列车新风装置测试报告.docx
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列车新风装置测试报告.docx
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列车新风装置测试报告
目录
1概述-1-
2新风装置存在的问题及改造方案-1-
2.1新风装置存在的问题-1-
2.2新风装置改造方案-1-
3测试项目-5-
4试验装置与测试仪器-5-
4.1试验装置-5-
4.2测试仪器-5-
5测试过程-6-
6新风装置进风量测试-6-
6.1第1次静态测试-6-
6.2动态测试-10-
6.3第2次静态测试-15-
7车厢内粉尘浓度测试-17-
7.1国家标准的相关规定-18-
7.2测试数据-18-
7.3测试结果分析-21-
8结论-22-
1概述
受南车四方机车车辆股份有限公司的委托,我校于2006年12月1日~12月13日期间对该公司生产的200公里新型列车中的空调系统新风装置进行了相关的测试。
2新风装置存在的问题及改造方案
2.1新风装置存在的问题
200公里动车组试运行时,车厢内存在进尘土及异味问题,由于新风换气装置进风口是车内唯一的室外进风口,所以尘土和异味都是由新风换气装置进风口传入车内的。
根据对列车空调系统的分析可知,粉尘和异味是由进风口进入列车空调系统,并与回风混合后经空调回风滤尘网、空调送风口、送风道送入车内的。
由于粉尘和异味是通过新风换气装置的进风口进入车内的,所以必须充分考虑新风口的滤尘功能才可以解决问题。
图2-1原设计的新风装置进风口
2.2新风装置改造方案
针对新风装置出现的问题,四方机车厂设计了四种改造方案。
2.2.1改造方案1
采用纸滤方式解决,即将原来新风装置进风口拆下,换上纸滤结构新风口,使新风进入新风装置前,经纸滤芯过滤,新风的清洁度可以通过滤纸的疏密进行调节。
图2-2方案1新风装置进风口
2.2.2改造方案2
取消原有的新风装置进风口,在列车裙板格栅上安装新风风道。
新风风口为防水防沙风口,在换气装置入口增加新风连接风道,通过软风道连接,将换气装置的进风口直接引到设备舱外,使空调进风口不受空调冷凝风及主电动机进风的影响。
图2-3方案2新风装置进风口安装示意图
2.2.3改造方案3
改变换气装置新风口的位置,在设备舱内设置新风进风箱,在新风箱设滤网,同时将换气装置的排风口引至底板以下,将车内废气排在设备舱之外。
图2-4方案3新风装置进风口安装示意图
2.2.4改造方案4
将换气装置进风口引至外端墙位置,现车试验时采用软风道穿牵引梁实现,将新风入口引至粉尘与异味较少的车端上部,外端墙的风口采用防水防沙结构。
图2-5方案4新风装置进风口安装示意图
3测试项目
新风装置的主要功能是补充列车内所需的新风,因此人们最关心的是几种改造方案的进风量以及进入到空调系统中的新风的品质能否满足要求,其中新风装置的设计新风量是1440m3/h。
本次试验主要测试各种改造方案下,新风装置进风量的大小以及列车车厢内的粉尘浓度。
其中对新风装置进风量的测试分别在列车静态和动态下进行,对车厢内粉尘浓度的测试只在列车动态下进行。
4试验装置与测试仪器
4.1试验装置
此次测试在四方机车厂生产的CRH2-010号动车组上进行,该列车共有8节车厢,汇集了五种新风装置进风口的形式(包括原设计),各节车厢采用的进风口方案如图4-1所示。
图4-1各节车厢采用的新风装置进风口方案
4.2测试仪器
对列车静态下新风量的测试采用便携式TSI8386多参数通风测试仪和KANOMAX风速仪(MODEL-6631)。
