轨道车辆空调机组耐温评估方法与流程

[0001]
本发明属于轨道车辆空调系统技术领域，具体涉及一种基于采用二氧化碳作为制冷剂的轨道车辆空调机组耐温评估方法。


背景技术：

[0002]
轨道车辆用二氧化碳空调的制冷系统循环为跨临界循环设计，其安装在轨道交通车辆顶部或车底，特别是对车顶安装的二氧化碳空调来说，车辆在户外停放，夏季受太阳辐射热和热风影响，空调长时间不工作时，制冷系统内压力随温度升高而升高，超过二氧化碳临界温度后，系统内二氧化碳全部转化为气体，制冷系统内压力随环境温度的升高而升高，有安全阀泄放风险。
[0003]
轨道车辆的安全是第一位的，二氧化碳空调因压力高、泄放后对其周围环境及系统正常运行造成一定影响，从安全控制和系统可靠运行方面考虑，在进行轨道车辆用空调采用二氧化碳作为制冷剂设计时，宜进行空调静置耐温评估，根据评估结果，必要时，采取合理的安全设计措施，避免其超温达到泄放压力引起的安全问题及运用异常，消除用户对系统高压风险的担忧。


技术实现要素：

[0004]
本发明要解决的技术问题是提供一种轨道车辆空调机组耐温评估方法，通过对空调机组进行验证，保证交付的产品在车辆运行最高温度环境下不发生因静置存放导致制冷剂泄放故障。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种轨道车辆空调机组耐温评估方法，基于采用二氧化碳作为制冷剂的空调机组，其特征在于，步骤a、将空调机组以及氮气瓶放置在同一环境温度下并记录此时的环境温度值；步骤b、打开空调机组中所有阀门，在高压侧以及低压侧的工艺口处连接压力表，然后对空调机组进行抽真空；步骤c、称量并记录氮气瓶的初始重量后，向空调机组内依次分档连续充注氮气，并在各档充注量下保持一定时间，然后在各档充注量下压力平衡时，记录各档充注后氮气瓶重量以及对应的空调机组的高压侧压力值和低压侧压力值，计算空调机组制冷系统的容积；步骤d、根据得到的空调机组制冷系统的容积，计算在二氧化碳制冷剂的最佳充注量下系统内二氧化碳的密度，然后根据二氧化碳特性，在温度超过二氧化碳的临界温度值时根据压力、密度、温度间关系以及密度和系统泄放压力查询二氧化碳物性数据库得到系统内压力达到预定泄放压力时对应的温度，即空调机组理论耐受最高环境温度；步骤e、比较空调机组理论耐受最高环境温度和空调机组最大耐受环境温度。
[0006]
本发明的有益效果是：在以二氧化碳为制冷剂的空调机组设计初期，按此理论方法进行空调机组最高环境温度耐受评估，在样机开发过程中进行试验验证，通过理论评估和试验，指导设计，必要时修正设计，以确保交付用户的二氧化碳空调机组在车辆实际运行的最高温度环境下满足用户实际使用需求，不会发生因高环境温度导致的制冷剂泄放故
障。
[0007]
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
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图1是本发明中空调机组的原理示意图。
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在附图中：1是低压泄压阀，2是压缩机，3是高压泄压阀，4是室外热交换器，5是室外风机，6是气液分离器，7是回热器，8是电子膨胀阀，9是室内热交换器，10是室内风机，11是室外腔，12是室内腔。
具体实施方式
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参见附图，本发明的耐温评估方法基于采用二氧化碳作为制冷剂的空调机组。轨道车辆空调机组包括具有室外腔11和室内腔12的空调箱体以及设置在空调箱体内的制冷剂循环回路系统。制冷剂回路系统包括设置在室外腔11内的压缩机2和室外热交换器4和气液分离器6、设置在室内腔12内的室内热交换器9、回热器7和电子膨胀阀8以及配套的管路。在室外腔11内设有室外风机5，在室内腔12内设有室内风机10。制冷剂回路系统中的制冷剂为二氧化碳。压缩机11为卧式变频压缩机。
