高速动车组车内压力保护系统分析
压力波控制在高速动车组上的应用及优化

压力波控制在高速动车组上的应用及优化摘要:通过研究高速动车组运行中压力波动对人体舒适度的影响,总结近年来复兴号CR400BF平台动车组在压力波控制方面的故障及优化,为中国标准动车组的优化升级提供参考。
关键词:CR400BF;人体舒适度;压力波控制1 概述高速动车组涉及当今世界诸多高新技术领域,是铁路客车的核心技术和标志性装备,具有舒适、安全、环保等显著特点。
中国在“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的基本原则和“先进、成熟、经济、适用、可靠”的技术方针指导下,成功引进了国外先进的动车组技术,形成了具有中国标准的高速动车组技术体系。
新一代高速动车组以“高速、舒适、时尚”为突出特点,其中“舒适”是乘客最直观的感受,车厢内空气的温度、湿度、压力等都是直接影响人体舒适感的主要因素。
随着列车速度的提高,车厢内的压力成为研究列车舒适性的重要指标之一。
当列车穿越隧道或两车交会时,车外会产生巨大的压力波动,传入到车厢内的压力波会使乘客感到不舒服,轻则压迫耳膜引起耳胀耳痛,重则头晕恶心,关系到乘客的身心健康。
2 研究现状为了研究气压波动时人体的舒适度情况,日本、英国等高速列车技术较为发达的国家进行了一系列的深入研究。
当前主要采用两种方法来评价压力波动环境下的人体舒适度:一种是用压力变化量和压力变化速率这两个指标进行评估;另一种是通过对某一时间段内的压力变化量进行考核来完成评估。
各个国家则根据本国的线路条件、工作环境以及试验结果等具体情况,制定了适合本国的人体舒适度评价标准。
普遍使用第一种评价方法进行系统设计和试验鉴定,标准如下:最大压力变化量为1000Pa,最大压力变化速率为300Pa/s~400Pa/s。
我国现有标准如下:(1)时速达到200km/h以上的车辆,静止状态下,车辆所有对外的孔洞处于正常状态,所有于空调通风、废排相关的通风机全部启动,车内应保持在正压10Pa以上;(2)当要求有压力保护时,车辆和空调装置应保证车内不会发生急剧的压力变化。
轨道高速列车被动式压力波保护系统

Automatic Control •自动化控制Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 115【关键词】高速列车 压力波保护系统 舒适性压力波保护系统一般可分为三种:主动式压力波保护系统、被动式压力波保护系统、主、被动混合式压力保护系统。
主动式压力波保护系统:通过新风压力保护风机和废排压力保护风机来输送外部空气,进行空气交换,并抵消空气压力波动;被动式压力波保护系统:将列车内部空间的气压和外部环境气压相隔离,此时压力波阀门会关闭与外部空间交换风量的通风口。
主、被动混合式压力保护系统:主动式和被动式压力波保护装置相结合使用的形式来稳定车内压力。
本文主要对被动式压力波保护系统进行探讨。
1 压力保护系统组成概述被动式压力波保护系统由压力波阀、压力传感器、压力波控制装置3 部分组成。
在头尾车安装压力波控制装置,用以检测车辆内外的压力变化。
当压力传感器检测到车内外压力变化超过设定值时,压力波保护系统动作,压力波控制装置发出信号,控制各车空调控制柜的控制继电器,驱动新风压力波保护阀和废排压力波保护阀门动作并关闭,防止车外压力波动传入车内,要求响应时间迅速。
当压力变化不满足压力保护阀动作条件且满足压力波保护取消的条件时,新风压力波保护阀和废排压力波保护阀打开,保证车内的新风供应和废气排放。
如图1所示。
2 压力变化舒适性指标分析为了保护乘客免受车内外压力变化的影响,提高舒适性,需对压力变化舒适性指标进行分析。
按照UIC660-2002《保证高速列轨道高速列车被动式压力波保护系统文/纪育光高速列车在穿越隧道或两车交汇时, 车体和隧道(车体)之间的空气流动速度很高,车内外的环境条件会产生变化。
当车内压力波受影响变化过大时会对车内旅客造成“耳感不适”,为了解决这一问题,高速列车上都装有压力波保护系统。
本文阐述压力波保护系统的工作原理,以及对舒适性进行探讨。
高速动车组空调系统压力保护装置

近年来 , 国高 速 列 车 的迅 猛 发 展 令世 界 瞩 目。 中 C H 系列 高速动 车组 的成功 下线和运 营 , R 标志着 我 国
收稿 日期 :0 O0 —7修 回 日期 :0 00—5 2 1-61 ; 2 1-80 作 者简 介 : 曹艳 华 ( 97) 吉林 省 白【 人 , 程 师 。 17 一 , l 工 J
摘 要: 简要 分 析 和 讨论 高速 列 车 对 空调 系统 压力 保 护 装 置 的基 本 要 求 和需 要 , 析 了各 国在 空 调 系 统 分
压 力变 化 对 人 体影 响方 面的 研 究数 据 , 调 了空 调 系统 的压 力保 护 装 置 用 来 控制 车 内压 力 变化 率 的 重要 性 。 强
5 5 9 1 ( n J p n s ) ( ): - 1 i a a e e .
