客车电气装置37.高原车制氧系统

高原车制氧系统主讲人宋慧娟ZHENGZHOURAILWAYVOCATIONAL&TECHNICALCOLLEGE客车电气装置/BUSELECTRICALINSTALLATION旅客列车信息显示系统空气中的氧气分压力随着海拔高度的升高而下降，在海拔达到4000m时，氧气含量为海平面氧气含量的45%，空气稀薄、缺氧的环境会对旅客人体生理、心理带来较大影响。研究表明旅客列车信息显示系统个体分布式供氧增压增氧弥散供氧根据生理实验人体允许的最小氧分压相当于海拔4500米处的氧分压力；在海拔2000米以下，人体对氧气分压的降低能够自动补偿，这一高度为无感觉区。在3048m的高度会发生一定程度的高空反应。结合目前我国铁路客车制造技术可供选择的供氧方案大体上有：三种。旅客列车信息显示系统备有一个集中的氧气供给设备，氧气通过设在侧墙或地板下面的专用供氧管道输送至各个包间铺位上方或座位下方，在管路的末端一般装有通过软管和快速插座装置，乘客可通过带有快速接头的吸氧设施（氧气面罩、鼻吸管等）吸氧。

1.个体分布式供氧青藏高原客车上的个体分布式供氧采用基于集中管道式供氧系统。在每节车厢内布置供氧专用管路，并要处理好末端装置的安装位置与使用方便性的关系，需要乘客会正确使用出口装置和吸氧设施。从卫生角度考虑乘客应使用一次性的供氧接口件，个体分布式供氧的优点是系统简单、经济，氧气的利用率高、对氧源能力的要求较低。集中管道式供氧系统旅客列车信息显示系统旅客列车信息显示系统

2.增压供氧不需要专用氧源，是依靠增压风机或增压器，在耐压强度大、气密性好的座舱中全面提高车内气压的一种环境供氧方式。增压增氧方式也是民用飞机上普遍采用的供氧方式。增压增氧方式旅客列车信息显示系统高原客车车内增压增压系统应能根据海拔高度的变化自行调整，从而能将车内气压稳定在一定水平。增压增氧方式可以使旅客的吸入气环境接近平原环境，从人体生理适应性及防火安全性上考虑，是最为理想的供氧方法。前提是要有密封性能良好的客车车体，车体钢结构、车窗等承压设备要有足够的强度，车体增压后能保持变形量很小，而且还要考虑高速客车穿越隧道或两车交会时引起的压力波动所造成的旅客“耳不适感”问题。旅客列车信息显示系统

3.弥散供氧是以车载制氧机作为氧气源，将制得的氧气通过专用管路进入空调单元的主风道，与空调机送风混合后送出，使车内氧气浓度提高，稳定车内氧分压，从而满足乘客的生理要求。弥散供氧旅客列车信息显示系统单独增压方式或”增压+增氧”方式要求具有电力、增压设备及送风系统、高指标的车体强度及气密性3个方面的保障；而制氧机弥散供氧的基本要求是保证电力和制氧设备的运行可靠性两方面，这是弥散供氧方式的优势。肺泡氧分压是影响人体呼吸的首要因素，在海拔12000m以下高度只要吸入气体能满足肺泡氧气分压力要求，就能满足人体的正常呼吸要求，这就是整车弥散供氧方式的生理学依据。车载制氧机体积小，噪音低，能对车内进行连续供氧，加强列车运行期间的供氧保障能力。这种供氧方式的具体实施要比增压增氧方式简便易行，无需改动车辆的其它方面设计，增强了供氧系统装配的独立操作性。旅客列车信息显示系统青藏高原列车采用的是膜式制氧系统，分离出含氧量在35%~45%的富氧空气。一路通过制氧机上部内侧的不锈钢管进入空调的第一节过渡主风道，在那里富氧空气随空调新风混合后弥散到客室，青藏客车的供氧标准定为车厢的氧浓度达到23.5%-25%（即富氧2.6%-4.1%），使旅客如同进入“氧吧”，此时在最高海拔5072m的唐古拉山口，车厢内相当于达到拉萨（3641m）的氧气含量水平；平均海拔最高度4500m运行时，车内的氧分压相当于海拔3100m。青藏铁路采用了弥散式全车供氧个体分布式供氧和弥散式旅客列车信息显示系统另一路通过制氧机上部外侧的不锈钢管沿车厢侧墙或地板进人乘客区域，在每个铺位上方或每组坐椅的下方等均设有富氧空气出口快速插座。供氧口提供的氧气浓度更大，旅客吸入的氧气量相当于海拔2000米左右地区的空气。个体分布式空气供给管路在本车一、二位端设有连接接口,压缩空气在各车辆间通过两根快速连接软管互相贯通，气源可在相邻车辆间互相储备和补充。旅客列车信息显示系统一膜式制氧原理富膜制氧原理是利用高分子富氧膜能让空气中氧分子优先通过的特性，收集高浓度的氧，输送给使用者。其制氧过程是一个物理过程，无任何化学反应，无需任何添加剂,无污染废物，环保制氧。外界空气在压缩机单元压缩后,达到一定压力,再经预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水，预热后进入膜制氧系统分离出含氧量在35%~45%的富氧空气（普通空气的含氧量约为21%）。旅客列车信息显示系统压缩空气经预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水，预热后进人膜分离器，分离出空气中的氧气;系统在PLC或DCS系统的控制下可实现连续稳定的输出氧气。所以一个完整的膜法富氧系统包括空气压缩单元空气预处理制氧机和电控柜氧气传感器空气供给管路氧气供给分配管路制氧系统工作过程一制氧工艺流程图9-17制氧系统工艺流程图制氧系统工作过程

