一种客车多功能送风装置的设计

潘鸣宇 霍天枢

（长春中车轨道车辆有限公司，吉林 长春 130012；吉林广播电视大学，吉林 长春 130012）

随着时代和经济的发展，铁路运输及旅游市场不断壮大，乘客对铁路客车的功能有着越来越多的诉求，空调送风装置作为铁路客车重要的组成部分之一，送风装置直接关系着车内空气的流动性，从而影响车内环境的舒适度，同时送风装置必须满足在铁路客车运行时车内温度与空气环境的要求。就此本文根据送风装置应用于客车设计的现实需求，阐述了客车风道的设计概念，对多功能静压风道型送风装置的结构进行了设计分析，实现了硬座车区域送风、硬卧与软卧区域送风以及自由区域送风，使其满足整车各区域的均匀送风。

一、风道的设计概念

客车风道设计采用变截面风道、静压风道等类型。在已有的设计结构中，为了使客车各空间同时均匀出风，需在风道中加大量调节装置，而这种方法往往降低了风道本身的工艺性能，使风道结构复杂化，导致成本上升安全性下降；另外在实际运用过程中，因为风道断面内加入了大量复杂结构导致沿程阻力过大，为了克服阻力过大又需要加大送风风速与压头，这样最直接的后果是使风道在送风过程中产生振动导致更大的噪音，同时从送风的客室始端到末端会出现温度不均匀的现象。本文以25型车平台为基础，根据客车风道的功能特点设计了多功能送风装置，该装置应用于整车中能够为各种功能区域送风，实现分别为硬座、硬卧、软卧与自由区域均匀送风。同时通风系统还能够为乘务员室送风、洗面室送风、卫生间强制排风、配电柜强制排风以及电开水器排风。采用平台中经典的条缝式静压风道设计，风道结构中的设置分为主风道与静压腔，通过减少复杂调节装置的设计，使风道有很好的送风均匀性，可以有效的降低所需送风机压头。送风具体形式有顶板可调格栅送风、车顶条缝式风口，顶板可调百叶式送风等形式；回风具体形式有顶板格栅回风；排风具体形式为格栅与多孔板风口。从而保证其在结构简单且工艺性好的前提下满足整车各区域的均匀送风从而达到高性价比。

二、风道结构的计算分析

1、风道主要结构的设计计算

已知条件：空调机组额定送风量，客车内有效的风道可用容积。

依据TB/T 1951-87《空调客车设计参数》要求：

客室内微风速夏季不超过0.25m/s；

冬季不超过2m/s；

送风道内风速5-8m/s；

回风道内风速3/5m/s；

送、回风口处风速1-3m/s。

在不影响总体性能的前提下简化模型，部分数据取近似值进行计算。

（1）主风道相应参数的确定

根据车辆总体要求总风量为L=4500m3/h，依据客车设计参数要求可设主风道最高风速为v=8m/s，由此得出主风道所需截面积为S=0.156m2，即主风道设计截面的理论面积S必须大于0.156m2才能满足需要。

设计上采用了在客室顶板和碳钢车车顶间的空间作为风道布置空间。为了充分利用此空间，采取风道顶与车顶随形的形式，最大限度上利用车顶空间，同时支风道送风采用了灯带隐蔽式送风口结构，在隐蔽的前提下最大化地利用了客室空间。最后在气流经过了风道结构的引导与处理后经过灯带腔体再次被处理为稳定的气流，使其变成更为稳定柔和的微风进入客室环境，气流在风道末端出风口向下通过可调节格栅送入包间。图1所示为风道截面及相应参数表示。

图1 风道截面及相应参数表示图

c为风道总宽度，mm；

a为主风道宽度，mm；

b为风道高度，mm；

A为主风道向静压腔送风的条缝宽度，mm；

B为向客室送风的灯带开口宽度，mm；

R为随车顶形的风道顶部圆弧，mm；

v1为主风道向静压腔送风的风速，m/s；

v2为静压腔内风速，m/s；

pd2为静压腔动压，pa；

pd3为风道送风口动压，pa。

由车辆断面已将c、R两变量确定，由经验取值a=800mm，b=270mm，由风道断面结构可得出主风道截面积为S=0.209m2，相应可求取主风道风速为v=6m/s，在铁标要求内利用反求法得出a、b的值，再利用a、b推导出静压腔宽度。

