某飞机空调车通风系统的测试研究分析

李云鹏，欧阳惕，林创辉，张晓艳，刘鑫龙

( 广东申菱空调设备有限公司，广东 佛山 528313 )

某飞机空调车通风系统的测试研究分析

李云鹏，欧阳惕，林创辉，张晓艳，刘鑫龙

( 广东申菱空调设备有限公司，广东 佛山 528313 )

[摘要]阐述了某飞机地面空调车通风系统的工作原理和罗茨鼓风机的选型，并针对该通风系统进行试验测试验证，得出该通风系统的可行性，并验证了罗茨鼓风机的出风风压对出风风量的影响是微乎其微的，出风温度随着出风风压的增大而升高，该型号的罗茨鼓风机温升可达40℃，并对罗茨鼓风机的改进提出一些看法，建议在罗茨鼓风机设计过程中考虑降低其温升或通过某种方式对热量进行回收再利用。

[关键词]飞机地面空调车；通风系统；罗茨鼓风机；风压；风量；温升；

引言

飞机地面空调车的主要作用是将适宜温度和一定流量的空气送往飞机驾驶舱、电子设备舱，以保持飞机内部的温度、湿度在规定的范围之内,使用空调车可以使飞机飞行员进入座舱后保持良好的精神状态，可以使电子设备的工作环境温度得到控制；保证其正常工作，提高设备工作可靠性,延长工作寿命*；而根据不同机型所需要的风压风量的不同又会产生多种系列的飞机地面空调车。不同的飞机空调车所设计的通风系统也不尽相同，近几年，由于积极引进国外先进技术，国内的飞机地面空调车有了很大的发展，形成了DTCQ系列和ACM系列以及K/VKT系列产品，供风压力从10～40 kPa，供风风量从250～18000 kg/h不等[1]。而对于整个通风系统，风机的选择尤其重要，对于高风压的送风，采取的是罗茨鼓风机送风，其为容积式风机，是靠叶轮转动利用其与机壳之间的密闭性空间将空气挤出去。

1飞机地面空调车

飞机地面空调车主要包含动力系统、通风系统、制冷系统以及电控系统。

其中动力系统为飞机空调系统提供动力支持，是由发动机、发电机组、控制系统组成；

制冷系统为机舱提供冷热适宜的空气，确保机舱内的温湿度以及空气的洁净度；

电控系统是控制飞机空调车内各用电部分的运行，接受各传感器、控制其的反馈信号，对系统内的传感器、电磁阀、执行器等进行控制，确保飞机空调系统有效、平稳的运行；

通风系统是将空调(制冷/制热)系统的冷热风通过加压后输送至机舱内部，包括鼓风机、过滤器、以及出风风阀等[2]。

2通风系统的设计与分析：

本文中飞机地面空调车的通风系统包括了进风过滤器、风箱、进风消声器、罗茨鼓风机、出风消声器、空调箱、出风风阀。其通风处理过程如图1。

图1　空气处理流程图

由空气处理流程图可以看出：空气通过进入过滤器到达风箱，通过进风消声器进入罗茨鼓风机加压，达到设计要求，然后通过出风消声器进行降噪处理，进入空调箱，最后从风管送风；对于整个通风系统来说，对风量和风压影响最重要的即为罗茨鼓风机，可以说整个通风系统就是在罗茨鼓风机的基础上加长管道。

由于本文研究的车载飞机空调是针对于某飞机机型而言，其送风系统应满足以下要求：可以单双风管送风，双风管下送风风压≥36 kPa，风量需达到2600 kg/h，送风温度在10℃以下，单风管下送风风压≥36 kPa，风量需达到1800 kg/h，送风温度在10℃以下；由于大风压和小风量的要求，且要求恒流量供风，而一般离心风机是针对小风压大风量，恒压风机，工作的主要参数是风压，输出的风量随管道和负载的变化而变化，风压变化不大，达不到设计要求，故采用罗茨鼓风机容积式风机，采取某品牌三叶式罗茨鼓风机，其最大风压可达40kPa，如图2所示。

