軌道車輛電氣柜防結(jié)露設(shè)計(jì)分析

王英+施曉芳+莊政杰

摘 要：我國(guó)幅員遼闊，南北溫度差異很大，溫度范圍可達(dá)-40℃～40℃，尤其是冬季，在東北極端低溫可達(dá)-45℃，為滿足乘客乘坐舒適，車內(nèi)溫度始終需保持在23℃左右，由于車內(nèi)外溫差巨大，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)某些部位結(jié)露，形成冷凝水，對(duì)車輛造成損壞，尤其是電氣柜內(nèi)，將給車輛電氣控制及行車安裝帶來極大隱患。

關(guān)鍵詞：電氣柜；隔熱；冷凝水；防結(jié)露；軌道交通

中圖分類號(hào)：U26 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： China is a vast country， The north-south temperature is very different， the temperature range can be from -40 ℃ to 40 ℃ ， especially in winter， in the northeast of china，the extreme low temperature can reach to -45 ℃， in order to meet passenger comfort， the temperature inside the car always needs to keep 23 ℃ or so， because the difference of temperature between inside and outside is huge， sometimes condensates into dew on surfaces of some cabinets， damages to the vehicle， especially in electric cabinet， it will take harm to the driving safety.

Keywords： electrical cabinet； thermal insulation； condensate water； prevent coacervation； rail transportation

1 結(jié)露問題的提出

電氣柜是軌道車輛的重要部分，在電氣柜內(nèi)集合了車輛信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)、空調(diào)、乘客信息等眾多系統(tǒng)的大腦（主機(jī)），還匯集了大量的車輛控制用的繼電器、接觸器和低壓供配電用的端子排、連接器等，可以說電氣柜及其內(nèi)部的設(shè)備集合體就是軌道車輛電氣化、智能化的核心。而恰恰是在此部位，為了滿足安裝強(qiáng)度的需求，結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致該處成為車體防寒、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。尤其在冬季的北方高寒地帶，水蒸氣就會(huì)在一些表面凝結(jié)，形成結(jié)露，當(dāng)形成的結(jié)露較多時(shí)，聚集到一定程度就會(huì)形成較大水滴，在本身重力和車輛振動(dòng)沖擊力的情況下有可能滴落到電氣設(shè)備上損壞設(shè)備，給行車安全造成隱患。因此，對(duì)車輛的結(jié)露原因和防結(jié)露技術(shù)進(jìn)行研究是很有必要的。

2 結(jié)露的原理

物體的熱量傳遞主要包括3類：傳導(dǎo)（固體之間的熱量傳遞）、對(duì)流（固體表面與流體間的熱量傳遞）、輻射（物體表面與不直接接觸的周圍物體間的熱量傳遞）。對(duì)于軌道車輛的傳熱，主要是車內(nèi)外溫差引起的，熱傳遞形式主要是傳導(dǎo)和對(duì)流，例如當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)，列車與冷空氣就形成了熱對(duì)流，而車體與電氣柜之間通過金屬安裝座形成熱傳導(dǎo)。

在冬季，車輛外部溫度很低，而車內(nèi)始終保持人體的舒適溫度，溫差巨大。根據(jù)熱傳遞的基本理論，凡是有溫差的地方，就有熱量轉(zhuǎn)移的發(fā)生。當(dāng)高溫物體向低溫物體傳遞熱量時(shí)，在一定濕度下達(dá)到環(huán)境空氣中的露點(diǎn)溫度，就會(huì)產(chǎn)生該濕度下低溫物體表面的結(jié)露。由于電氣柜安裝結(jié)構(gòu)的需要，必須直接安裝于車體C型槽上或安裝于焊接在車體上的安裝座上，而車體防寒材在這些地方無法布置，會(huì)出現(xiàn)斷點(diǎn)，車外的低溫會(huì)隨著電氣柜的安裝座和螺栓傳遞到電氣柜骨架上，進(jìn)而傳遞給其他設(shè)備，這些部位的表面溫度低于電氣柜區(qū)域空氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)形成依附于低溫表面的凝結(jié)液體，即結(jié)露。

