地铁车辆的空调系统制冷调试及故障分析

张致远 李春景 董建明

（南京中车铺镇城轨车辆责任有限公司 江苏南京 210000）

南京地铁一号线使用的ALSTOM电客车，每列车6辆编组，其空调机组系统采用石家庄国祥空调有限公司王牌空调。每列车包括2 台司机室空调、12 台客室空调，共有14台空调机组，全部20列车，共有280台空调机组。

笔者在实践工作中，从现场参与试验和调试，在不断地摸索中也积累了许多经验。本文旨在从地铁客室空调结构及工作原理入手，对试验调试过程中遇到的故障进行了分析探讨，并提出相关处理措施［1-2］。

1 KG44型客室空调主要结构及工作原理

1.1 结构型式

空调机组箱体结构上分为室内蒸发腔、室外冷凝腔和压缩机腔3个部分。

室内蒸发腔内有离心式通风机、蒸发器等部件；室外冷凝腔内有轴流式冷凝风机、冷凝器等部件。

风出口与回风口分别安装在空调机组的前端面与底部。冷风出风及回风通过风道与客室内部相通。

机组内设有滤尘网，打开机组盖板可进行清洗、拆换和操作，使用简单方便。

铜管以银钎焊的方式焊接成全封闭的制冷系统，作为制冷剂的R134a封闭在制冷系统管路内。

空调机组为单元式结构，安装在客室两端车顶框架内。

为抵御各种恶劣气候环境，机组壳体采用不锈钢板，机组盖板采用喷漆处理，具有高强度、轻量化和耐腐蚀等特点。

机组通过两侧翼板与车顶安装架直接刚性相连。

1.2 KG44型客室空调主要部件、原理

KG44型客室空调包括全封闭螺杆式压缩机1台、离心式蒸发风机2 台、轴流式冷凝风机2 台、冷凝器2台、蒸发器2台等主要部件。

1.2.1 螺杆式制冷压缩机

螺杆式压缩机的工作是依靠啮合运动着的一个阳转子与一个阴转子，并借助于包围这一对转子四周的机壳内壁的空间完成的。此机型采用的是型号为VSK4161-25Y 的全封闭螺杆式制冷压缩机，额定输入功率为16.7kW。

螺杆压缩机旋转方向为指定方向，反转会导致压缩机受损。VSK4161-25Y 型压缩机所用的润滑油是经BITZER指定的BSE170。

压缩机具有一个卸载电磁阀，可在任意给定时间内根据制冷负载要求改变其容量。此装置还可以在部分卸载时使压缩机启动，从而减小机组启动时对电网的冲击。

1.2.2 离心式风机

为产生把流体输送到高处或远处的能量，叶轮必须通过高速旋转时产生离心力来实现，空调系统中用作蒸发器风机。

通风机（蒸发风机）为直联多叶片式离心风机，它由电机、蜗壳、叶轮、底盘组成。

蒸发风机可以使风循环流动，吸入风经过蒸发器时，风的热量会被蒸发器内的制冷剂吸收，风的温度便会下降，吹出冷风如此循环使区域内整体气温降低。

1.2.3 轴流式风机

旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，沿轴向流出。适用于大流量、低压力，空调系统中用作冷凝器散热。

冷凝风机的叶轮安装在立式电机上，为直联轴流式风机。电机采取防水结构，起吊环设在风机安装盘上。

冷凝风机用于强化冷媒在冷凝器中的凝结放热过程，将从室内吸收的热量吹送到外界大气中。

1.2.4 冷凝器、蒸发器

冷凝器是换热器的一种，能把气体转化成液体并将热量快速的传播到空气中。

蒸发器也是换热器的一种，能够把冷凝液体物质转化成气态，通过与外界空气进行热交换，达到制冷效果。

1.2.5 其他制冷部件

膨胀阀：节流降压、控制流量和过热度。

干燥过滤器：吸收制冷剂中的水分，过滤制冷剂中的杂质，防止水及杂质对系统及部件造成损害。确保系统洁净干燥，提高制冷效果，延长工作寿命。

视液镜：显示出系统中是否具有过多的水分。

压力控制器：分别用于高压和低压保护。如果排出压力超过或吸入压力低于相应的设定点，安全压力开关将动作并反馈到控制系统，停止压缩机，防止系统在非正常压力下运行。

汽液分离器：把从蒸发器返回到压缩机的冷媒分离成气体和液态，使气体回压缩机，避免液态制冷剂进入压缩机破坏涡旋盘［3-4］。

1.3 制冷工作原理

制冷剂液从冷凝器流出，通过截止阀、干燥过滤器、视液镜，并通过膨胀阀。膨胀阀使压力和温度降低后，通过分液器把制冷剂平均分配到蒸发器的各个流程中，制冷系统图如图1所示。

图1 制冷系统原理图

在制冷状态下，当制冷剂液体流过蒸发器内部的管路时，冷却了铜管和翅片，进而冷却了翅片周围的空气。

低温低压的制冷剂气体离开蒸发器进入压缩机，由压缩机进行压缩，变成高温高压的制冷剂气体，然后离开压缩机。

从压缩机出来的气体进入冷凝器。制冷剂气体冷凝为液态后，通过截止阀，经过干燥过滤器、膨胀阀，重新开始制冷循环。

总而言之，在蒸发器中蒸发腔中气体的热量被低压低温的制冷剂液体吸收，气化成低压低温的制冷剂气体，再被吸入压缩机，重复循环。

为达到制冷的目的，制冷过程中制冷剂需要在密闭的环境中经历压缩、冷凝、节流和蒸发4个热力过程才完成一次制冷循环。在循环中，压缩机要消耗一定的功，才能将低温物体放出的热量转移到高温的环境介质中（见图2）。

