空气制冷机应用于铁路客车的可行性分析

步试验和应用的价值。

1前言目前，氟里昂蒸气压缩制冷机组以其制冷效率较高、技术成熟等优点被广泛应用于几乎所有的客车空调装置中，但该系统存在着致命的弱点，即它所采用的工质氟里昂危害大气中的臭氧层，威胁全人类的生存。为此，国际上已经制订了蒙特利尔协议书来限制和停止使用这种工质，氟里昂制冷机组被其它制冷机组取代是大势所趋。随着高效率的压缩机、透平膨胀机及新型换热器的不断出现，采用空气作为工质的空气循环制冷机组的效率大大提高。空气这种工质取之不尽，用之不竭，对环境没有任何污染，具有无以伦比的环保价值。透平机械具有体积小、质量轻的特点，而且其温降范围较宽，适应工况的能力较强，故已被应用于飞行器、地面坦克、装甲车等的空调装置中，并可望被应用于铁路部门的旅客列车和机械保温车以及机车和其他特种车辆上。

2空气调节装置的组成空气制冷机组采用让压缩空气在透平膨胀机内膨胀做功，对外输出功率的方法来获得低温空气，用于空调，而膨胀机的输出功率可同轴拖动一台风机，恰好可以充当空调装置中的回风机。具体的流程如所示。

压力空气1由进气控制阀2进入透平膨胀机3膨胀至设定的温度，同时拖动透平压缩机6.低温空气以适当的压力进人调温活门11与来自压缩机6的回风掺混后以适宜的温度和流速经送风道10进入客室，升温后由回风道7被抽回压缩机6，与低温空气掺混后重新进入客室，以节约制冷量。车厢客室内的部分废气由压力调节器9排出车外。列车处于实际运行状态时工况可能随时发生变化，这时可以人工调节或采用温控系统通过调节进气控制阀2和调温活门11实现手动和自动调节，使车厢内保持设定的温度。冬季运行时，关阀2，启动电加热器4，调节暖气调节阀5，向客室内送热风，可以满足我国南方地区列车冬季采暖的要求，并可作为北方地区列车上其他采暖方式的有力支持，解决空调客车冬季的通风问题。这个系统构成比较简单，可分为运动部件、供气管路、送回风道、控制系统以及电加热器5部分。其中控制系统可考虑与其他系统如照明系统、走行部控制、上下水、消防安全系统等共同由每节车厢的微机甚至单板机来控制，构成无人值守型的车厢，降低运行费用，提高安全可靠性。

1-压力空气；2进气控制阀；3透平膨胀机；4电加热器；5-暖气调节阀；6-透平压缩机；7-回贿；8-车厢客室；9-压力调节器；10-送风道；11-调温活门。

3空气循环制冷的理论计算利用透平膨涨机的热力计算的计算机程序对该系统进行了热力计算，为了便于利用现有的仪器和设备，膨胀机的进口压力采用600kPa，当压力空气由送风主管到达膨胀机人口时，其温度与外界环境温度相近，取为313K（40），当其膨胀至略高于环境压力（约lOOkPa）时，膨胀机的出口温度可达230K（-43尤），其计算结果如表1所示。

表1空气制冷机组耗气量与制冷量的关系耗气量制冷量/kW注：在温度不太低，压力不太大如本文所及的范围内，标米/h可近似地视作m3/h.（下转第28页）铁路职工4人，直接经济损失约500万元，中断行车550多小时，给铁路运输和国民经济建设造成严重损失，并带来不良的社会影响。

因此，铁道部、铁路局规定“装运化工产品的专用罐车，G12、Gw可增载5t，（可增载3t，其他罐车可视新旧程度和技术状况适当增载，但不得超过3t.”