[0011]
在管路上设计有压力传感器、压力开关、低压泄压阀1、高压泄压阀3、安全泄放装置、温度传感器等部件，以实时采集制冷系统高压压力和低压压力、气冷器出口温度、压缩机吸气温度、环境温度等参数，控制压缩机和室外风机的运行频率和启停，同时控制电子膨胀阀的开度，实现空调制冷能力调节、最高效率及安全运行控制。
[0012]
本发明的轨道车辆空调机组耐温评估方法，包括以下步骤。
[0013]
步骤a、将空调机组以及氮气瓶放置在同一稳定环境温度下并记录此时的环境温度值t。
[0014]
步骤b、打开空调机组中所有阀门，在高压侧以及低压侧的工艺口处连接压力表，然后对空调机组进行抽真空。
[0015]
步骤c、称量并记录氮气瓶的初始重量后向空调机组内依次分档连续充注氮气，并在各档充注量下保持一定时间，以使系统高压侧和低压侧压力保持平衡，然后在各档充注量下压力平衡后，记录各档充注量下（如0.1kg、0.2kg、0.3kg、0.4kg......）对应的氮气瓶实测重量m
1、
m
2、
m3......以及对应的空调机组的高压侧压力值hp1、hp2、hp3......和低压侧压力值lp1、lp2、lp3......（因实际充注过程中充注量可能无法精准控制，故试验过程中按照实际充注量进行记录），计算空调机组制冷系统的容积。
[0016]
根据每档氮气的充注量和压力参数，查氮气物性数据得对应下的氮气密度，根据充注量和密度，计算空调机组制冷系统的容积。
[0017]
以下举例说明计算空调机组制冷系统的容积过程：1、根据氮气瓶初始重量m0（61.98kg）、第一档充注后氮气瓶重量m1（61.87kg），计算得第一档氮气实际充注量为m1’
=m
0-m1=0.11kg。
[0018]
2、根据第一档充注量下空调机组高低压两侧压力值hp1（0.276mpa）和lp1（0.276mpa），计算此时空调系统内压力。
[0019]
3、根据环境温度t（15.5℃）以及空调系统压力1（0.276mpa），查询物性数据库得氮
气此时的密度值ρ1=4.4089kg/m
³
。
[0020]
4、根据第一档氮气实际充注量m1’
以及氮气的密度值ρ1，可计算得第一档充注条件下空调系统容积v1=m1/ρ1=0.02495m
³
。
[0021]
5、根据同样方法可知在其余充注量档位下空调系统容积v2、v3、v4......，最后计算可得空调系统容积。
[0022]
步骤d、根据性能试验结果，可知此空调机组中二氧化碳制冷剂的最佳充注量m
co2
为m kg，计算可知空调机组内二氧化碳的密度ρ
co2
=m
co2
/=n kg/m
³
；根据二氧化碳特性，密闭系统中温度超过了二氧化碳的临界温度值（31.1℃），系统内二氧化碳为气态，根据压力、密度、温度间关系，依据密度和系统泄放压力，查询二氧化碳物性数据库可得系统内压力达到预定泄放压力时对应的温度，此温度为a℃，即为空调机组理论耐受的最高环境温度。
[0023]
步骤e、比较空调机组理论耐受最高环境温度和空调机组最大耐受环境温度，当两者偏差小于5%时（即abs（空调机组理论耐受最高环境温度-空调机组最大耐受环境温度）/空调机组理论耐受最高环境温度*100%或者（空调机组最大耐受环境温度/空调机组理论耐受最高环境温度）在0.95~1.05之间的数值时），表明空调机组满足设计要求。系统抽真空程度、测试工质充注等对试验有一定影响，如偏差较大需重复试验。
[0024]
空调机组最大耐受环境温度试验验证包括以下步骤：对空调机组进行抽真空后，通过高压侧和低压侧工艺管给制冷系统充注额定的二氧化碳制冷剂量m kg（先从高压侧和低压侧充注气态制冷剂达到1.0mpa~4.0mpa后，再从高压侧充入液态制冷剂）；在环境试验室，空调机组模拟装车状态安装，环境温度按预定升温梯度逐步缓慢升温，每个温度梯度下恒温保持一定时间，当空调机组中高压或低压侧泄压阀任意一个泄压阀动作时，记录此时环境温度值，该温度即视为空调机组最大耐受环境温度。
[0025]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。