nèi)污濁空氣的風(fēng)道，一端連接排風(fēng)口，另一端與排風(fēng)機(jī)相連或與自然通風(fēng)器相連。（2）新風(fēng)口、送風(fēng)口、回風(fēng)口及排風(fēng)口

新風(fēng)口是新鮮空氣的吸入口。新風(fēng)口一般裝有新風(fēng)格柵，用以防止雜物及雨雪進(jìn)入車內(nèi)，如圖7-9所示；另外還設(shè)有新風(fēng)濾網(wǎng)和新風(fēng)調(diào)節(jié)裝置，以便根據(jù)需要調(diào)節(jié)新風(fēng)量，同時在通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時便于關(guān)閉新風(fēng)口。二、通風(fēng)系統(tǒng)圖7-9新風(fēng)過濾格柵

送風(fēng)口是用來向客室內(nèi)分配空氣的。送風(fēng)口處大多裝有送風(fēng)器及風(fēng)量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，它不但使客室內(nèi)送風(fēng)均勻、溫度均勻、達(dá)到氣流組織分布合理的效果，還可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)送風(fēng)量的大小，送風(fēng)口處一般也裝有送風(fēng)濾網(wǎng)。回風(fēng)口是室內(nèi)再循環(huán)空氣的吸入口。正常情況下，客室內(nèi)一部分空氣應(yīng)作為回風(fēng)?；仫L(fēng)與新風(fēng)混合前是在客室中被充分循環(huán)過的，與新風(fēng)混合過濾后，通過蒸發(fā)器入口進(jìn)入。可設(shè)置調(diào)節(jié)擋板，用于調(diào)節(jié)新風(fēng)、回風(fēng)的混合量。

二、通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)口是排除車內(nèi)污濁空氣和多余空氣的出口。由于外界新鮮空氣不斷送入車內(nèi)，為保持車內(nèi)壓力恒定，將與新風(fēng)等量的車內(nèi)污濁空氣通過排風(fēng)口排除車外。排風(fēng)口一般設(shè)置在車內(nèi)的長椅下，經(jīng)內(nèi)墻板后側(cè)導(dǎo)向車頂，由車頂靜壓排風(fēng)器排出車外。

3．空氣過濾器

空氣過濾器是利用過濾材料將空氣中的懸浮顆粒除掉的設(shè)備。4．緊急通風(fēng)系統(tǒng)

現(xiàn)代城軌列車的每輛車均配有一臺緊急逆變器，在交流輔助電源設(shè)備（SIV輔助逆變器）故障的情況下，緊急通風(fēng)系統(tǒng)立即自動投入工作，向客室、司機(jī)室輸送新風(fēng)，維持至少45min緊急通風(fēng)，應(yīng)急供電由蓄電池供給。當(dāng)交流輔助電源供電正常時，空調(diào)系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。二、通風(fēng)系統(tǒng)三、電暖

城市軌道交通車輛的采暖主要采用電熱采暖，電熱器由底板、安裝架、罩板及電熱元件等組成，安裝在座椅下面。

7.4城軌車輛空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)四、空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制

城市軌道交通車輛空調(diào)系統(tǒng)以自動控制為主，在自動控制部分發(fā)生故障時，可采用手動調(diào)節(jié)裝置?？照{(diào)機(jī)組的工作由微機(jī)進(jìn)行控制，通過微機(jī)調(diào)節(jié)器可控制室溫?？照{(diào)系統(tǒng)中新風(fēng)口、風(fēng)道和客室座位下均設(shè)有溫度傳感器，由溫度傳感器測得的溫度值，傳遞到調(diào)節(jié)器中進(jìn)行處理。每節(jié)車有一臺微機(jī)調(diào)節(jié)器，它控制兩個空調(diào)單元，可由司機(jī)室集中控制或每節(jié)車單獨(dú)控制。

7.4城軌車輛空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)五、司機(jī)室空調(diào)

目前大部分城軌車輛不單設(shè)司機(jī)室空調(diào)單元，司機(jī)室送風(fēng)由設(shè)在頭尾車輛上鄰近司機(jī)室的空調(diào)機(jī)組提供，通過送風(fēng)道，從司機(jī)室的可調(diào)式送風(fēng)口均勻送出。帶駕駛室車輛的空調(diào)系統(tǒng)氣流分布如圖7-15所示。