引起 AC车辆 车体浪 涌的 因素包 括采用 高压 母线
造成的高压 电缆 的电容量增 大和接地 系统高阻抗 造成
的对浪涌 电流的抑制 。
E3 Ku o , . k iH. r a , , g t, . d cino h 2 d u Y, u, , i ma Y. To Mo y Na aaO. Reut f e o t Ma tnn eC ss wi Aviig S ot g n TOs J .J i e ac ot t n h odn h ri i n G [ ] R
S s e f r Hi h S e d M u tpl is y t m o g p e li e Un t
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JS_20CRH2动车组空调系统方案

CRH2A动车组及CRH2C1T1车采用纸滤结构新风口
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第二部分 空调、通风、采暖介绍
包间送风 走廊送风
回风
CRH2ABC1
CRH2E
CRH2C2
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第二部分 空调、通风、采暖介绍
通风系统送风流程(制冷工况)
通风系统送风流程(制热工况)
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第二部分 空调、通风、采暖介绍
TC车----空调装置、换气装置、换气装置 逆变器、司机室空调机组室外机、车下风道 在车下的布置位置示意图
TC车----司机室空调机组室内机、 电源箱、变压器位置示意图
TC车----司机室暖风机位置示意图(操纵台下)
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第二部分 空调、通风、采暖介绍
控制电路接线箱(前位用)
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第一部分 概述
低压 低温
气 体
空调机组制冷系统四大部件及工作过程如下所示。
压缩机(压缩)
耗电做功使低温低压制冷剂气体 变为高温高压气体
气体 高 温
高 压
蒸发器(蒸发)
空气吸收制冷剂的冷量使 液态制冷剂变为气态
空气处理过程即制冷剂液态与 气态之间变化吸热、放热的过 程。常见制冷剂有R22、 R134a、R407C。
风 量最少也有4500m3/h。 空调机组采用变频控制。 空调机组内冷凝水采用排水泵排出(一般靠排水管排出)。 空调机组主电路输入:单相交流、50Hz、400 (+24-37% )V,国内车为三相交流380V。 采用新风、废排气排送一体的换气装置,国内一般采用只排气的废排风机,空调机组实现
新风(国内高档车曾采用单独的新风机)。 采用主动式压力保护装置(换气装置),实现压力保护、持续供新风。
350公里统型动车组-车内环境控制-B版

冷凝器(冷凝) 向空气放出制冷剂的热量使 气态制冷剂变为液态 液 体
液 体 毛细管或膨胀阀 (节流) 降低制冷剂压力 整制冷剂流量 高温 高圧
低温低压
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第二部分 系统原理
列车采暖系统通常采用室内布置电加热器、空调机组内设预热电加热 器共同实现;另外风道内也可布置辅助电加热器;(个别列车采用锅炉加暖 气管道等方式实现采暖)。 350公里统型动车组客室采暖全部由集成与客室空调机组内的电加热器 实现;司机室内采暖由客室空调机组和暖风机组成。
风 量最少也有4500m3/h。 空调机组采用变频控制。 空调机组内冷凝水采用排水泵排出(一般靠排水管排出)。 空调机组主电路输入:单相交流、50Hz、400 (+24-37% )V,国内车为三相交流380V。 采用新风、废排气排送一体的换气装置,国内一般采用只排气的废排风机,空调机组实现 新风(国内高档车曾采用单独的新风机)。 采用主动式压力保护装置(换气装置),实现压力保护、持续供新风。
