适合高原的铁路冷藏车探讨.doc

适合高原的铁路冷藏车探讨刘国丰（广州铁道车辆厂 广东 广州 510800）摘 要:文章介绍了青藏铁路高原环境的特点及其对冷藏车的影响，分析比较了既有铁路冷藏车的特点，提出了青藏铁路宜采用蓄冷式冷藏车的观点，并探讨了机械冷板车在青藏铁路运用的可行性及模式。关键词:高原铁路;高原铁路冷藏车;机械冷板车;运用模式随着青藏铁路的开通，货物运输成本减少，将改变西藏长期以来主要依赖公路和航空的运输方式，进、出藏货物量将会大幅度提升，促进西藏同区内外的交流，西藏城乡居民的消费结构，尤其是食品消费结构将发生大的变化，大量廉价消费品运到铁路沿线，高附加值的牧业产品也可通过铁路快捷运往内地市场，将逐步减轻西藏地区的生态压力。长期以来铁路冷藏运输在全国易腐食品的运输中一直发挥着重要作用，今后也将对西藏地区经济发展和战备需要起着重要作用，因此，有必要尽快开发进藏铁路冷藏车辆（简称高原铁路冷藏车）。1青藏铁路的环境特点及其对冷藏运输装备的要求 青藏铁路由青海省省会西宁至西藏自治区首府拉萨，全长1963km，其中由青海省西部重镇格尔木市至西藏自治区首府拉萨市为新建路段，长1142km，海拔高度大于4000m以上的地段长达965km，最高的唐古拉山垭口，海拔高度为5072m。青藏铁路经过地区，气候寒冷，年平均气温-26之间，最高气温2526，最低气温-36-45，日平均气温低于0的时间长达235d330d。青藏铁路具有典型的高原环境特点：(1)高海拔、低气压、缺氧；(2)低温、日温差较大，1d的温差可达1530；（3）风沙大、气候干燥；（4）强紫外线辐射；（5）雷暴日多；（6）生态植被脆弱，对环境要求高。因此，高原铁路冷藏车必须充分考虑高原环境的影响，除必须满足进藏通用货车在空气制动系统、车体外表防腐、车体结构材料及密封件材料等方面的特殊要求外，还必须满足冷藏车车体的密封性、搭载的相关设备：如制冷设备、动力设备、电气设备、生活设备及乘务人员生活等方面的特殊要求。这些要求可比照进藏客车、发电车的要求执行。随着进藏客货运用的深入，进藏客货车技术日趋成熟，可借鉴的车辆与电气技术较多，但供电及制冷系统与客车存在较大差别。因此，高原铁路冷藏车关键要解决制冷系统及其配套设施（包括供电装置）的可靠运行问题。2铁路冷藏车的现状与高原铁路冷藏车制冷系统选择我国曾经使用过的铁路冷藏运输车辆按制冷系统分类，主要有机械冷藏车、加冰冷藏车和冷板冷藏车，还有进行过试验的液氮冷藏车、隔热车、冷藏集装箱等。在经过冰冷车改造为代用棚车和淘汰部分使用寿命到期的机械冷藏车后，目前在用的只有B21、B22、B23成组机械冷藏车和B10单节机械冷藏车约1900辆，全部配属中铁特货公司使用。我国的铁路冷藏车曾使用过多种制冷的方法，包括冰，冰和盐、液态氮、蓄冷板等蓄冷系统以及机械制冷系统，其中最主要的类型是冰（含冰和盐）制冷和机械制冷。在冰冷车淘汰之后，目前在用的只有采用机械制冷方式的机械冷藏车。目前常用的制冷方法主要是借助制冷剂的物理变化，如熔化、溶解、汽化、膨胀、升华等现象来到达制冷的目的，也就是利用物态的变化进行制冷。在物态变化过程中，物质都要吸收热量，也就是产生了制冷效应。机械制冷的工作原理是在一个点上吸收热量，然后在另一个点上散发热量。制冷剂通过货物空间内的一个盘管（蒸发器）吸收热量，然后通过在外部的另一个盘管（冷凝器）散发掉热量。通过一台压缩机使制冷剂在系统内循环，压缩机可使用汽油机、柴油机或电机驱动。由于机械制冷是通过对回风温度的监控，由恒温控制器控制压缩机的开、停或进行冷量调节达到控制箱温的要求，因此，在运用过程中制冷压缩机是根据需要经常在保持运行状态。