地铁车辆的空调系统常见故障分析及处理

地铁车辆的空调系统常见故障分析及处理摘要 第1章地铁空调系统的基本介绍 1.1地铁车辆的特点 1.2地铁车辆空气调节系统的特点及要求 21.3.地铁车辆空调系统 4 4 4 51.4空调的工作原理 9 9 第2章地铁车辆空调的检修与常见故障处理 2.1车辆空调的日常检修和维护 2.2地铁车辆空调的常见故障处理 13 2.3故障实例 总结 近几年来我国城市轨道交通迅速发展，汽车的增多使道路交通变得拥挤，越来越多的人选择乘坐由地铁为首的城市轨道交通出行。随着人们的生活质量的渐渐提高，乘客对所乘坐交通工具的舒适性要求也越来越高。空调装置作为地铁等城市轨道车辆的主要部件之一，为乘客出行的舒适性、安全性提供必要的安全保障，同时也是现代城市轨道车辆先进技术的重要体现。论文介绍了地铁列车空调系统的特点，描述了地铁列车空调系统的基本组成、空调各部件的功能和空调的工作原理；并简单讲述了一些简单的日常维护与检修，并且对空调的常见故障处理做了简要的分析，这对降低地铁车辆空调的故障率，保证安全行车，提高地铁车辆的运营效益有很大影响。关键词：地铁车辆空调检修故障处理 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）1第1章地铁空调系统的基本介绍如今全世界都面临同样的问题：随着当下城市现代化进程和经济发展的加快，由于城市人口迅速增长、城区不断扩建，公交车等城市地面交通无法满足广大市民日益增长的出行需求。因此，寻找一个低能耗、大运能、速度快、少污染、安全舒适、便捷又准点的城市公共交通工具，已经成为世界各国都要解决的一个问题。地铁正是一种理想的、能满足广大市民日常出行需求的公共交通工具。由于地铁多处于地下隧道，只有极少的线路会修建高架区段，隧道空气质量不是很好，因此，空气的净化和过滤是地铁车辆空调的一重要问题。地铁车辆一天中每个时段的载客数是不平衡的，高峰期超员能够达到达3080%,另外换乘站以及靠近景点或商场的站点与冷门站点客流量也有很大差别。实际的车辆载客数在每条线路的每个车站、每时每刻都在发生变化。而且变化量较大。这一原因给车辆空调的设计带来一定程度困难。3.车门较多且开关频繁相对于其他公共交通工具，地铁不仅仅车门多，而且门的宽度较大。一般单节4对门（B型车）(如图1.1所示)，门的最大开度通常在1300mm左右，车门打开后，冷空气通过打开的车门流失到车外，车门关好时又因车门的密封性差而产生泄漏，加上车门本身的隔热性能相比车辆车体较差，车内冷空气损失较大。另外，地铁站间距离通常在几百米到近千米不等，车门启闭频繁，增加了冷空气损失。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）21.2地铁车辆空气调节系统的特点及要求地铁列车的运量大，在地铁车厢内部，由于车内乘客的呼吸，使得车内氧气与二氧化碳(CO2)的比例增大，旅客会因此感到不适。另外，地铁车厢内部还有可能产生其它有害的气体，使地铁车厢内空气质量降低。所以，必须让车厢内部有一定的空气循环，使车厢内部的空气保持一定的新鲜度。因此，空调机组应有能自动调节的回风阀和新风阀。新风阀能够在一定范围内调整吸入的新风量，空调控制器根据车辆载荷的不同，使新风阀保持不同的开度，控制新风量。地铁列车为了保证乘客上下车的效率(每站停30s左右)，在每节地铁车厢的每一侧设置3至5个客室车门，并且由于地铁站间距短(一般500～2000M)，列车两至三分钟左右就停一个站，客室车门开启频繁。所以，车厢内部冷量损耗较大，这时要想一直保持使人体感觉舒适的车厢环境，则必须加大列车空调系统的制冷能力。