TSI8386多参数通风测试仪可以测量风速、风压、温度等多种参数,KANOMAX风速仪可对风速进行连续测量并对结果进行自动处理,这两种仪器都适用于空调通风系统的现场测试。
此外,若有测点超过风速仪的量程,则使用毕托管和电子微压计测量其动压头,再换算成风速。
同时,电子微压计还用来测量进风口的阻力损失。
对列车动态下新风量的测试需要进行远程监控测量,因此使用KANOMAX公司的System6242(Model1550)型多通道气流分析仪。
该分析仪可接16块1504型空气速度测试接口模板,每个模板有4个通道,因此该仪器有64个通道,该仪器的量程范围为:
0~25.0m/s。
采用的传感器探头是KANOMAX公司生产的与System6242型多通道气流分析仪相配套的0965-03热式风速仪传感器探头,此探头具有无方向性和高精度特性的特点。
对车厢内粉尘浓度的测试采用SIDEPAK粉尘检测仪,SIDEPAK粉尘检测仪是一台微型电池激光光度计,它以mg/m3为单位测量空气中悬浮粒子的浓度,其颗粒测量范围为0.1
~10
。
5测试过程
本次测试分为三次进行。
(1)2006年12月1日~12月2日在四方机车厂动调库内对列车静态下新风装置的进风量进行了测试。
(2)2006年12月6日CRH2-010号动车组在胶济线即墨至济南东间进行了一个往返的运行试验,其间对列车动态下新风装置的进风量以及车厢内的粉尘浓度进行了测试。
(3)2006年12月13日在四方机车厂动调库内对列车静态下新风装置(方案1和方案4)的进风量进行了测试。
6新风装置进风量测试
6.1第1次静态测试
第1次静态测试在四方机车厂动调库内进行,分别对六节车厢的五种新风装置进风口方案(包括原设计)的进风量和进风段的静压消耗值进行了测量。
6.1.1测点布置
根据设备的安装情况,针对几种不同的新风装置改造方案,确定了风速测点位置。
原设计与方案1受现场条件限制,没有合适的位置进行风速测量,只能选择进风口与风管连接处进行测量。
同时了解到测量断面下部法兰连接处安装有挡流板,形状如图6-1所示。
根据对此段管路的气流流动仿真可知,测量断面受挡流板节流作用的影响,存在较强烈的涡旋和回流现象,严重影响了测量精度。
图6-1原设计与方案1的风速测点位置
方案2、方案3和方案4都有软管与进风管道相连,因此在软管上对进风量进行测量,测量断面上的测点布置见图6-2。
图6-2方案2、方案3和方案4的风速测点位置
图6-2中的虚线表示把直径150㎜的圆面积三等分的三个圆;细实线的三个圆表示风速测点所在的圆,位于两个外圆环的中心及内圆直径的一半位置;处于同一层的三个风速测点位置之间的角度为120度。
6.1.2测试数据
测试所使用的TSI8386多参数通风测试仪和KANOMAX风速仪(MODEL-6631)的量程均为50m/s,在对原设计和方案1的进风量测试中发现,有多处测点超过了量程。
对超过了风速仪量程的测点,均以50m/s的风速代替。
此外,使用毕托管和电子微压计对有测点超过量程的方案重新测量。
新风装置的风机分高、低两档风速,同时新风装置进风口靠近空调机组冷凝器,开启空调机组后冷凝风机对新风装置的进风量也会有一定的影响。
因此,对各方案(除方案4外)分别测量了四种工况的进风量。
表6-1新风装置进风量第1次静态测试结果
序号
改造方案
列车车型
进风量
(m3/h)
进风段静压
消耗值(Pa)
工况
备注
1
原设计
4号车T2
2419
2800
低档风速
不开空调
测点断面
250×150㎜
风速仪测试
3051
2733
低档风速
开空调
2485
2900
高档风速
不开空调
2512
2833
高档风速
开空调
4091
2933
高档风速
不开空调
测点断面
250×150㎜毕托管测试
4955
2677
高档风速
开空调
2
方案1
6号车M3