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第三部分 主要设备
换气装臵本体
换气装臵逆变器
换气装置具有提供新风及排出废气的功能,主要由送风机、电机、变频器、连接风道、 换气装置本体、变频器箱等部分组成 。车外新风经过装有风量调节板的给风侧,被高压送风 风机吸入,分别送到两台空调机组中,车内客室内回风被高压排风风机吸入,进入装有电机 的换气装置内部,在冷却风机电机后从装有调节板的出风口排出车外。正常运行时,从室内 排出风量与吸入新风量相同,保证实现车内客室内空气压力变化率满足舒适性要求。
350公里统型动车组车内环境控制系统主要由客室空调机组及显示设定器、换气装置、风 道、司机室空调机组、司机室暖风机、应急通风组成,各部分主要功能如下: 客室空调机组:制冷、采暖、送/回风;
CR400AF动车组空调压力波系统原理及典型故障分析

CR400AF动车组空调压力波系统原理及典型故障分析摘要:随着动车组技术的高速发展,现运营动车组最高时速已经达到350公里,与此同时高铁线路的不断建设,高铁隧道数量也在不断增多,为了满足旅客乘车舒适性,动车组配备了一套被动式压力波系统,在车辆高速通过隧道或交会时,启动压力波保护功能,将车内与车外空气通道关闭,保证车内压力相对稳定;在车辆出隧道或交会结束后,将车内与车外空气通道打开,以满足车辆对新鲜空气的需求。
本文通过对CR400AF型动车组空调组成及功能,风道的布置以及压力波系统的研究,全面系统的阐述了动车组压力波检测系统与动车组运行环境之间的关系。
通过对典型故障案例的分析,总结经验,研判压力波装置故障相关风险,指导动车组现场提前防控故障。
关键词:压力波检测;空调;隧道;海拔。
1.CR400AF动车组空调系统1.1 CR400AF动车组空调系统简介CR400AF/AF-A型动车组空调系统采用单元式空调机组,由空调机组、废排装置、压力波保护装置、空调控制柜、风扇电加热等设备组成。
每节车厢端部车顶安装1台空调机组,车下设备舱安装1台废排装置,空调控制柜设置在客室端部。
循环通风加热器集成在门罩板后或端墙盖板上。
空调系统通过送风道、回风道、废排风道等给客室送风,达到控制车厢温度的目的。
司机室装有一套独立于客室的空调系统,可对司机室空调单独调节。
客室空调机组主要由压缩机、送风机、冷凝风机、冷凝器、干燥过滤器、视液镜、液管电磁阀、蒸发器、电加热器、混合风滤网等部件构成。
2.CR400AF动车组空调压力波系统2.1压力波系统被动式压力波保护系统主要由压差传感器、压力波控制器、压力波保护阀等组成。
压差传感器头尾车两侧各设一个,压力波控制器安装于头尾车观光区位置。
压力波保护阀是压力保护系统的执行机构,空调机组每侧设 2 组新风压力波保护阀(A 阀、B 阀),废排装置中设置 1 组废排压力波保护阀。
当车内外压差满足预先设定的压力波保护动作条件时,压力波控制器驱动压力波保护阀动作,在压力波产生影响的瞬间关闭压力保护阀,将车内外空气通路关闭,从而保证客室内气压的相对稳定;当车内外压差满足预先设定的压力波保护取消条件时,压力波控制器将撤销压力波保护信号,打开压力波保护阀,实现车内外换气。
动车组压力波保护系统浅谈

动车组压力波保护系统浅谈摘要:本文主要对国内高速动车组的压力波保护系统进行介绍和说明,针对动车组这一特殊运行平台,通过国内动车组压力波保护系统的类型简介,阐述压力波保护系统的工作原理和对乘客舒适度的重要性,并对动车组压力波保护系统进行探讨。
