双级压缩正升压流程空气制冷系统在列车空调中的应用探讨

腧报道双级压缩正升压流程空气制冷系统在列车空调中的应用探讨刘忠宝（北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系，北京100083）的关键技术难点结论认为，该空调系统能够很好地应用于列车空调包括高速客运列车空调是较有前途的绿色环保型空调。

使用的制冷以CFC―12为主，少量空调客车上使用HCFC― 2J年使用量为500吨，虽较其他空调制冷设备的制冷剂使用量来说不算大，但因泄露和每年检修时的制冷剂更换而造成的排放量为每年4吨，可列为排放大户，也是对环境的污染大户。随着我国经济建设的高速度发展，列车空调和制冷也需大力发展，而CFC―12是“蒙特利尔协议，中的a类受控物质，其受控将直接影响到铁路运输业的发展。面对这一严峻形势开发研制空调列车用的空气制冷空调器具有十分重要的意义。

空气制冷系统可应用于许多领域可在目前广泛使用其他类空调系统的场合进行空气芾少令空调器的开发工作。本文就空气制冷在列车空调中的应用做一定的研究与探讨。

靡压缩正升压流程制擂大，机组尺寸小、质量轻，适合于安装空间有限、热负荷高的列车空调。列车作为运输工美运行环境恶劣运输过程中冲击、振动大，要求空调机组运行可靠、抗冲击、振动性能好，在这方面，涡轮邝气制冷机比蒸气压缩式制冷机具有优越性=我国铁路的空调客车、保温车和冷藏车1列车空调系统基本流程为采用双级压缩正升压流程的列车空调装置的流程图，该装置能以制冷方式和热泵方式运行，可根据季节需要进行切换。

双级正升压式列车空气制冷空调系统流程示意图制冷时，外界环境空气经过过滤器Bi、三通阀F5（F5此时切断车内空气回流通道）进入一级压气机，气流在压缩入口被喷入雾状水，变为过饱和状态①‘，喷水量可由液阀F1调节，压气机的排气为饱和状态，经散热器1，工质气流被冷却，冷源为车内回风（经D2、F6）与环境空气的混合气流，然后工质气流经喷水后进入由升压涡轮驱动的双级压气机中被进一步压缩，并在散热器2中被环境空气初冷却，在进入回冷冷凝器的热通道时，大部分水蒸气冷凝为水，在水分离器中被分离，这样，工质以较低温度、低含湿量、高压力状态进入涡轮膨胀降温，出口气流经四通阀F7（F7切断外界通道）进回冷冷凝器的冷通道，吸热回温后作为空调风送入车内。空调风的温度t8’可由调节阀Dl调节，车内余压可由D2调节。系统制冷量的调节采用涡轮进口截流方式，调节阀D3的开启度由车内温度决定。这种调节方式最简单，操作方便，并能实现无级调节。这种调节方法只能向下调节。

散热器1、2不工作。系统从车内经D2、F6、f5吸进空气，经制冷系统循环后由f7排出外界环境，同时等流量的室外空气从过滤器B2与从回风口B3回流空气以一定比例混合。经F7在风扇3送入回冷器的冷通道，吸热升温后送入车内，调节方式与制冷时相同。

2基本流程参数计算根据空气制冷的基本原理及热力过程计算，这种空调装置的制冷系数为0.6―0.7，计算条件为：外界环境温度为35计算结果见表1所示。制热时的制热系数为40%，其他条件与制冷时相同，计算所得可达0.7左右，当车内温度为21°C、相对湿的制热系数为0.74.度为40%，外界环境温度一5°C、相对湿度表1制冷状态时，各状态点参数计算结果30（给定）实际制冷系数％根据列车空调的负荷和上述计算结果，就能确定系统工质的流量G例如在制冷时，一般每节车厢的装机制冷量Q为30―一个重要性能参数，也是系统设计时首先要确定的重要参数。制冷系统中各重要部件如涡轮、压气机、热交换器等的结构尺寸都只有在确定G后才能进行设计计算。

3关键技术分析双级压缩正升压流程空气制冷系统在列车空调中应用的关键技术有：喷水雾化和噪声消除。

因工质中相变成分（水）的重要作用，要求喷水的雾化程度很高，以便能使雾滴在极短的时间内吸热蒸发。因此对喷嘴的要求很高，此外，对喷水量的控制也很重要。在达到饱和喷水量后，再多喷水不但无益，反而因系统中液态水分过多而引起机械锈蚀和润滑油变稀。故在实际中的喷水量应比饱和喷水量略少。

涡轮噪声的控制直接影响到空调器的实际使用，噪声对环境也是一种污染。控制噪声有如下方法：在设计涡轮时，尽量降低其转速，这对降低涡轮的气流噪声最有效。采用航空涡轮的噪声控制技术，如安装特殊设计的消声器，将产生噪声的部件置于一封闭的内衬吸音材料的壳体内，起到隔声作用。此外，做好转动件的静、动平衡试验，调整轴承间隙适当，保持良好的轴承润滑条件，也能有效降低机械噪声。―61 4结论双级压缩正升压空气制冷系统列车空调装置由于采用了升压涡轮，功率输入容易；由于空调列车车体密封性好，涡轮噪音也不易传入，开式流程为车内提供了足够的新风。工质为空气和水，解决了CFCs问题；在作为列车空调的特定情况下对制冷系数的要求不是很高。因此，这种双级压缩正升压空气制冷系统能很好地应用于列车空调包括客运列车空调。利用双级压缩涡轮出口温度很低的条件，在所示流程基础上稍作改动，就能应用于保温车和冷藏车。

符号表等熵膨胀过程的等熵效率；各状态点温度（°C）；一级压缩机等熵压缩过程的等熵效率；各状态点相对湿度；二级压缩机等熵压缩过程的等熵效率；各状态点压力（MPa）；水分离器的除水效率；各状态点含湿量（（kgAir）；每节车厢系统工质的流量（kg焱）；各状态点焓（kjitg）；每节车厢装机制冷量（KW）；各状态点熵（kJg.K）；各状态点编号；制冷系数。