图2　测试用罗茨鼓风机

3通风系统的性能测试

将整机组放入实验室，进行纯通风系统测试，设定环境干球温度为20℃，湿球温度为16℃，以便进行温升分析，其测试结果如下：

(1)测试机组能达到的最大风量；

表1机组能达到的风量

测试项目38kPa40kPa电机频率(Hz)60.0060.00电机电流(A)83.7984.2蝶阀前压力(kPa)3840风量(m3/h)2609.42610.5出风温度(℃)73.4875.51密度(kg/m3)1.011.01风机散热量40.72743.215

由于该电机采用的是45kW电机，罗茨鼓风机风机主机最高风压为40kPa,最高频率是60Hz，电机额定电流为85A，测得风机转速为1800r/min，由表1可以看出该通风系统可以达到的最大风量为2610.5m3/h，而此时密度为1.02kg/m3，可以算出此时最大质量流量为2662.7kg/h。

(2)模拟实际工况双风管的测试：

模拟实际工况下，需同时满足风量达到2600 kg/h，风压达到36k Pa，考虑整个空调机组，假设机组出风温度为10℃，此时出风空气密度为1.2 kg/m3，根据计算，出风的体积流量需达到2167 m3/h；关于风压，测试时选择接近实际的35 kPa、36 kPa、38 kPa；可以得出以下测试结果，见表2。

表2模拟实际工况双风管的测试

测试项目35kPa36kPa38kPa电机频率(Hz)50.0050.2050.20电机电流(A)58.959.662.8蝶阀前压力(kPa)353638风量(m3/h)2168.32177.82174.9出风干球温度(℃)59.9960.6263.02密度(kg/m3)1.051.051.05风机散热量29.85530.41431.706

由表2可以看出，在模拟实际双风管的工况下，将机组的频率调至50Hz、转速调至1500r/min之后，然后通过调节出风管风阀来调节出风压力使得风压分别达到35kPa、36kPa、38kPa，记录数据，此时35kPa下风量2168.3m3/h，36kPa下风量2177.8m3/h，38kPa下风量2174.3m3/h，不论风量还是风压均可以满足机组要求。

(3)模拟实际工况单风管的测试：

同理，模拟实际工况单风管，需同时满足风量达到1800kg/h和风压达到36kPa，同样假设机组出风温度为10℃，此时出风空气密度为1.2kg/m3，根据计算，出风的体积流量需达到1500m3/h；风压同样选择接近实际的35kPa、36 kPa、38kPa；可以得出以下测试结果，见表3。

表3模拟实际工况单风管的测试

测试项目35kPa36kPa38kPa电机频率(Hz)36.8036.8036.80电机电流(A)61.662.6465.64蝶阀前压力(kPa)353638风量(m3/h)1507.21501.61503.3出风干球温度(℃)56.0755.8756.77密度(kg/m3)1.071.071.06风机散热量19.24819.08719.337

由表3可以看出，在模拟实际单风管的工况下，调节出风风阀和频率使得风压分别在35 kPa、36 kPa、38 kPa，记录此时出风体积流量，35 kPa下风量1507.2 m3/h，即质量流量为1808.64 kg/h，36 kPa下风量1501.6 m3/h，即质量流量为1801.9 kg/h，38 kPa下风量1503.3 m3/h，即质量流量为1803.96 kg/h，可见，在单风管工况下风量和风压是可以满足机组要求的。

同时对比以上三个表格可以发现：

(1)出风风压与风量没有明显关系，由于整个通风系统最关键部件是罗茨鼓风机，测试整个机组的通风系统可以认为是测试加长进出风管道的罗茨鼓风机，可见，鼓风机的出风风压对出风风量的影响是微乎其微的，这主要是由于罗茨鼓风机的工作原理所致，罗茨鼓风机不同于离心风机，其是容积式风机，是靠叶轮转动利用其与机壳之间的密闭性空间将空气挤出去，对其风量影响最大的是电机的转速；