关键词:隧道空气动力学;压力波;动车组;乘客舒适度Abstract: this paper mainly for domestic high speed high pressure wave protection system are introduced and illustrated, according to a special train operation platform, through the domestic emu pressure wave protection system of type introduction, this paper expounds the pressure wave protection system of working principle and comfort for passengers, and the importance of emu pressure wave protection system are discussed.Keywords: tunnel aerodynamics; Pressure wave. Emu; Passenger comfort引言高速铁路:一般定义为列车运行速度在200km/h及以上的铁路干线。
高速铁路是一项十分复杂的系统工程,需要多种学科的技术支持。
许多在低速时可以忽略的现象,在高速时却变得非常重要。
例如高速列车与空气的相互作用就是一个突出的例子。
1、高速列车压力波问题要说高速列车的压力波问题,不得不引入一门学科——隧道空气动力学:高速列车通过隧道时,所诱发的一系列与空气动力学相关的物理现象而逐步形成的一门分支学科。
浅谈CRH5A型动车组辅助中压系统功能讲解及应急处理

发表时间:2017-11-24T14:04:48.153Z 来源:《防护工程》2017年第17期 作者: 张立华 [导读] CRH5 型动车组由 2 个牵引单元组成,包含 8 节车,其车辆代码为MC2、M2S、TP、M2、T2、TPB、MH、MC1。
哈尔滨铁路局调度所 黑龙江 哈尔滨 150000 摘要:本文针对CRH5A型动车组辅助中压系统功能讲解及应急处理进行探讨并总结出具体处置办法。 关键词:CRH5A型动车组,辅助中压系统,应急处理
一 辅助中压系统简介 CRH5 型动车组由 2 个牵引单元组成,包含 8 节车,其车辆代码为MC2、M2S、TP、M2、T2、TPB、MH、MC1,其中MC2、 M2S、 M2、 MH、MC1为动车,分别安装牵引、辅助变流器。 辅助中压系统包括:辅助变流器、中压接触器箱、中压跳线、辅助系统负载等。 辅助中压系统作用:是将牵引变流器输出3600V DC的中间直流电压通过辅助变流器内部的两个斩波器、一 个高频变压器、辅助整流 器得到600V DC的电压,传输供给辅助逆变器, 产生400±20V AC、50Hz交流电压,为列车辅助系统负载提供电源,整个过程的实现依靠中 压系统控制完成。 概括牵引辅助变流器电压等级和传输过程:AC25KV经受电弓供给主变压器、AC1770V由主变压器输出到牵引辅助变流器、 DC3600V由牵引变流器PMCF输出到辅助变流器(中间直流环节)、 AC400V由辅助变流器输出给中压负载、0-AC2808V由牵引变流器INV输出到牵引电机、另外AC220V用于客室插座;DC110V用于 ATP系统、过分相主机;DC24V用于车辆负载的控制电源和牵引、制动DJ等的控制电源,以及内外部照明,音视频系统、火警系统、 RIOM模块电源等。 二、中压接触器箱分布及组成 每列动车组有5个中压接触器箱,分布在TP、M2、T2、TPB车,其中T2车有两个,其余车各一个。TP车中压接触器箱名称为MT1 箱、M2车中压接触器箱名称为MT2箱、T2车中压接触器箱名称为箱MT3、MT2箱、TPB车车中压接触器箱名称为MT1箱。 TP 和 TPB 车上中压接触器箱 (MT1) 内部设有以下组件:3 台 4-极中压接触器、 1 个 6-极手动控制旋转开关- SMT 400 接地开关、1 个 32-针连接器,用于低压信号机/控制器接口、带孔眼端子的2x 8-针端子板 ,适用于截面为150 mm2 电缆、带孔眼端子的2x 4-针端子 板,适用于截面为35 mm2 电缆、带孔眼端子的1x 8-针端子板 ,适用于截面为185mm2 电缆。 