另外，还规定“企业自备罐车，罐体纵向中部应涂刷一条宽300表示货物主要特性的水平环形色带。红色表示易燃，黄色表示有毒，黑色表示有腐蚀，蓝色与其他颜色分层涂刷表示液化气体（上层200宽涂蓝色，下层10宽涂红色表示易燃液化气体，涂黄色表示剧毒液化气体，涂白色表示不燃无的液化气体）等明显的安全标志。

铁路提速、重载是适应运输市场的需要，也是进一步增强铁路市场竞争能力、促进客货营销的物质基础。车辆的装载直接与铁路的经济效益和社会效益相互联系，货物装载吨位不够，会造成车辆浪费和经济效益降低，收入减少。装载超重，轻者造成车辆损坏；重者造成行车事故，直接影响安全生产，还会给社会造成不良影响。因此，对货物装载、旅客超员的现状和危害必须引起足够的重视。

（上接第7页）由表1可见当耗气量为1000标米/h时，制冷量可达32kW；耗气量为2000标米/h时，制冷量已达65.2kW.而现有的25G型空调客车装备的单元式空调机组额定制冷量KLB型为29.1kW，KLB40型为40.7kW，考虑到装备空气制冷机组的客车车体可采用近乎全封闭的结构，制冷量的耗散可以大幅度降低，所以，空气制冷机组在制冷量上完全可以满足空调客车的要求4空气制冷机组用于旅客列车的前景空气制冷机组的工质――压力空气由供气管路提供，避免了氟里昂机组工质泄漏造成的环境污染和维护保养的问题。车厢与外界环境之间只用压力调节器联通，用于向外排出部分废气，如中9所示，故车厢内可实现近似的全封闭。这样，不仅可以克服现有的空调机组由回风道漏雨的问题，还有利于保持车内的温度和相对于外界的一定正压力，防止风沙侵入，一举解决列车提速后经过隧道时产生的压力波动及高海拔地区的低气压给旅客造成的不适，提高快速列车乘坐的舒适性。

此系统由作为核心部分的运动部件（中点划线框里的部分）和由固定的管系及阀门等构成的辅助部件两大部分组成。其中运动部件已被设计成可迅速拆装的单元式，单车装备的机组单元十分轻便，单人可在无外界援助的条件下在几分钟内使用备用机组换下损坏的机组单元，使在列车运行中，站停、库停时间内抢修空调机组成为可能，保证了行车质量。现在已经研制成功了用于小型透平机械的空气轴承，使用这种轴承的空调机组甚至无需上油，而余下的固定部件通常不易损坏，故整个系统是免维护的。这样，可大幅度降低运行成本。加之透平机械具有送风即起，停风则止，操作简便，安全可靠的特点，因此尤其适合集控或由非专业人员来控制，既顺应当今中国铁路28大发展的潮流，又可进一步减少费用。这种透平机组一旦投人批量生产，其价格将仅为现有的车顶单元式空调机组价格的十分之一左右，具有非常优良的性能价格比。另外，该机组体积小，质量轻，易于运输，可以把每台机组都送回原厂做定检，最大限度地保证机组的技术状态，而大大降低了对实际运用各环节的技术要求，具有很大的现实意义。

这种机组可替代现有空调机组，只需拆卸空调大包，加装进风管路和控制部分。如将此机组安装在老型车风挡上部，在客室顶部加装送、回风管道，车体下部加装输送压力空气的管路，即可实现对老型车的改造。

空调系统使用的压力空气由机车提供或来自各车厢安装的压气机。因为现有机车的功率普遍都有富裕，存在“大马拉小车”的现象，尤其是提速后的大马力机车及电力机车拖动，合乎要求的压气机应该不成问题。库停时，车列可利用现有的风道或安装专用风栗来满足使用空调的需要。

由于空调装置是现有列车上的用电大户，用机车向全列车供电供风的区段，可以甩掉空调发电车，提高列车编组辆数，减少环境污染，降低运行成本。单车用电量大幅度降低后，列车配线可减小线径，节约铜材，减轻列车自重。

5结论空气制冷机组应用在铁路旅客列车上，技术上可行，其结构上所具有的特点和优异的综合技术经济性能使它在运用上有着巨大的优势和较好的前景，希望能尽快地投人研制试验及运行，在实践中考验，为铁路的大发展做贡献。