1.空气压缩单元空气压缩机单元布置在车下的设备舱内，吊装在偏向一位端左侧的钢结构底架横梁上。主要为后级系统提供一定压力、一定气量的压缩空气，以达到一定的分离压力条件以及分离所需的原料空气流量为目的,空压机为制氧机提供膜分离制氧必需的压缩空气。2.空气平衡罐空气平衡罐容积为200L，其作用：其一是稳定压缩空气的压力，使整列互备有相当的缓冲容积空间;其二是使压缩空气中的液体(主要是水)沉积分离出来,使其不进人制氧机中而影响膜组件的分离性能和使用寿命。空气储罐中的液体由罐底部设置的自动排水阀定时排出罐外。平衡系统压力,减少空气压力

脉动，进一步除去水分，减轻后级系统过滤器的负荷。制氧系统工作过程

3.制氧机和电控柜制氧机和电气柜布置在车内，安装在一位端左侧的制氧室内;分别有单独的箱子，在车上这两部分是通过螺栓连接在一起的，在他们之间有整块钢板来避免制氧机内的氧气进人控制单元。（2）进气加热器制氧系统工作过程制氧机和电气柜是整个制氧系统的富氧生产和参数控制单元，主要包括以下内容:加热器为电热式，其作用：除了为膜分离器提供一个最好的操作温度使膜分离器在最佳状态下工作外；另一个作用是使进入膜分离器的压编空气露点提高,并保证液体(主要是水)不在膜丝上冷凝而使膜组件能长期稳定、可靠地运行。（1）联合过滤香联合过滤器为三级：一级过滤器(3um)作为总脱话说湿器去陈离开缓冲罐的脱出的油或水；二级过滤器(1um)用于将颗粒和液体含量降低至对膜性能无害的痕迹量水平；三级过滤器是精密联合过滤器(0.01um)，设计中用于去除最微量的浮质，以进一步保护中空纤维膜组件。制氧系统工作过程

4.膜分离器（也称膜组件）制氧机的关键核心部件，在保证压缩空气流量的情况下,制氧量的大小和富氧浓度的高低在一定的范围内可通过整定膜分离器的操作压力和温度来调整。膜组件的多少(大小)是根据各机型要求不同的制氧量而配置的。5.控制面板在制氧机正面门的左侧安装有海拔高度仪、空压机文本显示器、操作旋钮和指示灯，正面门的右侧安装有制氧机控制器。6.PLC控制系统膜制氧系统中的过程控制都由可编程逻辑控制器(PLC)监测和控制。PLC使用微处理器和软件分析各种过程变量并采取相应动作。操作界面(LCD)用户接口显示系统操作参数的信息,并允许您改变过程控制、定时器和报警。制氧系统工作过程7.海拔高度仪海拔高度超过3000m后,海拔高度仪上的继电器接通使制氧机能够启动。8.氧分析仪制氧膜系统采用四个氧分析仪，通过然料电池型传感器测量产物气流中的氧含量。分析仪用空气压缩机出气校准。每个氧分析仪(富氧气氧分析仪除外)配备一个在0~30%氧的操作全程可调的报警输出。报警用于在车厢和制氧室的氧含量超出报警设定时隔断进人膜分离器的压缩空气并发信号给HVAC单元，控制空调的风门开至最大。制氧系统工作过程青藏客车共设置4个氧浓度传感器，在制氧机内部设有两个分别监控富氧制氧机内部以及制氧室内的氧浓度，且分别在控制面板上显示；在客室走廊中央和主风道中央各设有一个传感器来分别监控客室和主风道内的氧浓度，也在控制面板上显示。图9-18氧浓度传感器制氧系统工作过程制氧控制器将该信号发给空调控制器，以控制空调或制氧机下一步的动作：当制氧系统正常工作时，只有主风道中央位置的氧传感器检测到的数据与HVAC单元通讯，并将测得的氧浓度信号返馈给制氧控制器。如果测得车内浓度超过25%，将新风控制门开大，增大新风量；

如果测得车内浓度低，将新风控制门关小，减少新风量。

新风量大小根据制氧机输出信号调整，在调整新风量过程中相应调整废排风量。当氧浓度超过25.5%限值，控制单元将根据此信号自动切断压缩空气供应，富氧将停止生产；同时系统将声光报警并把报警信号传到给上位机。制氧系统工作过程图9-17制氧系统工艺流程图制氧系统在满足开机条件后制氧机向网关发出启动请求信号(处于本机位时，制氧机向空压机发出启动信号)，网关判断海拔高度和空调运行状况，具备条件后，网关给出允许启动信号,空压机开始启动。当压力达到0.5MPa时,压力开关输出触点信号，制氧机自动阀门打开制氧机开始工作。此时空调新风量由制氧机控制。制氧系统工作过程空压机输出的压缩空气先进入空气储罐，将空气中含有的水分离出来，然后进人膜制氧机的联合过滤器(F101~F103)，通过三级过滤去除有害颗粒和液体，颗粒和液体对膜组件的性能和寿命是有害的。过滤后的压缩空进人空气加热器，加热器自动调节膜前温度达到45℃左右，加热后的压缩空气再进人膜分离器。膜分离器在低压渗透侧(透过膜的一侧)排出富氧气体，在膜组件的另一端(没有透过部分)排出尾气(废气，主要是氮气)，尾气侧设有背压阀,用于调