M2 车上中压接触器箱 (MT2)内设有以下组件:3 台 4-极中压接触器、 1 个 6-极手动控制旋转开关- SMT 400 接地开关、1 个 32-针连 接器,用于低压信号机/控制器接口、1 个 10-针连接器,用于接口向AT 控制器供电的中压电缆、带孔眼端子的2x 12-针端子板,适用于截 面为150 mm2 电缆、带孔眼端子的2x 4-针端子板,适用于截面为35 mm2 电缆。 T2 车上中压接触器箱 (MT2 和 MT3)内设有以下组件:中压接触器箱(MT2)、3 台 4-极中压接触器 、1 个 6-极手动控制旋转开关 SMT 400 接地开关 、1 个 18-针连接器,用于低压信号机/控制器接口、1 个 10-针连接器,用于与向AT 控制器供电的中压电缆接口、带孔 眼端子的1x 8-针端子板,适用于截面为150 mm2 电缆、带孔眼端子的1x 12-针端子板,适用于截面为150 mm2 电缆、带孔眼端子的2x 4针端子板,适用于截面为35mm2 电缆。 三、中压负载的分配介绍 CRH5型动车组中压(交流400V)负载包括:空调(含司机室空调及客室电热)、卫生间及管路伴热、开水炉、司机室前窗加热、充 电机、牵引电机冷却风扇、空压机、牵引辅助变流器内部负载(包括冷却风扇、循环泵)、吧台制冷设备、主变压器冷却风扇和循环泵以 及交流插座等。 四、中压负载供电系统 在正常情况下: 1车辅助变流器的负载包括:1车全部负载和3车A线负载 2车辅助变流器的负载包括:2车全部负载和3车B线负载 4车辅助变流器的负载包括:4车全部负载和5车全部负载 7车辅助变流器的负载包括:6车A线负载和7车全部负载 8车辅助变流器的负载包括:6车B线负载和8车全部负载 五、中压扩展的分配原则及功能 分配原则:每个辅助变流器最多带三辆车,所有辅助变流器不并机工作,1、2车单个故障由通过3车KL3闭合实现扩展供电,7、8车单 个故障由通过6车KL3闭合实现扩展供电,1、2或7、8都故障时由4车供电,4车故障是将负载分别分给1、2车和7、8车。 分配功能:CRH5型车共有5个辅助变流器,为全列的中压负载提供电源。在任何一个辅助变流器出现故障后,系统可以通过控制中压 箱内的接触器将没有中压的负载重新由其他的正常的辅助变流器供电,保证系统正常进行。这个功能就是中压扩展功能。 六、应急故障处理 1、单车辅助变流器故障 故障原因: (1).牵引系统故障导致整流模块被封锁,从而切除辅助。 (2).KAUX 开关不能正常闭合。 (3).牵引辅助变流器冷却单元故障 (4).QEL 柜中控制辅助变流器的相应空开未闭合
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高速动车组车内压力保护系统分析
为避免动车组高速进出隧道、隧道内运行、明线及隧道内会车时,车外压力剧烈变化传入车内,给乘客造成耳膜压迫等不适感,高速动车组设有车内压力保护系统,用于抑制车外压力波动向车内的传递速度。
本文对高速动车组主动式及被动式车内压力保护系统进行原理介绍及优缺点对比,并提出未来更高速度等级下,车内压力保护系统的技术展望。
标签:高速动车组;压力保护;主动式;被动式
1 车内压力波动的产生
列车高速运行时,其外表面的空气压力将随车速及运行环境而发生波动。
特别是高速列车会车或在进出隧道时,车体表面的瞬时压力波幅值会在较大范围内变化。
处于列车前部的客车,在外界正压的作用下排气阻力增加;处于列车尾部的客车,在外界负压的作用下,新风风机的进风阻力增加。
外界空气的压力波动会通过空调系统的进、排风口影响到车内,如果车内空气压力变化速度超过一定值,就会引起压迫耳膜等不适感,从而影响乘客的舒适性。
因此,高速动车组设计时,在保证整车气密性的前提下,需要设置车内压力保护系统。