因此，地铁列车空调系统应当具有足够的制冷能力。地铁列车空调系统通风装置送入车厢内部的空气中一般包含处理过的循环空气和新鲜空气。一定量新鲜空气的进入，可以使地铁车厢内部保持一定的正压，有效的阻止车厢外部未经处理过的空气和灰尘的进入。但是，由于地铁列车的载客量的原因，空调系统的通风量的增大会使得车厢内的正压增大。因此，为了使车厢内部保持一定的正压，防止由 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）3于新风量过多带来的客室正压过大，将车厢内多余的空气排至车厢外，地铁车辆空调系统在每节车的车厢顶部设置废排装置，废排装置的废排量应当等于或略小于新风量。每列地铁列车在其每个单元分别设置1组蓄电池组和1组辅助逆变器（SIV）。辅助逆变器(SIV)将从接触网（接触轨）接收到的直流1500V高压电逆变成110V和24V的直流电以及380V的交流电，以满足不同负载的供电要求，可分别作为空调系统和照明系统等列车负载的控制电源，同时通过充电机向列车蓄电池组充电。地铁列车空调系统其通风机、压缩机和冷凝器风机一般使用辅助逆变器（SIV）提供的380V的三相交流电工作，控制电路一般采用110V的直流电。5.空调系统发生故障后的运行以及紧急通风为了保证地铁列车运行过程中的可靠性，一般每节车装有两组单元式空调机组，并分别两个辅助逆变器(SIV)供电。这样做达到冗余的效果，可保证地铁列车在遇到每节车中一台单元式空调机组出现问题时，另外一台单元式空调机组还可正常工作，为地铁列车提供一定量的空调效果，确保列车的正常运行。或者是当地铁列车上一台辅助逆变器(SIV)出现问题时，另外一台正常工作的辅助逆变器(SIV)仍可保证每节车中的一台单元式空调机组正常运行。另外，如果当整列车的两台辅助逆变器(SIV)都发生故障，或外部没有1500V高压送入时，在开启状态下的列车空调系统应当可以自动转变为紧急通风模式，这时空调机组由列车蓄电池组供电，空调回风阀处于全闭状态，新风阀全部打开，保持车厢内的正常通风。一般按照设计，列车处于紧急通风的状态下，蓄电池组应保证空调系统能正常通与大铁相比，一般地铁虽然有安排车辆检修在正线驻站保障地铁列车运营，但在地铁列车行驶过程中并不能随时保证有车辆检修人员在车上面。所以地铁列车空调系统必须有一定的自动化能力：能够根据车外环境温度自动调节车厢温度；在列车空调系统出现问题时能够自我诊断及存储，以便列车回库后故障的后续处理和跟进；对误报故障能自动处理。当前地铁列车空调系统一般采用空调控制器来进行控制。该控制系统能完成对地铁列车空调系统的车控（单节车控制）或通过列车网络完成集控（整列车控制也能够完成对列车空调故障的诊断、记录以及处理。我们生活中目前存在着各种污染，噪声污染就是其中之一，地铁列车作为轨道交工具不可避免的会产生噪声。一般情况下，空调机组运行时不允许产生太大声音（小于70db 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）4（A。空调机组的传感器会自动检测车厢内外环境温度，判断客室热负荷的变化，然后自动调节压缩机运行频率，使客室的温度稳定在一定的范围。除湿会伴随在空调机组的制冷过程中。人们觉得相对舒适的环境湿度在3060%左右，如果相对湿度过小或过大，即使温度依然在舒适的范围内，人体则会产生皮肤干燥或粘稠等不适。由于地铁列车空间小载客量大，车厢长期有大量乘客，使得车厢温度相比外界会高，制热功能在地铁列车上用的比较少。电热型和热泵型空调调都有具有升温功能，制热模式时空调机组会自动检测内外环境温度，判断客室热负荷的变化，自动调节压缩机运行频率。