（2）主风道风速的确定

在考虑主风道与静压腔之间保持一定静压且最大程度上降低主风道噪声等级的前提下由经验取值v1为5.5m/s，总风量L=4500mm3/h经由主风道均匀向两侧静压腔送风所需的面积为S≈0.23m2。送风装置布置中静压条缝风道的总长度为13m，主风道向两侧静压腔送风占用的总长度为L1，按照风道总长度的60%选取的话，则有：

包间送风风口面积为SF=0.6m2

（3）静压腔风速与动压

在客车静压风道送风原理中要求静压风道内的流体流速尽量小。由相应的设计结构尺寸推导出：

静压腔风速v2≈0.33m/s

静压腔流体动压Pd2=1/2×ρ×v22=0.07Pa

全压中动压占比越小，则整体越趋近于静压，从而利于均匀送风。

（4）送风口风速与动压

静压腔出风口风速为v3，相应动压为Pd3。风道采用条缝出风结构，该风速直接影响客室内微风速、出风口噪音及客室温度传递效果。应用反求法先设定条缝送风速度，由铁标相关要求，选取出风口风速为v3=2m/s，最后由风口宽度、静压腔长度等参数确定出风口风速v3=1.3m/s，出风口动压为：

2、风道内部结构的优化

条缝式静压风道设计如图2所示，支风道距静压腔的起始端距离为Q，由于进入静压腔的流体具有一定惯性，进入静压腔后则继续向后流动，这个惯性造成的空气流动影响了进入支风道的空气流量；若进入静压腔后在某点的风速为va，则该点相对于静压腔内的横向风速为vc，纵向风速为vb，在空气混合及其它阻力的作用下vb随行程的增大而衰减至零，从而影响风速的均匀性。

图2 条缝式静压风道的送风形式

若使支风道距静压腔的起始端距离Q增大，且在主风道前端条缝处设置适当形式的挡风板，可通过对挡风板的数量及高度的更改来调节风道起始段静压腔的风量分配；在静压腔中设置适当形式的多孔板，多孔板将静压腔分割为与条缝出风口相连的送风段和单独隔开的静压腔平缓气流段，平缓气流段中的气流通过多孔板进入送风段，再与主风道进入的气流混合成更为稳定的气流组织进而从出风口送出。

三、送风装置的具体实现

多功能送风装置分别实现了座车区域送风、硬卧与软卧区域送风以及自由区域送风，如图3所示。

图3 多功送风装置布置

座车区域和自由区域送风结构为两侧支风道向客室送风，送风装置起始段为座车送风区域，同时单独为乘务员室送风，该段尽量减少了导流板，减少了后方送风道的各段送风阻力，如图4所示。

图4 座车区域送风断面

硬卧与软卧送风区域由主风道下部向下方送风，其中硬卧部分风口格栅有一定调节功能，软卧部分为隐蔽条缝式风口，在整个风道结构末端有送风软管为洗面室送风，如图5与图6所示。

图5 硬卧区域送风断面

图6 软卧区域送风断面

送风风道主体为条缝式静压送风风道，中间为主风道，两端为静压腔，后端卧车部分为主风道的延续，直接从主风道下方向客室送风，通过特殊的调节装置对卧车的气流稳定性进行调节。

四、结束语

本文阐述了客车风道的设计概念，设计了一种多功能静压风道型送风装置结构，完成了对风道结构的计算分析，通过计算出主风道风速以及静压腔的风速和动压，确定了送风口的风速和动压，并对风道内部结构进行优化设计，使更为稳定的气流组织从出风口送出。文本所设计的客车风道在保证在结构简单且工艺性好的前提下，能够满足整车各区域的均匀送风达到高性价比。另外，在达到多功能送风的设计要求前提下，可加入更多自动化控制的风门或手动控制的风量调节阀从而使客室气流均匀性和空气品质达到更高的水准。

参考资料：

[1]陈秀芳.窄轨客车空调静压风道设计研究[J].铁道机车车辆,2013，(5)：49-52.

[2]尤立伟.地铁列车空调系统送风风道气流组织模拟及优化[J].2016，(3)：39-43.

[3]陈建云.地铁列车空调均匀送风风道概述[J].2017，(4)：53-59.

[4]于淼.卧铺车风道送风均匀性研究[J].2017，(1)：41-43.