龔承啟，曾利川，楊明東，羅賓粵

(成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

成都地鐵5號(hào)線調(diào)試期間，批量性地存在當(dāng)客室空調(diào)開(kāi)啟后，客室車(chē)門(mén)產(chǎn)生“防擠壓”導(dǎo)致無(wú)法正常關(guān)閉的現(xiàn)象，該現(xiàn)象不僅嚴(yán)重影響了開(kāi)關(guān)門(mén)的效果，且可能會(huì)對(duì)列車(chē)的正線運(yùn)營(yíng)造成極大的影響。地鐵車(chē)輛通風(fēng)系統(tǒng)是地鐵車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，如果排風(fēng)口設(shè)置不合理往往會(huì)產(chǎn)生客室正壓過(guò)大使得車(chē)門(mén)無(wú)法正常關(guān)閉，此外，同期的成都地鐵8號(hào)線、成都地鐵9號(hào)線也存在類(lèi)似的問(wèn)題，因此，探討一種合理的降低客室內(nèi)壓的方法有著極為重要的意義。

文獻(xiàn)[1]通過(guò)建模對(duì)地鐵A型列車(chē)內(nèi)壓特性進(jìn)行了分析，文章指出地鐵A型車(chē)正常情況下正壓值應(yīng)在30 Pa～50 Pa之間，正壓值偏高則可能是由于廢排風(fēng)量偏小，導(dǎo)致車(chē)門(mén)關(guān)閉困難。文獻(xiàn)[2]中指出深圳地鐵1號(hào)線車(chē)輛采用在門(mén)下增加一排導(dǎo)氣孔、南京地鐵1號(hào)線車(chē)輛采用在側(cè)墻增加排風(fēng)口數(shù)量來(lái)降低內(nèi)壓，但同時(shí)造成了車(chē)廂不密閉、噪聲過(guò)大等問(wèn)題。文獻(xiàn)[3]對(duì)車(chē)輛通風(fēng)系統(tǒng)的壓力問(wèn)題進(jìn)行了探討，認(rèn)為設(shè)計(jì)排氣門(mén)應(yīng)考慮排氣門(mén)的大小、自重、傾斜角度以及排氣口的面積。文獻(xiàn)[4]對(duì)車(chē)輛廢排風(fēng)帽排風(fēng)特性的數(shù)值進(jìn)行了研究，得出了隨著排風(fēng)風(fēng)帽進(jìn)口速度的增大廢排風(fēng)帽內(nèi)的阻力也逐漸增加的結(jié)論。本文結(jié)合成都5號(hào)線8A編組列車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)分布的特點(diǎn)，對(duì)比多種整改方案，提出了一種在車(chē)頂增加通風(fēng)器的方法，有效地降低了客室正壓。

1 成都地鐵5號(hào)線空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

成都地鐵5號(hào)線為A型鋁合金等斷面車(chē)輛，采用跨座式空調(diào)。新風(fēng)方式為：空調(diào)機(jī)組自帶新風(fēng)口，新風(fēng)從新風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)機(jī)組內(nèi)部后，與回風(fēng)混合?；仫L(fēng)方式為：車(chē)內(nèi)回風(fēng)通過(guò)車(chē)輛頂板處回風(fēng)格柵、回風(fēng)道、空調(diào)機(jī)組下部的回風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)機(jī)組，與新風(fēng)混合。送風(fēng)方式為：新風(fēng)、回風(fēng)混合后經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕處理后通過(guò)送風(fēng)機(jī)送入客室。排風(fēng)方式為：客室內(nèi)部的廢氣經(jīng)側(cè)墻、頂板處的間隙進(jìn)入車(chē)頂后，經(jīng)自然排風(fēng)裝置排出室外。

對(duì)成都5號(hào)線5010車(chē)內(nèi)進(jìn)行正壓和風(fēng)量測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)車(chē)內(nèi)正壓過(guò)大，約110 Pa，高于標(biāo)準(zhǔn)要求的30 Pa～50 Pa，導(dǎo)致新風(fēng)量不足，且車(chē)門(mén)在出現(xiàn)“防擠壓”時(shí)無(wú)法正常關(guān)閉。此外成都8號(hào)線車(chē)內(nèi)正壓約70 Pa，9號(hào)線車(chē)內(nèi)正壓約77 Pa，同樣存在正壓過(guò)大的問(wèn)題。緊急通風(fēng)及正常通風(fēng)情況下，5號(hào)線車(chē)輛客室的正壓具體數(shù)據(jù)如表1所示。表1中Tc車(chē)為頭車(chē)，Mp車(chē)為帶受電弓的動(dòng)車(chē)，M車(chē)為不帶受電弓的動(dòng)車(chē)。