国内动车组车内压力波动控制指标按《高速电动车组整车试验规范》中评价如下:优:≯200Pa/s;良:≯800Pa/3s;合格:≯1250Pa/3s。
《UIC660 保证高速列车技术兼容性的措施》第4.6.2.1条中要求,车辆内部压力波动应同时满足:≤500Pa/s,≤800Pa/3s,≤1000Pa/10s,≤2000Pa/60s。
其中,对乘客舒适性影响较大的波动数据同样为每1s,每3s压力变化率。
2 车内压力保护系统分类及工作原理
车内压力保护系统主要包括主动式和被动式两种型式:
主动式车内压力保护系统采用新风废排一体式高静压风机抑制车外空气压力波动传入车内;
被动式车内压力保护系统采用压力波动检测手段,利用压力保护阀关闭动车组空调系统新风及废排阀门,将列车内部与外部空气隔离。
目前国内高速动车组中CRH2及380A系列动车组采用主动式车内压力保护系统,其余CRH系列及CR400系列动车组多采用被动式车内压力保护系统。
2.1 主动式车内压力保护系统
主动式车内压力保护通过换气装置实现。
换气装置采用高静压一体式风机,风机最大静压可达10kPa。
换气装置能克服进排风阻力,保证列车新风与废排风量稳定,不随车外压力波动剧烈变化,且新风及废排采用同轴风机实现,风量相等,保证车内压力稳定。
2.2 被动式车内压力保护系统
被動式空气压力波动保护系统在空调系统新风口、废排口位置设有压力保护阀。
压力监控单元根据车内外压力变化及相应地面信息控制压力保护阀的开闭。
当动车组会车或过隧道时,安装在头车的压力波传感器将压力波动信号传给监控单元,监控单元驱动全列压力保护阀迅速关闭,实现对车内压力波动的控制,当检测到车外压力波动、车内外压差达到条件时,监控单元驱动压力保护阀分车、分时序打开,恢复车内新风供应。
3 车内压力保护系统对比
3.1 测试数据对比
两种型式压力保护系统在国内高速动车组上得到了广泛应用,根据一组车内压力波动跟踪测试数据对比:采用主动式压力保护,列车以350km/h隧道内交会时,车内压力波动速率达到379Pa/s,586Pa/3s;采用被动式压力保护,列车以350km/h隧道内交会时,车内压力波动速率达到298Pa/s,333Pa/3s。
两种型式压力保护系统对车内压力波动的控制能力均满足《高速电动车组整车试验规范》中“良:≯800Pa/3s”的标准,乘客舒适性良好。
3.2 优缺点分析
主动式车内压力保护系统工作时,特别是在运行线路为长隧道、连续隧道群时,车内可实现持续的新风量供应,车内空气质量得到保证,CO2浓度控制较好。
随着车辆速度提升,车外压力波动更加剧烈,主动式车内压力保护系统对车内压力波动控制能力会下降。
而且主动式压力保护系统对于车外压力向车内的传递趋势只可抑制无法阻止,因此对于1s、3s压力波动控制效果较好,而对于车内外压差较大的情况,难以保证≤1000Pa/10s、≤2000Pa/60s波动速率。
被动式车内压力保护系统对车内压力波动控制能力相对稳定,随着列车速度的增加,车内不会有明显的压力波动。
但是被动式车内压力保护系统工作时,需关闭新风阀门,特别是在运行线路为连续长隧道时,车内长时间没有新风供应,影响车内空气质量指标。
同时,被动式压力保护系统隔绝了车内外环境,如果阀门持续关闭,在车辆停站开门前车内外压差较大,将影响车辆开门或开门时车内外压力迅速传递,车内压力瞬时波动无法控制,影响舒适性。
4 车内压力保护系统技术展望
考虑未来到动车组运行速度进一步提高,同时对于车内空气质量的关注日益增加。
采用主动式与被动式相结合的压力保护系统是高速动车组发展的研究方向,车辆设置高静压风机的同时,通过监测车内、车外压力差调节新风、废排阀的开度调节增加车内压力波动控制能力。
这种情况下,新风量有所减少,但可以实现持续供应。
参考文献:
[1]李树典.CRH2型200km/h动车组车内压力波动控制研究[J].机车电传动,2009(02):6-7.
[2]王宗昌.主动式与被动式车内压力保护系统对比分析[M].铁道车辆,2017,55(06).。