(2)由表中可以看出罗茨鼓风机的出风温度非常高，在模拟实际工况下出风温度平均温升在40℃左右，这对于空调制冷系统的设计带来一定的难度，而且可以看出，随着出风风压的增大出风温度也在升高；由于罗茨鼓风机的排气温度与容积效率和工作压力比有关，而高压比时热效率比较低，当容积效率越小、工作压力比越大时罗茨鼓风机的温升也就越高，而在较高的工作温度下，不利于转子之间、转子与机壳间的适当间隙，还会降低其他零件的可靠性，因而需考虑降低其排气温度[3]。

4结论

(1)机组的测试结果

通过对机组的测试，验证了罗茨鼓风机的出风风压对出风风量的影响是微乎其微的；罗茨鼓风机出风温度随着出风风压的增大而升高；且罗茨鼓风机的出风温升比较高，该型号平均温升可以达到40℃左右，相对于离心风机高很多；同时数据可以说明该通风系统的设计是可以满足该飞机地面空调车通风要求的。

(2)罗茨鼓风机设计的建议

通过测试发现，罗茨鼓风机的温升比较高，建议罗茨鼓风机在生产设计过程中考虑降低其出风温度或者通过某种方式进行回收再利用这些热量，如采用逆流冷却技术来降低其温升。

5参考文献

[1] 唐华杰,吴兆林,周志刚.飞机地面空调车和军用飞机地面液体冷却车的应用及发展[J].FLUID MACHINERY，2006，34(2):72-75

[2] 张晓阳.大型飞机空调车系统的设计与实现[D].电子科技大学，2012

[3] 吴建华,束鹏程.采用逆流冷却降低罗茨鼓风机(真空泵)的排气温度及噪声[J].流体机械，1995，23(12):32-35

*田泽祥,肖曙光,万景川，等.飞机地面空调车的发展与展望[R].北京:清华大学，2004：53-56

声明

为扩大本刊及作者知识信息交流渠道，加强知识信息推广力度，本刊多年来被《中国学术期刊网络出版总库》及CNKI 系列数据库、万方期刊数据库和维普中文科技期刊数据库收录，其作者文章著作权使用费与本刊稿酬一次性给付(不收版面费者和审稿费的不付稿酬)。如作者不同意文章被上述数据库收录，请在来稿时向本刊声明，本刊将做适当处理。

——《制冷》期刊编辑部

作者更正：

《制冷》期刊编辑部：

《制冷》2014年第四期刊登了我的一篇文章，其中文章的题目我写错了，特此更正："《制冷》2014年12月第四期(总129期)第31页文章的标题应为：“HFO-1234ze(E)及其与HFC-32的混合物”。

Test and Analysis on Ventilation System of an Aircraft Air-conditioned Car

LI Yunpeng，OUYANG，JING Ti，LIN Chuanghui，ZHANG Xiaoyan，LIU Xinlong

(Guangdong shenling Air-conditioning Ltd.，Guangdong Foshan 528313)

Abstract：The principle of ventilation systems of the aircraft air-conditioned car and the selection of roots blower are elaborated.For testing the ventilation system,we can get the feasibility of the ventilation system and verify that the outlet pressure of the roots blower is of very little effect on the air.Air temperature increases with the increase of wind pressure.The types of roots blower temperature rise to 40 degrees.At the same time,some suggestions on the improvement of roots blower are put forward .It is recommended to consider that in the design of roots blower process reducing the temperature or heat recovery in some way to reuse.

Key words：The aircraft air-conditioned car；Ventilation system；Roots blower；Wind pressure

[中图分类号]TU831[文献标示码]A

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.01.011

文章编号：ISSN1005-9180(2015)01-051-004

作者简介：李云鹏(1987-)，男，硕士研究生，工程师，从事空调设计工作。Email：395064134@qq.com

收稿日期：2014-11-6