表1 成都地鐵5號(hào)線客室正壓情況 Pa

2 客室正壓?jiǎn)栴}原因分析

由于客室排氣一般是相對(duì)新風(fēng)的，如果車(chē)輛客室只引入新風(fēng)，則該車(chē)輛客室就是正壓，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：

pV=nRT.

(1)

其中：p為氣體壓強(qiáng)，Pa；V為氣體體積，m3；n為氣體物質(zhì)的量，mol；R為理想氣體常數(shù)；T為理想氣體的熱力學(xué)溫度，K。該方程嚴(yán)格意義上講只適用于理想氣體，但可近似用于常溫常壓下客室內(nèi)的真實(shí)氣體，即：

p0V0=nRT.

(2)

其中：p0為客室內(nèi)部氣體壓力;V0為客室內(nèi)部氣體的體積。

由式(2)可得：

(3)

由式(3)可知：在V0、R、T為定值的情況下，無(wú)論是新風(fēng)量的增加，還是回風(fēng)量的增加，只要總量增加，車(chē)內(nèi)氣體物質(zhì)的量n就會(huì)增加，導(dǎo)致客室氣體壓強(qiáng)p0增大。

為保證成都地鐵5號(hào)線車(chē)輛密封及噪聲指標(biāo)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)考慮了門(mén)、窗及貫通道等部件的密封性，同時(shí)為滿(mǎn)足防火要求，車(chē)下所有過(guò)線孔、過(guò)管孔均進(jìn)行了防火密封處理?？褪覂?nèi)氣流組織分布如圖1所示，由于整車(chē)密封性過(guò)高，導(dǎo)致空調(diào)送新風(fēng)后，車(chē)內(nèi)空氣導(dǎo)出不暢通，使得車(chē)內(nèi)氣體總量增大，造成車(chē)內(nèi)正壓高。

圖1 客室內(nèi)氣流組織斷面示意

3 客室正壓?jiǎn)栴}整改方案

由于正壓?jiǎn)栴}的主要原因是上部排風(fēng)通路狹小導(dǎo)致氣體無(wú)法及時(shí)排出，故其解決方案是改善排風(fēng)通路和尋找新的排風(fēng)通路，主要從以下三個(gè)方面入手：

(1) 優(yōu)化車(chē)頂排風(fēng)通路。

(2) 增加門(mén)下部排風(fēng)空間。

(3) 優(yōu)化端部排風(fēng)通路。

針對(duì)上述情況，提出了優(yōu)化通風(fēng)器的排風(fēng)通路、增加門(mén)下部排風(fēng)空間、將部分門(mén)膠條更換成毛刷、去除門(mén)踏板處密封膠等若干條措施，并在同期成都地鐵5號(hào)線、成都地鐵8號(hào)線、成都地鐵9號(hào)線列車(chē)上的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整改驗(yàn)證，整改措施及效果如表2所示。

表2 整改方案及效果對(duì)比

實(shí)施表2的方案后，通過(guò)在成都地鐵5號(hào)線、8號(hào)線、9號(hào)線的客室正壓整改效果可以看出：上述方案雖然在不同程度上降低了車(chē)內(nèi)正壓，但均不能徹底解決該問(wèn)題，且部分方案存在氣密性差的問(wèn)題。由于成都地鐵5號(hào)線客室內(nèi)壓達(dá)到110 Pa，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求的客室正壓60 Pa～80 Pa，因此，應(yīng)通過(guò)合理的增加廢排口的數(shù)量來(lái)大幅度降低客室內(nèi)的總風(fēng)量。

3.1 整改方案描述

最終經(jīng)過(guò)討論，提出了一種在車(chē)頂增加通風(fēng)器的方案，經(jīng)初步計(jì)算：5號(hào)線項(xiàng)目每列車(chē)所需開(kāi)口640 000 mm2，現(xiàn)有單臺(tái)通風(fēng)器在全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，排風(fēng)面積約58 000 mm2，則每列車(chē)需新增通風(fēng)器640 000/58 000≈11個(gè)。