2675
2833
低档风速
不开空调
测点断面
250×150㎜
风速仪测试
4334
2867
低档风速
开空调
3273
2800
高档风速
不开空调
3410
2867
高档风速
开空调
3551
2867
低档风速
不开空调
测点断面
250×150㎜
毕托管测试
5000
2900
高档风速
不开空调
2894
2867
高档风速
开空调
3
方案2
3号车M2
1324
1333
低档风速
不开空调
测点断面
φ150
945
1367
低档风速
开空调
1633
1333
高档风速
不开空调
1594
1367
高档风速
开空调
4
方案3
7号车M4
1316
565
低档风速
不开空调
测点断面
φ150
1260
575
低档风速
开空调
1193
559
高档风速
不开空调
1316
577
高档风速
开空调
1717(排风)
/
高档风速
不开空调
测点断面
150×150㎜
2217(排风)
/
高档风速
开空调
5
方案4
5号车T3
233
3433
低档风速
测点断面
φ150
271
3367
高档风速
8号车T4
242
3400
低档风速
267
3400
高档风速
6.1.3测试结果分析
(1)原设计的进风口和方案1没有合适的直管段进行风量测试,加之挡流板对测点风速的影响,使得无法对这两种方案的送风量进行准确的测量。
而方案2、方案3和方案4由于在软管上测量风速,气流较稳定,没有测试数据超出仪器量程的现象出现,因此其测试数据较准确。
(2)方案2的新风量稍大于设计风量,方案3的新风量稍小于设计风量;而方案4由于管路长,加之有局部变径,使得其沿程阻力和局部阻力都较大,其新风量也远小于设计值,不到设计风量的20%。
(3)从测试结果来看,空调机组开启与否对新风装置的进风量没有大的影响。
6.2动态测试
6.2.1测试方案
此次动态测试分别对四节车厢的四种不同的新风装置进风口进行了测试,测试的具体车型及其新风装置改造方案见表6-2。
表6-2测试车型的新风口改造方案
车号
3号车
4号车
5号车
6号车
车型
M2
T2
T3
M3
改造方案
方案2
原设计
方案4
方案1
根据现场条件,制定了相应的测试方案。
针对3号车(方案2)和5号车(方案4)连接有一段软管的特点,决定在软管上布置测点。
首先加工制做两个与软管直径(Φ150)相同的铁皮风管,在其内部根据一定的规则焊接9根长短不一的金属棒。
测试时,将风速仪探头固定在金属棒上,再将铁皮风管与软管相连接。
铁皮风管中风速仪的位置跟据以下原则确定:
(1)图1中虚线表示把直径150㎜的圆面积三等分,三个圆的直径分别为86.6㎜、122.4㎜和150㎜;
(2)图1中细实线表示风速仪探头所在的圆,位于两个外圆环的中心及内圆直径的一半位置,三个圆的直径分别为43.3㎜、104.5㎜和136.2㎜;
(3)各金属棒之间的角度为40度。
图6-33号车(方案2)和5号车(方案4)的风速测点布置
根据4号车(原设计)和6号车(方案1)的现场条件,决定在不锈钢风管中布置8个风速测点进行测试。
首先用细金属棒焊接一个架子用以固定风速仪探头(具体尺寸见图2),并将架子焊接在一块不锈钢板底座上。
测试时先将风速仪探头固定在架子上,之后在风管侧壁开一小洞,将架子伸入风管中,利用架子的底座将所开的洞口遮住,再用铆钉将其固定在风管侧壁上。
图6-44号车(未改造)和6号车(方案1)的风速测点布置
6.2.2测点布置与测试数据
6.2.2.13号车(方案2)新风量测试数据
图6-53号车(方案2)的系统布置与风速测点
表6-3方案2新风量测试数据
车号
列车时速(km/h)
测试风量
(m3/h)
平均风量
(m3/h)
备注
ZE201003
0