图2 制冷循环图

2 地铁车辆空调的温度调节

空调机组各零部件一般放置在车顶不锈钢板焊接而成的箱体内，加盖板后形成一个整体。

车厢内的空气通过高速风机被吸入空调机箱内利用“蒸发吸热”的物理原理进入空调机箱内降温，同时，风机又将降温的空气送入车厢内。

为了使车厢内快速达到换气、降温、舒适的目的，通过设置在机组回风口的回风温度传感器和新风口的新风传感器，可实现对车内空气温度自动控制。同时，配合回风阀和新风阀的控制，空调机组能够自动实现预冷、制冷和通风功能。

3 地铁空调系统试验调试及常见故障处理

3.1 空调系统调试前的检查

（1）配线检查。

（2）空调连接器插头安装可靠。

（3）配电柜电器回路接线正确。

（4）机组380V 主回路及110V 控制回路的绝缘电阻无异常，有无对地短路现象。

（5）确认上述要点无问题后，方可运行机组。

3.2 空调系统运转调试试验

3.2.1 空调试验启停要点

首先，启动通风机，确认通风机运行状态，空调出风口和回风口出风回风正常且无异响后，打开压缩机查看制冷工作状态。实验结束后，先关闭压缩机，让风机再工作几分钟把蒸发器上的水汽吹干后关机。

3.2.2 通风运转调试试验及故障处理

（1）通风运转。转换开关开至通风挡，两个通风机运转工作需正常，风向正确，电流正常，应无异常噪声。在实际运用中，在春、秋两季通风运用很广泛，有利于地铁车厢内空气的流通，改善空气环境，让乘客不会感觉到车厢的沉闷，尤其在客流量较大时，更为重要。

（2）通风故障分析及处理。空调出风口无新风吹出，一般来说是通风机未工作导致，检查380V 停风机电源是否给到，观察配电盘的线路是否有接错和松动接触不良等现象。

风量不足：一般可以用手对着出风口来感觉判断。第一，通过听风机的运转声音来判断通风机是否反转，反转的风机发出的声音很嘈杂，可以通过更改UVW任意两项解决。第二，检查蒸发器是否结霜或结冰，可通过送风运转化冰、化霜。第三，检查送风道处等是否有堵塞，如果出现堵塞须及时进行修理。

通风机电机不转：检查电机控制线路或电气设备有无故障。检查电机线圈是否烧毁。用万用表测量线圈是否击穿而碰壳体，并检查每项电阻值是否接近或相等。若有一相电阻值特别小时，则说明这相绕组烧毁或匝间短路，查明后更换电机。

通风机有噪音：可以用电流表测量风机相序三相是否平衡。检查叶轮是否与金属物有摩擦，如有可能是紧固螺钉松动使叶轮移动而碰撞，或是安装时位置未调好。检查机壳与支架紧固螺栓是否有松动，如有应及时旋紧。

3.2.3 制冷运转调试试验及故障处理

（1）半冷运转试验。转换开关开至半冷档，通风机和一个冷凝风机接触器运行，随后延时继电器得电，延时45s，压缩机线圈一接触器得电，随后延时继电器得电延时0.5s，压缩机线圈二接触器得电，此时压缩机工作，压缩机半载运行（因为此时电磁调节阀不工作）。

（2）全冷运转试验。转换开关开至全冷挡，通风机和2个冷凝风机接触器运行，随后延时继电器得电，延时45s，压缩机线圈一接触器得电，随后延时继电器得电延时0.5s，压缩机线圈二接触器得电。当延时继电器延时10s 后，电磁调节阀吸合，开始工作，此时压缩机满载运行。

（3）制冷故障分析及处理。空调机组出风但不制冷，说明压缩机未工作，此时，首先，检查压缩机380V电源电源是否正常，再根据图纸，检查线路中的接线是否有错误、有无接触不良现象。然后，观察热保护元件有无动作。如线路上无问题，也可能是压缩机电机内部绕组匝间短路或绝缘老化造成电机启动异常。最后，检查压缩机内部机械是否部分损坏，出现过载，导致电机启动异常，查明后，修理或更换压缩机。

空调制冷运转过程中突然制冷中断，压缩机接触器断开，此时，不可重复启动空调，以免损坏压缩机。可能原因：第一，空调机组中的热保护元件动作，检查高低压力开关是否动作。第二，毛细管中堵塞，导致制冷剂不能进入蒸发器中吸热。第三，上车顶检查制冷剂是否有泄漏情况，查明原因后补充制冷剂。

4 结语

地铁空调装置是一个比较复杂的系统。本文主要从地铁客室空调结构型式及主要部件功能及制冷工作原理入手进行了介绍分析，阐述了地铁车辆空调系统通风试验调试和制冷试验调试及其中的一些注意要点，并且对调试过程中常见故障产生的原因与处理方法进行了分析总结。

当然，在空调系统的运行过程中，出现的故障不仅仅局限于上述的几类故障。以上是笔者在工作中对地铁车辆空调系统制冷调试的一些见解和经验，有不足之处，请专家指导指正。在今后的工作中，笔者会继续努力学习，掌握更多的专业知识，通过不断提高自己的业务技能和水平，在平凡的岗位上发光发热。