每列車(chē)新增通風(fēng)器的布置方案為：Tc車(chē)在二位端增加一個(gè)通風(fēng)器，Mp車(chē)在一位端增加一個(gè)通風(fēng)器，M車(chē)在一、二位端增加兩個(gè)通風(fēng)器，新增的通風(fēng)器與現(xiàn)有通風(fēng)器保持一致。Tc車(chē)通風(fēng)器縱向布置如圖2所示。

圖2 Tc車(chē)通風(fēng)器縱向布置示意圖

3.2 操作步驟

(1) 拆卸新增通風(fēng)器位置下方扶手、車(chē)底部幅流風(fēng)機(jī)格柵、防寒材等部件。

(2) 對(duì)內(nèi)裝、幅流風(fēng)機(jī)及其布線等部位進(jìn)行保護(hù)，主動(dòng)收集車(chē)體開(kāi)孔過(guò)程中的鋁屑，防止鋁屑飛濺。

(3) 車(chē)頂開(kāi)105 mm×895 mm方孔，方口周?chē)@10個(gè)直徑為8 mm的圓孔，用于安裝通風(fēng)器法蘭，開(kāi)孔后使用吸塵器清除型腔內(nèi)鋁屑。

(4) 使用橡膠泡棉與密封膠封堵外露型腔。

(5) 去除通風(fēng)器法蘭安裝面附近的防滑漆。

(6) 通風(fēng)器法蘭安裝前底面施膠密封，安裝通風(fēng)器法蘭，四周施膠密封。

(7) 安裝通風(fēng)器。

(8) 對(duì)拆卸的相關(guān)部件進(jìn)行恢復(fù)安裝。

整改方案的斷面示意圖如圖3所示。

圖3 整改方案斷面示意圖

現(xiàn)車(chē)在每一列車(chē)增開(kāi)640 000 mm2的通風(fēng)口，通過(guò)對(duì)Tc車(chē)進(jìn)行正壓測(cè)試，得到客室正壓及風(fēng)量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 整改后客室正壓及風(fēng)量情況

從表3可以看出：客室正壓從110 Pa降到46 Pa，滿(mǎn)足客室正壓要求標(biāo)準(zhǔn)，且新風(fēng)量、回風(fēng)量、總風(fēng)量均符合設(shè)計(jì)要求。使用水管對(duì)車(chē)頂新增通風(fēng)器四周進(jìn)行測(cè)試，在客室內(nèi)部進(jìn)行觀察，數(shù)小時(shí)內(nèi)未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，滿(mǎn)足密封性要求。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)成都5號(hào)線正壓?jiǎn)栴}的研究，得出以下結(jié)論：

(1) 采用增加端部排風(fēng)通路，貫通道下方開(kāi)孔的方法對(duì)客室正壓減小效果并不明顯。

(2) 采用增加門(mén)下部排風(fēng)空間，將部分門(mén)膠條更換成毛刷的方法可降低客室正壓20 Pa～30 Pa，該方案適用于客室正壓略高出標(biāo)準(zhǔn)的情況。

(3) 通過(guò)優(yōu)化車(chē)頂防寒材、優(yōu)化車(chē)頂兩側(cè)線槽的方法可降低客室正壓40 Pa左右，但該方案對(duì)工藝要求較高，且降低正壓數(shù)值不穩(wěn)定。

(4) 采用在車(chē)頂增加通風(fēng)器的方案可以降低正壓64 Pa，且該方案密封性符合要求，目前該方案已在地鐵成都5號(hào)線批量整改，但是還存在整改流程復(fù)雜、周期較長(zhǎng)的問(wèn)題。

由于成都5號(hào)線列車(chē)客室正壓高達(dá)110 Pa，表2中方案并不能從根本上解決客室正壓過(guò)大的問(wèn)題，故成都5號(hào)線最終采用了在車(chē)頂增加通風(fēng)器的方案。正壓?jiǎn)栴}是城市軌道車(chē)輛的常見(jiàn)問(wèn)題之一，其他線路可參考本文的數(shù)據(jù)根據(jù)自身的情況選擇更為合適的方案。