1634
1681
1556
测点断面
φ150
1755
1654
160
1525
1525
180
1532
1524
1536
1541
1487
200
1493
1493
6.2.2.24号车(原设计)新风量测试数据
图6-64号车(原设计)的系统布置与风速测点
表6-4原设计新风装置的新风量测试数据
车号
列车时速(km/h)
测试风量
(m3/h)
平均风量
(m3/h)
备注
ZE201004
0
3070
3092
3212
测点断面
250×150㎜
3102
3104
160
3228
3228
180
3254
3272
3291
3292
3250
200
3255
3255
6.2.2.35号车(方案4)新风量测试数据
图6-75号车(方案4)的系统布置与风速测点
表6-5方案4新风量测试数据
车号
列车时速(km/h)
测试风量
(m3/h)
平均风量
(m3/h)
备注
ZE201005
0
258
263
276
测点断面
φ150
267
120
267
267
180
280
284
288
200
289
289
6.2.2.46号车(方案1)新风量测试数据
图6-86号车(方案1)的系统布置与风速测点
表6-6方案1新风量测试数据
车号
列车时速(km/h)
测试风量
(m3/h)
平均风量
(m3/h)
备注
ZE201006
0
2863
2844
3060
测点断面
250×150㎜
2824
120
2818
2818
180
3024
3193
3362
200
3386
3386
6.2.3测试结果分析
在原设计的进风口及方案1和方案2的测试中,均有风速测点超过仪器量程的情况出现,超量程的测点以风速仪的最大量程25m/s来计算风量。
与第1次静态测量相似,此次动态下测量,原设计和方案1的风速测量位置仍然不理想。
受挡流板和弯头的影响,测量断面处气流不稳定,测量结果不够准确,不能完全以此对这两种方案作出评价。
尽管如此,测量结果仍然可以反映出几种方案进风量的差别,以及列车时速对新风装置进风量的影响。
在新风量方面,由于方案4的风管管路最长,沿程阻力最大,因此在四个方案中,其风量值是最小的,平均风量仅为276m3/h。
方案2的平均风量为1556m3/h,高于设计新风量。
而原设计的新风口和方案1由于测试位置的影响,测量结果不够准确,测试值不能反映其真实的进风量。
图6-9新风量随列车车速的变化曲线
从图6-9可以看到,除方案2的新风量随列车速度提高稍有减小外,其余三个方案的风量随列车速度提高都有所增加。
新风量在列车时速200km/h和静止状态下比较,方案2减小了11.2%,而方案1、方案4和未改造的新风口的风量分别增加了19.1%、9.9%和5.3%。
通过以上分析可以得出以下结论:
(1)方案4的新风量偏低,而原设计的新风口和方案1的新风量偏高,方案2的新风量比较适中。
除方案4外,其余三个方案都能满足该型列车车厢对新风量的需求。
(2)列车速度提高对各种新风装置新风量变化的影响程度不同。
列车速度对方案1的新风量的影响较大,而对其它三个方案的新风量的影响比较小。
在列车时速200km/h时和静止状态时比较,方案1的新风量增加了19.1%;而其它三个方案的新风量变化在10%左右。
(3)对原设计的进风口和方案1的测量受现场安装条件的限制,测量结果仍然不够准确,需要改进试验条件,以便对其进风量作出准确的测量。
6.3第2次静态测试
针对前两次风量测量中出现的问题,在列车静止状态下,又对方案1和方案4的新风装置进风量进行了一次测量。
6.3.1测试装置及测点布置
对于方案1,将进风口取下并用一段1m长的软管将进风口与新风装置相连,风速测点布置在软管上。