由于柜體骨架和柜內(nèi)設(shè)備都不是親水材料構(gòu)成，凝結(jié)液在凝結(jié)表面會(huì)形成一顆顆小液珠，隨著結(jié)露過程的進(jìn)行，這些小液珠會(huì)逐漸長(zhǎng)大，到一定尺寸后，在重力的影響下超過界面力或在車輛沖擊和震動(dòng)情況下，它們便會(huì)隨機(jī)地沿凝結(jié)表面滾落，沿途與相遇的液珠匯合形成更大的液滴，而且又清掃了相應(yīng)路線上的表面區(qū)域，這些清掃過后的表面區(qū)域又會(huì)形成新的結(jié)露，循環(huán)往復(fù)，使得電氣柜區(qū)域濕度增加，進(jìn)而加重結(jié)露的形成。

3 結(jié)露對(duì)電氣設(shè)備的影響

3.1 降低電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度或短路

凝結(jié)的水滴掉落到電氣件表面，會(huì)使設(shè)備的絕緣電阻降低，特別是遇有灰塵的設(shè)備，灰塵吸附水分后，會(huì)使設(shè)備的泄露電流大大增加，甚至絕緣擊穿。如果水滴滴落到接觸體上會(huì)造成短路。

3.2 金屬腐蝕

凝結(jié)的水滴對(duì)電氣柜柜體、電氣設(shè)備中的導(dǎo)電金屬都具有腐蝕作用，尤其是結(jié)露導(dǎo)致濕度增加，會(huì)加快金屬的腐蝕，嚴(yán)重降低設(shè)備的性能和使用壽命。

4 設(shè)計(jì)對(duì)策

防止電氣柜內(nèi)結(jié)露可以從兩方面進(jìn)行，一是減少熱量交換，降低車外低溫向車內(nèi)的傳遞，避免結(jié)露的形成；二是使用親水材料，在低溫表面低于露點(diǎn)溫度時(shí)，允許形成凝結(jié)液體，但潤(rùn)濕角θ<90°，凝結(jié)液體在表面會(huì)形成一層完整的液膜，然后被親水材料吸附，從而避免形成一個(gè)一個(gè)的液滴。

（1）減少熱量的交換可以從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改善設(shè)計(jì)，例如可以在電氣柜與車體安裝座之間增加非金屬過渡件，利用非金屬導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)減緩低溫向車內(nèi)的傳遞，如圖1所示的結(jié)構(gòu)。

圖1所示為電氣柜安裝件，中間部分為橡膠材質(zhì)，正反兩面為金屬材質(zhì)，整體注塑成型。其中，正面為一L型角鐵，起到加強(qiáng)筋的作用；反面有兩塊金屬板，中間由橡膠隔開，兩塊金屬板分別連接電氣柜骨架和車體上的安裝座，如圖2所示。

通過這種結(jié)構(gòu)首先將電氣柜骨架和車體安裝座分開，利用橡膠導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)減緩了車外溫度向車內(nèi)的傳遞，同時(shí)也能滿足安裝的要求。

（2）在有易產(chǎn)生結(jié)露部位涂防結(jié)露涂料。防結(jié)露涂料的機(jī)理主要在于其吸濕性，即防結(jié)露涂料所形成的涂膜具備兩個(gè)特征：一是具備一定的厚度（吸濕體積）；二是涂膜是多孔的，其內(nèi)部具有連通的孔隙能夠容納表面吸附的冷凝水。這樣，當(dāng)空氣中的水蒸氣因?yàn)闇夭疃谕磕け砻婺Y(jié)時(shí)，水分就被吸附在涂膜中，從而防止表面露珠的出現(xiàn)，達(dá)到防結(jié)露的目的。當(dāng)電氣柜內(nèi)外溫差發(fā)生變化，空氣中的相對(duì)濕度降低時(shí)，涂膜中的水分就會(huì)蒸發(fā)到空氣中，并逐步趨于干燥，然后準(zhǔn)備下一次吸附、蒸發(fā)，如此反復(fù)，達(dá)到長(zhǎng)期防結(jié)露的目的。

結(jié)語

對(duì)于在冬季高寒地區(qū)運(yùn)行的車輛，電氣柜冷凝結(jié)露問題不可忽視，給電氣柜內(nèi)各設(shè)備提供一個(gè)溫濕度適宜的環(huán)境是設(shè)備正常工作和列車安全運(yùn)行的必要條件，尤其是運(yùn)行速度較高的線路，根據(jù)對(duì)流傳熱理論，速度越高，流體（氣體）的摻混就越強(qiáng)烈，對(duì)流傳熱就越強(qiáng)，低溫向車內(nèi)傳遞的就越快，結(jié)露的可能性就越大，所以充分考慮車體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境，結(jié)合以上兩種方式進(jìn)行合理的防結(jié)露設(shè)計(jì)很重要。

參考文獻(xiàn)

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