空调的制热能力随车厢外部环境温度的下降逐渐变小，当外界温度小到一定值时空调机组则不能满足列车的制热需求。空气中含有各种汗臭、体臭等臭气以及一定量有害气体如SO2、NH3等。如果不处理会让人体产生不适甚至危害人体健康。地铁列车空调系统主要通过在回风口和新风口设置滤网，以及通过废排装置排出一定量的客室空气来达到改善车厢内空气质量的效果。地铁列车空调系统主要由单元式的空调机组、送风格栅、风道、废排、司机室送风单元及空调控制器组成。一般来说，地铁车辆的空调系统均在每节车的两端分别设置一台单元式空调机组，通过车顶的风道由客室内部的送风口向客室送风，如图1.3.1所示 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）51.3.3单元式空调机组的结构单元式空调机组主要将冷凝器、压缩机、蒸发器电、电子膨胀阀等部件并通过管道将其连接成一个封闭的系统。如图1.3.2所示，为一个单元式空调机组主要部件结构图。在制冷循环中压缩机（如图1.3.3所示）将从蒸发器出来的低压、低温的制冷剂气体压缩机压缩成高压、高温的气体后经过压缩机，然后流入冷凝器。空调机组的压缩机主要有涡旋式、螺杆式和活塞式三种。全封闭涡旋式压缩机是目前最先进的制冷压缩机，该压缩机集成了先进涡旋技术，具有噪音低、效率高、可靠性高等优点，每台压缩机底部装有四个减振器可以减少压缩机工作时产生的振动和降低噪音,目前地铁列车一般采用这种压缩机。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）6冷凝风机从空调机组上部（两侧）将室外“冷”空气吸入，与在冷凝器管内的空调制冷剂进行强制性热交换，然后从机组的两侧（上部）排出热风，从而完成热量的交换。如冷凝器（如图1.3.5所示）位于制冷回路中压缩机和高压开关之后干燥过滤器之前。它是制冷装置中的主要热交换设备之一。冷凝器的作用是将压缩机输出的高压、高温的气态制冷剂冷凝成高压的液态制冷剂，并放热于冷却介质（空气）中。送风机（图1.3.6所示）的功能是通过新风格栅吸入经过过滤的新风，使它与处理过的回风混合，然后将经过蒸发器冷却、减湿后的空气输送到客室的送风管道中，并被均匀的送到客室内，从而达到调节地铁车厢内温度、湿度的目的。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）7蒸发器（如图1.3.7所示）位于制冷回路中膨胀阀与低压开关之间。它是空调制冷系统中被冷却介质与制冷剂进行热量交换的媒介，也是制冷系统的主要热交换设备之一。液体制冷剂在蒸发器内部以一定的温度和比例蒸发。蒸发器内低压、低温制冷剂从流过盘管的空气中吸收热量。回风和新风组成的混合风经过蒸发器盘管，被冷却除湿后均匀地送至回风滤网安装在回风道中，新风滤网安装在空调机组两侧的新风格栅后。每台空调机组一般配有1块回风滤网和2块新风滤网用于过滤进入蒸发器盘管的空气，以防止灰尘和其他固体颗粒会卡在盘管翅片之间阻止空气进入及阻碍空气流通的，而降低制冷系统的效率。如图1.3.8所示，左侧为回风滤 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）8回风阀安装在空调机组蒸发单元中，用来调节进入空调机组的回风量。根据空调控制模式和环境温度以及回风温度，控制器发送信号给回风阀，令其调节至一定的角度。回风阀与回风口间的角度将决定进入空调机组的回风量。在紧急通风模式下，回风阀完全关闭。新风阀位于蒸发单元与压缩机单元之间。新风阀用来调节送入客室的新风量。根据空调模式、外界温度和回风温度的不同，控制器将发送信号到阀门电机使其调节新风门到某一特定位置。