铁路客车单元式空调机组性能检测装置的研制

2 检测原理
211 制冷量测量原理 图 1 为检测装置热工系统图, 空调机组蒸发器
图 1 热工系统及测点布置
空调过程中, 空气状态变化过程可视为定压过 程, 根据热力学观点, 定压过程中流体的热量得失等 于过程始终的焓差。因此, 空调过程中的热量可用 焓差来表示。通过测量处理空气前后状态的焓差来 计算过程的热量, 这种方法称/ 空气焓差法0。本检 测装置将空气焓差法作测量空调机组制冷量的主要 方法, 称为/ 主测法0, 在冷凝器侧, 空气状态变化过
图 5 压力分布图
按 T B/ 24305铁道客车车顶单元式空调机组型 式与基本参数6规定, 空调机组的名义工况制冷量允
时标定零点。 ¼经反复筛选, 选取特性相近的温度 传感器作为进出口湿球温度传感器。
许偏差为 - 5% 。当 湿球温 度测 量误差 累计超 过 013 e 以上时, 将导致错误的试验结论。因此, 必须 提高湿球测量的准确性, 做到以下几点: ¹ 控制湿球 风速在 5 m#s- 1 左右。 º 采用准确度 ? 013 e 或更
[ V l ( 1 + d l ) ] - 1 = 112 kg # m- 3 , 则 d Q 0 / d t s = ? 519 或 dQ 0 = ? 519d t s
由 d Q 0 / Q 0 = ? 519dt s/ Q 0 得: 当 $t s = 011 e 时, $Q 0 / Q 0 = ? 519 @ 011/ 40 = ? 115% 。 即湿球温度偏差 011 e 时, 导致制冷量测量误 差 ? 115% 。若 di 2, di 1 出现反向偏差, 则制冷量误 差更大。
图 2 空气处理过 程
21211 主测制冷量的计算公式 ( 1) 湿空气的状态参数关系式( 略) ( 2) 蒸发器风量公式
L E, i = C # A l 2 # $Pl # V l
( 1)
V l = 101 325 V cl/ ( 1+ dl ) 式中, L E, i ) ) ) 单个喷嘴空气流量( m 3#s- 1 ) ;
C ) ) ) 流量系数, 取 C = 0199 ; A l ) ) ) 喷嘴喉部面积( m2 ) ;
$P l ) ) ) 喷嘴前后静压差( Pa) ; V l ) ) ) 喷嘴处空气比容( m3 #kg- 1 ) ;
V cl ) ) ) 在喷嘴 进口干湿球温度 下标准大气
压时空气比容( m3#kg- 1 干空气) ; d l ) ) ) 喷嘴进口处空气含湿量( kg#kg- 1 干空
根据 T B/ T 2432-93 规定, 单元式空调机组名义 试验工况为: 蒸发器进风干球温度 29 e , 相 对湿度 60% ; 冷凝器进风温度 35 e 。蒸发器进风参数通过 调节加热加湿器来控制, 冷凝器进风温度通过调节 空调冷风机的供冷量控制。由于采用了前述一系列 控制技术, 同时考虑到了空气温湿度的关联特点, 试 验调节过程较短。被控参数温湿度的过渡过程曲线 如图 4。温度参数过渡时间 S [ 016 h, 最大超调量 [ 2 e , 静差 ? 1 e 。相对湿度参数过渡过程时间 S [ 015 h, 最 大超 调 量 [ 5% , 正静 差 2% , 负 静 差 3% 。试验系统过渡过程时间均小于 1 h。 31113 试验系统额定风量调节
注: N = 181 9 kW
6 01 8 6 01 9 6 01 2 6 01 8 6 01 9
i1 kJ # kg- 1
6 81 1
1 09
由于测试系统热惯性较大, 因此采用带预估计 校正的算法来控制加热加湿器。考虑到全年环境温 湿度差异大且空调机组更换造成测试系统动态特性 改变, 为提高检测精度和速度, 在控制中增加自适应 调节功能。同时, 根据图 2 空气处理过程的实际, 用 串接调节方式提高调节品质, 其它各单回路控制采 用 PID 调节。
4 试验结果
表 1 列出了 KLD40 机组的试验参数。
高的湿球温度计。 » 空调机组进出口湿球温度要同
表 1 KLD40 机组试验参数
序号 t1/ e
进口 t s1 / e 7 1 / ( % )
1 2910 2311
2 2912 2310 3 2911 2313
4 2910 平均 2911
2 31 1 2 31 2
出口为正压段, 风道中的处理空气向外泄漏; 而从流 量测量段中部至辅助风机入口多为负压段, 环境空 气渗入风道内。由于泄漏的存在, 减少了空调机组 的实际风量。制冷量测试结果偏小。
3 系统试验与分析
311 测试系统的参数控制 31111 蒸发器侧入口空气零压调节