蓄冷板制冷与普通冰盐混合物制冷原理基本一样，都是利用物质从固态变为液态的相变过程中吸收热量达到制冷目的。冰盐混合物制冷是利用冰的融化热和盐的溶解热，蓄冷板制冷是利用共晶盐这种性能稳定的蓄冷介质，与纯物质的相变性能一样，具有确定的单一溶点和融解热，在相变过程中温度基本恒定不变的特性，把低融冰盐共晶体溶液密封在金属或塑料制成的扁型容器内，并使其冻结然后用于制冷。不同的是冰盐制冷后盐水被排放掉了，而冷板内的低融冰融解后可再进行冻结，反复使用，不会环境污染和资源浪费。普通冰盐混合物制冷不需要车上设置制冷设备，只需要地面提供冰源，在始发站和中途加冰盐，在运输过程中冰盐融化和融解释放冷量是通过空气自然对流循环来实现的。蓄冷板制冷，其冷板可做成固定型式，由地面制冷机组或车上自带制冷机组为冷板充冷，也可做成活动型式，在冷库内冻结后搬到需要制冷的场所。无论是固定冷板还是活动冷板，都是先将冷量蓄集在冷板内，在运输过程中再把这些贮存的冷量释放出来，冷量的释放也是依靠空气自然循环对流型式来实现的。因此在运行过程中无需提供动力设备，也不需要制冷机运转。由于在车辆运行途中不需要开机制冷，不存在机械和电器故障，也不需要乘务人员值守（现在冷板车有人值守主要是解决货物被盗和返程的充冷装货问题），避免了高原恶劣环境对人和设备的影响确。因此蓄冷板制冷系统是比较能够适应高原地区恶劣运输条件的，应作为高原铁路冷藏车的首选制冷系统。机械制冷方式的机械冷藏车除带有制冷机外，还有提供动力的柴油机、发电机及配套的辅助设备，并且配有乘务人员进行设备操作，设有乘务人员的生活设施。由于高寒缺氧、大气压力低、风沙大、日温差大、紫外线照射强烈、气候多变等特点，将对设备的正常运行带来较大的影响，比如使柴油机的启动性能下降甚至无法启动，机组的功率下降乃至不能带动制冷机组工作，维护困难，磨损加大、大修周期缩短；影响发动机的功率输出，工作性能变差，电气元件的使用环境恶化、可靠性降低、寿命下降；影响制冷机的换热性能、制冷能力下降；还会影响车门的密封性，加上辐射热的影响，使车体热负荷增加。也将使乘务人员的生存环境和工作环境恶化。现有机械冷藏车无法适应这种特殊环境，必须研制新型的适合高原地区使用的机械冷藏车，但其开发技术难度很大，并且车辆制造成本增加许多，没有可观经济效益刺激，在铁路冷藏运输长期亏损的今天，短时间难以解决。加冰制冷方式由于没有机械、电气设备，并且无人值守，避免了高原恶劣环境的影响，但高原冻土线路长、沿线生态环境脆弱，环境保护要求高，严禁污水及污物随意排放。冰冷车中途补冰及盐水排放是非常困难的问题，不好解决。因此，在青藏线上不可使用冰冷车。3冷板车在青藏铁路运用的可行性我国从79年开始冷板冷藏车研究，已经历了近三十年的发展，在80年代研制了依靠地面充冷站充冷的车上无制冷机组的冷板冷藏车（简称无机组冷板车），有单节式和成组式，90年代研制了车上自带制冷机组、依靠地面电源驱动制冷机组充冷的冷板冷藏车（简称机械冷板车），带制冷机组的冷板集装箱以及活动冷板集装箱。无机组冷板车生产了18辆，机械冷板车生产了4辆普通速度型的，4辆运行速度为120km/h的。其中，120km/h机械冷板车的主要技术参数：自重(t) 40（38）载重(t) （运行速度100km/h） 38（40）（运行速度120km/h） 32（34）有效装货容积(m3) 82（91） 最高运行速度（km/h） 120车体平均传热系数K值w/（m2k） 0.27车内温度范围: ti 冻货:- 6鲜货:0+8制冷机组功率： 20kw充冷时间 18h（平均外温+36）放冷时间 120h（平均外温+30）蓄冷量 302kw蓄冷板制冷冷藏车的基本特点：（1）车上无动力设备，车辆运行期间不存在机械和电器故障。