阀门于新风入口间的开度（角度）将决定送入空调机组的新风量。在紧急通风时新风阀完全打开。在压缩机出口和进口分别接有低压保护开关和高压保护开关。低压保护开关的功能是当空调压缩机的进口压力过低时，能够降低压缩机的工作能力，起到监护空调制冷系统的制冷能力的作用，当达不到制冷要求时。自动切断压缩机的工作电路，而高压保护开关的功能是当空调压缩机的出口压力超过规定的管路压力时，高压保护开关就会动作，切断空调压缩机的工作电路，使空调压缩机停止工作，从而起到保护空调压缩机和管路的作用。空调系统分别在新风口、送风口以及客室内部处设有温度传感器，用来检测客室内、外环境温度和经过空调机组处理后送入客室的空气的温度，通过对温度实时监测来调整空调机组的工作能力以及控制空调机组的运行模式，以便为乘客提供最舒适的环境。视液镜（如图1.3.9所示）位于制冷回路中干燥过滤器之后膨胀阀之前。视液镜用于在制冷回路中观察制冷剂流动，并显示系统制冷剂的湿度。湿度指示通过与试纸指示剂的对比获得。如果过多的湿气进入到制冷系统，湿气指示器将提供一个警告信号（黄色 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）9且干燥过滤器不能吸收所有的湿气或者故障（压缩机电机故障，对制冷管路造成机械损害那么此时需要更换干燥过滤器。此外通过观察玻璃可以清楚地看到液态制冷剂的流动情况，从而方便地观察到液体流动中是否有气泡，及是否出现了以下不正常情况：制冷剂不足、制冷不充分、出口压力过低，或者制冷剂液体管路堵塞等。膨胀阀在空调系统中安装于冷凝器之后，它将从冷凝器来的高压、高温的液体，节流降压成低压、低温的液体后进入蒸发器。由于密封性的问题，空调机组在充装制冷剂前很难做到绝对的干燥，难以避免含有少量的水气，加上空调机组在日常运行过程中会产生少量的湿气。当制冷循环系统中蒸发温度过低，就会发生“冰堵”，影响空调系统的正常运行。干燥过滤器中的过滤器是用来过滤制冷循环系统中的一些杂质，避免由于“脏堵”或“冰堵”引起空调系统故障，干燥剂则是用来吸收制冷循环系统中的湿气与水分的。如图1.4.1所示，空调机组的制冷回路由蒸发器、冷凝器、压缩机、电子膨胀阀等主要部件组成，通过管路焊接成完全封闭的制冷系统。在制冷回路中，压缩机将低压、低温的气态制冷剂压缩成高压、高温的过热气体，然后高压、高温的气态制冷剂进入冷凝器，在冷凝器内与冷凝风机吸入的外界“冷”空气进行强制热交换，被冷凝成高压、高温的液体。从冷凝器出来的高压、高温的液体经过电子膨胀阀后，被节流降压成低压、低温的液体然后进入到蒸发器，通风机将客室内的回风与外界的新风组成的混合空气与换热器内的 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）10制冷剂进行强制热交换，蒸发器内的低压、低温的液体蒸发成为低压、低温的气体，再次进入压缩机，完成一个制冷循环。在未达到目标温度的情况下，如此周而复始的循环，达到持续制冷的效果，当列车制冷系统处于连续工作的情况下，车厢内部温度逐渐降低。空调系统制热时空调制冷剂的流动方向与制冷回路中制冷剂的流动方向相反，可通过四通阀的换向来达成，制热时冷凝器和蒸发器的作用互换。低压的气态制冷剂由空调压缩机压缩成高压、高温的过热气体，经过切换后的四通阀进入到蒸发器，通风机将客室内的回风与外界的新风组成的混合空气与换热器进行强制热交换，蒸发器将客室冷空气加热后再送到车厢内，以达到制暖目的。而蒸发器中高压、高温的气体与客室的冷空气热交换后变成高压、低温的液体，进入电子膨胀阀降压成低压、低温液体，最后进入冷凝器蒸发。