空气在环路式风道流动时, 因克服阻力或接受 风机的动力, 压力不断变化。但由于压力变化量相 对大气压力极小, 故仍视为定压过程, 这是焓差法测 量空调机组制冷量的前提。为了模拟客车车厢内的 空气状态, 需要将空调机组入口空气的压力调节到 大气压力。此外, 湿空气的状态参数与其对应的空 气压力有关, 将入口空气压力调节为大气压力, 更方 便求解湿空气的状态参数, 用微压差计测量时, 入口 压力的测量值为/ 零压0。零压的调节通过改变辅助 风机转速和环路式风道的阻力特性实现。 31112 试验工况调节
( 9)
在式( 3) 中, 由于 [ V l ( 1 + dl ) ] - 1 U 112, 故假定此
项为常量, 对两边求导数:
dQ0 / dts =
L 0 ( di1/ dts - d i2/ d ts) V l( 1 + dl )
( 10)
单 独 分 析 i 1 ( 或 i 2 ) 的 影 响 时, 可 假 定
气) ;
p l ) ) ) 喷嘴前空气压力( Pa) 。
n
E 总风量 L 0 =
L E, i
( 2)
i= 1
( 3) 制冷量公式
Q0 =
L0 ( i1 - i2 ) V l( 1 + dl )
kW
( 3)
21212 辅测制冷量计算公式 ( 1) 冷凝风量计算公式
L c, i = 7 # A c 2 # $P c # V c
( 11 中南大学铁道校区 机电学院, 湖南 长沙 410075; 21 武昌车辆段, 湖北 武汉 430064)
摘 要: 客车空调机组的生产厂家在某产品出厂 之前或 引进新产 品试制 时, 都必 须对客车 空调机 组进行 性 能试验, 以保证其产品 质量。车 辆运用部门也必须对 其使用 的空调机 组进行 定期检 修和进 行性能 试验, 保证 列 车空调安全可靠运行。作者根据铁道部标准 / T B/ T 2432- 93 铁道 客车单 元式空 调机组 试验方 法0 研制 了铁路 单 元式空调机组性能检测装置。该装置采用 / 空气焓差法0 作为主测方法, / 空气温差 法0 作为辅 助方法。采用 计 算机 数据采集系统和计算机全自动控制, 因此该装 置可自 动采集 数据, 实时 记录空 调机组 性能, 并能 保存历 史 数据 , 操作界 面友好。文中详细的介绍了制冷量 的测量 原理, 微机 测试及 控制原 理, 并对 传感器的 布置, 试 验 工况的调节进行了说明, 分析和讨论了漏风量和湿球 采样误 差对试验 误差的 影响, 指 出了该装 置在设 计和操 作 过程中应注意的问题, 为进一步完善这类检测装置提供了有益的资料。
总风量 L c
对于 KLD29 型空调机组
L c = L c, 1
对于 KLD40 型空调机组
2
E L c =
L c, i
( 5)
i= 1
( 2) 冷凝器放热量
Qc =
L cCp( t4 - t3) V c( 1 + d 3)
kW
( 6)
式中, Cp ) ) ) 干空气比热( 1101 kJ#kg - 1 e ) ;
di 2 / dt s ( 或 di 1 / dt s ) = 0, 则有:
dQ0 / dts =
?
L 0( di1/ d ts) Vl ( 1 + d l)
( 11)
1 10
中国铁道科学
第 22卷
式( 11) 中, / + 0为 i 1 的影响, / - 0 为 i 2 的影响。 将式( 9) 代入式( 11) 得: d Q 0 / d t s = ? 2195L 0 / [ V l( 1 + d l ) ] 对于 K LD 40 机组, L 0 = 6 000 m3 # h- 1 , 取
( 4)
式中, L c, i ) ) ) 单个冷凝风机的风量( m3#s- 1 ) ;
7 ) ) ) 流量系数, 取 0198; A c ) ) ) 流量测量装置的断面积( m2 ) ;
$P c ) ) ) 流量测量装置的进口静压( Pa) ; V c ) ) ) 冷凝器进口空气比容( m3#kg- 1 ) 。
图 4 温湿度调节曲线
31212 湿球采样误差的影响
由主测制冷量公式可知, i 2 、i 1 对 Q 0 值影响较
大。而 i 2 、i 1 主要受相应的湿球 温度的影响。湿球
温度在 10 e ~ 25 e 范围内时, 近似地有:
i = at s U 2195t s
( 8)
可见, di / dt s = 2195
第22卷, 第3期 20 01ห้องสมุดไป่ตู้年 6月
中国铁 道科学 CH INA RAIL WAY SCIENCE
Vol1 22 N o13
June, 2001
文章编号: 1001- 4632 ( 2001) 03- 0107- 05
铁路客车单元式空调机组性能检测装置的研制
陈焕新1, 胡益雄1, 向献红1 , 李宁一2
d 3 ) ) ) 冷凝进风的含湿量( kg#kg- 1 干空气) 。