风速测试仍采用KANOMAX公司的System6242(Model1550)型多通道气流分析仪,测试装置与测点布置见图6-10。
图6-10方案1测试装置与测点布置
对于方案4,不接进风口,只将一段8m长的软管接在新风装置上进行测量,风速测点布置在软管上,测试仪器与方案1相同,测试装置与测点布置见图6-11。
图6-11方案4测试装置与测点布置
6.3.2测试数据
考虑到方案1进风口装有3个滤筒,因此对该方案分别在3个滤筒、2个滤筒和1个滤筒的情况下进行了进风量测试。
测试2个滤筒的工况时,从进风口上取下一个滤筒,并将该滤筒的进风口封死。
测试1个滤筒的工况时,做法与此相同。
在对方案1和方案4的测量中发现,风速测量值比较均匀并且没有超出仪器量程的情况出现,因此测量结果比较准确可靠,具体结果见表6-7。
表6-7新风量测试数据
序号
改造方案
新风量(m3/h)
备注
1
方案1
1440
3个滤筒
2
1337
2个滤筒
3
1449
1个滤筒
4
方案4
1374
8米软管
6.3.3测试结果分析
通过对测量结果进行分析,可以得出以下结论:
(1)新风装置设计新风量为1440m3/h,方案1恰好能满足该要求。
通过对方案1三种工况的测试,发现进风量几乎没有差别。
(2)方案4在只接8m软管的情况下,风量达到了1374m3/h,接近于设计风量,而远大于前两次测试的风量。
说明方案4在实际安装中存在的变径等局部阻力对风量影响很大,是导致其风量偏低的直接原因。
(3)方案4对原设计方案改动较大,管道的局部阻力较大,造成其进风量偏低。
由于方案4的连接管道较长,占用的空间及穿越的设备都比较多,在不对原有新风装置及其它相关设备进行大的改动的情况下,其进风量很难满足设计要求。
7车厢内粉尘浓度测试
除了新风量的大小以外,新风装置进风的品质也是人们比较关心的问题。
在之前进行的试验性运行中发现,在部分路段中车厢内有明显的灰尘弥漫的现象,说明新风装置在引进新风的同时,也带进了大量的灰尘,严重的污染了车厢内的空气。
针对这种情况,四种改造方案试图采用不同的方法来达到提高新风品质的目的:
方案1采用安装了滤纸的过滤筒作为进风口,方案2采用防水防沙的进风口,方案3从设备舱内进风并设过滤网,方案4将进风口引至空气质量相对较好的车顶。
2006年12月6日CRH2-010号动车组在胶济线即墨至济南东间进行了一个往返的运行试验,其间对车厢内的粉尘浓度进行了全程的监测。
在大气中的悬浮颗粒物中,通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为PM1O,又称为可吸入颗粒物或飘尘。
可吸入颗粒物(PM1O)在环境空气中持续的时间较长,对人体健康影响很大,因此本次测试选择10
的粉尘采样口,监测车厢内粒径小于10
的粉尘的浓度。
7.1国家标准的相关规定
《公共交通工具卫生标准》(GB9673-1996)适用于旅客列车车厢、轮船客舱、飞机客舱等场所,它规定了旅客列车车厢、轮船客舱、飞机客舱的微小气候、空气质量、噪声、照度等标准值及其卫生要求。
其中对可吸入颗粒物的要求见表7-1。
表7-1《公共交通工具卫生标准》对可吸入颗粒物浓度的规定
项目
旅客列车车厢
轮船客舱
飞机客舱
可吸入颗粒物(mg/m3)
≤0.25
≤0.25
≤0.15
7.2测试数据
7.2.1各节车厢在行驶区间内可吸入颗粒物浓度的变化
图7-1即墨—济南东运行区间各车厢内可吸入颗粒物浓度变化曲线
从图7-1可以看到,在即墨—济南东运行区间内,各列车厢内可吸入颗粒物浓度都有不同程度的增加,而其增加幅度又由于新风装置改造方案的不同而有很大差异。
采用方案1的M1车可吸入颗粒物浓度增加幅度最小,由0.089mg/m3增至0.362mg/m3,增加了3.1倍。