（2）在规定的放冷期间可连续无故障制冷，恒温性能好，货物的品质有可靠的保证，特别适合速冻食品和冰激淋的运输。（3）使用地面廉价电能，能耗少、制冷成本低。（4）依靠空气自然对流循环，降低货物的干耗，有利于果蔬的保鲜运输。无机组的冷板车的特点：（1）用地面充冷装置（氨制冷系统），一次充冷12小时，可运行120小时，运距达2000公里以上。（2）在外温平均30的条件下，车内温度为：装运冻结货物可保持-10；装运冷却的鲜蛋、鲜鱼、叶菜类可保持04；装运番茄类蔬菜可保持6以上。（3）采用转8A型转向架，需进行提速改造才可满足100120km/h快速要求。机械冷板车的特点：（1）采用转K2型转向架，可满足120km/h快速要求，为铁路冷藏快捷运输创造了条件。（2）车体隔热性和气密性有较大提高，传热系数小于0.24w/m2k，漏气系数小于30m3/h。（3）车上自带制冷机组，利用地面电源驱动制冷机组为冷板充冷，充冷时间小于18 h，放冷时间大于120h。实际运用最远运距3500km，平均运距2500km，放冷时间200小时以上。（4）货间空气温度在装运冻结货物时可保持在-6以下，货物温升小于2；在装运鲜货时通过温度调节装置可保持在08之间。机械冷板车平均运距2500km、放冷时间200小时以上是在平均外温+ 30条件下的试验数据。青藏铁路由西宁至拉萨全长1963km，货车运行时间不超过4天。环境最高气温2526，年平均气温-26之间，日平均气温低于0的时间长达235d330d，可取5作为冷板车的环境计算温度，在放冷计算时还要充分考虑青藏高原极高的太阳辐射强度的影响，青藏高原海拔高，空气稀薄，大气干洁,太阳辐射通过大气的损失和被吸收的也少，太阳辐射强度远大于平原地区，年总辐射量大约是平原地区的1.52倍，由之引起的的太阳辐射热在整个热负荷中占有很大的比例。按我厂研制的120km/h快速机械冷板冷藏车进行热工校核计算，平均环境温度取5，辐射热加大一倍考虑，现有的蓄冷溶液量理论上可满足200小时的放冷时间，完全可以满足运用要求。因此，120km/h快速机械冷板冷藏车不经改造就可满足高原环境需求。4青藏铁路冷板车的运用模式 根据青藏铁路机车车辆总体技术条件规定，青藏线运用的铁路货车暂时采取非限定区间车方式进行运输管理，不考虑货物进出西藏中途倒装，加上沿线特殊的环境特点，进藏冷板车宜采用定点定线编挂五定班列的模式运用，并且宜双向重车运用。在始发站和终到站设立充冷设施。冷板车进藏时，取消押运乘务员（乘务员可乘客车进藏）。冷板车的蓄冷方式可以使用地面制冷机组或车上自带制冷机组。其中，机械冷板车自带制冷机组，需要由地面提供电源，驱动制冷机组为冷板充冷，因此，需要在始发站及拉萨站建立地面电源设施，电源设施应满足380v、50hz、功率20kw以上的条件。根据货源的组织情况，如果冻结货物运到时限不超过240小时，新鲜果蔬运到时限不超过150小时，可一次充冷直达。如果冻结货物运到时限超过240小时，新鲜果蔬运到时限超过150小时，则可在西宁进行中途补冷（西宁设补冷地面电源设施）。如果拉萨没有冷藏产品外运，返程也可运输普通货物。5结论（1）高原铁路环境要求高原铁路冷藏车既要满足铁路货车一般技术要求，又要满足高原铁路货车、客车、发电车及其自身的一些特殊要求。（2）已往使用的各类铁路冷藏车除120km/h快速机械冷板冷藏车外均需改造才可能满足进藏需求。其中机械冷藏车要适应高原环境需开发新的制冷与供电系统。由于缺乏经验，运用经济性差，其开发难度非常大。（3）120km/h快速机械冷板