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）11第2章地铁车辆空调的检修与常见故障处理地铁车辆的运行，维护和检修工作是城轨交通系统的重要组成部分。而空调系统的维护和检修工作又是城轨车辆维护和检修工作中的重要组成部分。它是保证车辆正常运行的必备条件，也是不断提高乘客对乘车环境舒适性要求的重要保障。对空调的维护、清洗和保养，有利于改善空调的制冷效果、提高空调效率、空调节能以及延长空调使用寿命。检查空调压缩机外观状态良好，没有明显破损和刮痕，压缩机机组各接线牢固线缆无破损干涉。空调冷凝器的翅片（散热片）上落上灰尘或其他脏物时会影响换热效率，所以要仔细检查、清扫清洗，用刷子、风枪或清水对冷凝器翅片进行除尘、清洁，清洁后无积尘、污渍、蛛网。清洁过程中注意防止冷凝器翅片变形，如变形可用翅片梳理工具对翅片进行梳蒸发器和冷凝器的检查相同，蒸发器翅片脏污可能会导致空调制冷量不足，通风机风量减小，清洁过程中同样要注意防止蒸发器翅片变形。排水口堵塞有可能导致空调水逆流由送风口进入客室，所以要定期检查、清洗空调排水口，目视其无堵塞。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）12冷凝风机叶片无断裂、裂纹，手动转动冷凝风机叶片，转动平稳，无异音。电缆线与冷凝风机叶片无干涉。通风机外观良好，各接线牢固，目视检查叶片伍裂纹破损，手动转动叶片，电机转动平稳、无异音。7.新风滤网与混风滤网由于滤网会影响到送客室的空气质量，所以一般每一个小的修程都会用清水或肥皂水对新风滤网进行清洗，晾干后再装好。而混风滤网则是每一个小的修程更换新的混风滤网。温度传感器是空调系统中很关键的一个部件，探头上灰尘和污垢的积累会影响温度探测的准确度，从而影响空调的运行。一般使用干净无纺布或抹布清洁各温度传感器探头表面，要求无尘垢，并确认安装紧固。除了以上的一些关键部件的检查外，还要对空调单元机组的外观、管路、阀件以及一些电气线路进行检查，主要通过看、摸、听、测、析等方式进行检查。看:在列车有电情况下仔细观察空调机组在各运行模式下各系统部件是否正常运行以及电路是否正常工作，机组的管路在运行状态下是否有泄漏现象。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）13听:空调机组在正常开启下风机会发出声音，空调机组正常运行时细听各风机的运转声音有无异常以及是否正常，如有杂音、噪音过大等。摸：空调开启状态下可以用手摸空调机组有关机械部位感受其工作时的振动、冷热等运行情况（注意不要触碰控制线路的带电部分），结合看、听有助于提高检修质量。测:当发现空调故障或疑似空调故障时，要想更加准确的判断和确认故障的位置与原因，这个时候我们就需要借用某些仪器、仪表检查和测量空调机组状态。比如用万用表测量控制电路的电压、电流、电子元件的电阻以及电路的导通情况，用检漏仪检查管路的泄漏等。析:有时通过上述检查手段所获得的结果，并不能找到真正的故障或故障原因。空调系统中各部件之间是相互联系、相互影响的，一个故障可能由几种原因引起，几个故障也可能同时发生并存。所以，对发现的故障现象要进行综合性的分析，结合实际情况，从而更加全面和准确的判断故障的原因与位置。2.2地铁车辆空调的常见故障处理对于地铁车辆的空调系统来说，5-10月份的高温季节是车辆空调使用最频繁也是故障最多的季节，由于天气炎热加上车内乘客较多，使得空调不得全天保持满状态工作，空调的故障率直线上升，因此空调制冷系统故障是空调故障中比较常见的故障，此外还有些机械故障和电气故障比较常见。1.