而可吸入颗粒物浓度增加幅度最大是采用方案3的M4车,其浓度值由0.258mg/m3增至3.219mg/m3,增加了11.5倍。
在整个运行区间内,采用方案1的M2车和M3车可吸入颗粒物浓度最低,浓度值维持在0.089~0.428mg/m3之间;其次是T3车(方案4)和M2车(方案2),然后是T2车(原设计),而M4车(方案3)效果最差,其最大浓度值达到了3.219mg/m3。
应当指出的是,在列车运行过程中,新风口没有进行改造的T2车有较严重的粉尘弥漫现象,车上工作人员感觉其粉尘浓度明显高于M4车,但测试得出的可吸入颗粒物浓度却低于M4车。
分析其原因在于T2车内的粉尘粒径较大,已超出了所使用的粉尘检测仪的测量范围,所测得的可吸入颗粒物浓度已不能反映该节车厢内真实的粉尘浓度。
从图7-1可以看到,在潍坊东站前和淄博站前后,车厢内可吸入颗粒物的浓度值升高较快,说明这两个区间内路基两旁的沙尘较多,对车厢内空气质量的影响较大。
图7-2济南东—即墨运行区间各车厢内可吸入颗粒物浓度变化曲线
从图7-2可以看到在济南东—即墨运行区间内,各车厢内可吸入颗粒物的浓度,除M2车(方案2)在临淄—潍坊区间有所增加外,其余各节车厢均呈下降趋势。
其中采用方案1的M2车和M3车的可吸入颗粒物浓度最低,浓度值在0.32~0.157mg/m3之间。
新风口没有改造的T2车可吸入颗粒物浓度最高,浓度值在2.634~1.372mg/m3之间。
7.2.2不同运行区间列车内可吸入颗粒物浓度的分布
图7-3不同运行区间列车内可吸入颗粒物浓度分布曲线(即墨—济南东)
从图7-3可以看到,在不同的运行区间,列车内可吸入颗粒物的分布浓度具有一致的规律性,即采用方案1的M1车和M3车浓度最低,其次是采用方案2的M2车和采用方案4的T3车,而采用方案3的M4车和原设计的T2车浓度最高。
图7-4不同运行区间列车内可吸入颗粒物浓度分布曲线(济南东—即墨)
从图7-4中可以看到,在济南东—即墨运行区间内,采用方案1的M1车和M3车的可吸入颗粒物浓度仍是最低的,且变化幅度也是最小的。
7.2.3静止状态下列车内可吸入颗粒物浓度分布
图7-5即墨站和济南东站列车内可吸入颗粒物浓度分布曲线(静止状态)
图7-5为列车在即墨站和济南东站处于静止状态时的可吸入颗粒物浓度分布。
从图7-5中可以看到,列车在即墨站出发前,各节车厢内可吸入颗粒物的浓度分布比较均匀,且都处于较低的水平,处于0.054~0.252mg/m3之间,基本在国家标准的范围内。
在经过一个行程到达济南东站后,列车内可吸入颗粒物的浓度发生了明显的变化,都有不同程度的升高,其中采用方案1的M1车和M3车浓度最低,分别为0.252mg/m3和0.584mg/m3;而未改造的T1车浓度最高,达到了1.846mg/m3。
同时还可看到,车厢内的可吸入颗粒物浓度均低于外界空气中的浓度,说明列车空调系统内的过滤网对悬浮颗粒有一定的过滤作用。
7.3测试结果分析
(1)在动态试验的过程中,相对于国家标准《公共交通工具卫生标准》中的相关规定,各节车厢的可吸入颗粒物的浓度都有不同程度的超标。
相比较而言,新风口采用方案1的车厢内可吸入颗粒物浓度最低,采用原设计新风口和方案3的车厢内可吸入颗粒物浓度最高。
(2)在即墨—济南东运行区间,车厢内可吸入颗粒物浓度逐渐上升;而在济南东—即墨运行区间,车厢内可吸入颗粒物浓度又逐渐下降,说明铁路沿线的沙尘状况直接影响到车厢内可吸入颗粒物的浓度。
(3)此次试验过程中,部分车厢已经出现沙尘弥漫的现象,超出了测试仪器的量程范围,已无法对其进行准确的评价
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