空调制冷剂泄漏:通过看、听、摸、测等方法找到泄漏位置，然后对泄漏部位进行处理以后对空调机组补充制冷剂或直接更换空调机组。空调机组制冷剂的泄漏部位一般主要在管路的焊接处，由于制造工艺导致管路焊接不良或地铁列车在运行过程中震动、冲击后出现裂纹等都会可能引起泄漏。另外，泄漏点的不同导致的泄漏程度也会不。较轻微的泄漏可能会引起制冷量不足、低压压力过低引起压力开关保护动作等现象，严重的泄漏可能造成空调机组制冷量效果不佳。如果空调制冷剂漏光，空调系统中混入空气，压缩机机组继续运转将可能导致压缩机因过热而被烧毁。2.换热器脏堵，换热效果不好：清洁换热器。3.换热器翅片变形：一般属人为作业时造成的，虽然对制冷系统不会造成影响，但大 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）14面积变形会大大影响空调系统与外界热交换，影响空调工作效率。可使用翅片矫正工具来修复。4.混合风滤网堵塞：清洁或更换滤网。5.制冷剂过多或者不足：调整制冷剂充注量。2.2.2空调机组电气故障通常电气控制方面出现的故障，可根据HMI报的故障信息、故障代码以及下载空调事件记录（如图2.2.2所示），结合电路控制图的控制逻辑进行查找。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）151.短路故障：短路故障主要是电气设备的绝缘由于老化、机械损坏、变质或过电压击穿等原因被破坏导致出现的故障。可用万用表结合电路图查找出相应故障点后进行更换或其他处理措施。2.继电器故障：控制空调机组各部件启停的继电器，由于老化或其他原因，则会出现继电器卡滞不能动作的故障。结合控制逻辑发现故障继电器后进行更换。3.空调控制电路模块故障：一般空调控制电路中某一模块故障后，会在车辆人机交互界面（HMI）有显示，这个时候只要对相应的模块板进行更换即可。2.2.3空调机组机械故障1.空调漏水：在车辆运行过程中，空调机组出风口漏水是比较常见的问题之一，会影响司机驾驶和导致乘客投诉。主要原因有包括：排水孔出现脏堵后排水困难，通风机将堆积的冷凝水吹入到风道；空调机组的密封胶条出现老化脱落，导致密封性缺失，车辆在暴雨天气通过高架线路时雨水渗进空调机组由通风机吹入风道。空调机组漏水问题主要在于加强空调机组的定期检验和维护。2.空调机组异响：对于异响需要我们通过看和听来判断异响部位（如图2.1.4所示 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）16一般容易出现异响的部件是风机，找到异响部位后需对异响部件进行仔细检查，确认是部件干涉还是设备内部轴承异响，紧固件的松动也可能造成异响。1.故障现象：计划班对02车进行双周检作业，发现MC1车、M车、MC2车2号空调机组回2.检查：⑴查看空调机组蒸发腔四周密封胶条无老化、破损现象，密封胶条干燥无水痕，排除外部渗水的可能性；⑵查看蒸发器底部有明显水痕，水槽有积水现象，如2.3.2所示；检查滴水盘排水孔无堵塞，排水正常。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文）173.原因分析：检查空调机组排水孔状态，发现蒸发器底部没有设置排水孔(车顶无法观察，只能从空调底部进行检查)，仅在蒸发器旁滴水盘开设3处直径约7mm排水孔，且排水孔位置较高，冷凝水无法自然流入排水孔，如图2.3.3所示。4.处理措施:由于空调排水孔、挡水槽前期设计不合理，导致蒸发器冷凝水积聚，形成积水现象。在未整改前，检修班组对空调积水情况进行普查，并定期其进行检查处理；防止积水流入客室。后期在蒸发器与回风滤网处