CN106274942B - 轨道交通空调用可调节分配风道及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通空调用可调节分配风道及其控制方法，包括分配风道，分配风道的进风口与空调机组连接，分配风道的两端分别设置第一出风口和第二出风口；特征是：在所述分配风道内部安装用于调节第一出风口和第二出风口出风量的风量调节结构；所述风量调节结构包括引导出风分别由第一出风口和第二出风口排出的第一导流板和第二导流板，第一导流板的上端和第二导流板的上端连接，第一导流板的下端和第二导流板的下端之间由连接板连接；在所述风量调节结构的连接板上固定齿状导轨；在所述分配风道外侧安装伺服电机，伺服电机的动力输出轴连接齿轮，齿轮与齿状导轨啮合。本发明不但可以优化车厢间的风量分配，也可以有效降低风道内的噪声水平。

Description

轨道交通空调用可调节分配风道及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种分配风道及其控制方法，尤其是一种轨道交通空调用可调节分配风道及其控制方法。

背景技术

城市轨道交通系统模式中，轻轨交通以其快捷、方便、投资少、见效快、环境污染小等特点而越来越受到重视。较之传统城市轨道交通的地铁相比，轻轨交通具有人性化、舒适性高、噪声低、景观和谐、节能节地，以及运量小灵活适应运量变化等特点。基于此两种轨道交通的特点，其配套的空调设备就有了一定的差异。地铁车辆一般每列在130m以上，单节地铁车厢长度在20-24m，地铁车厢顶部在首尾各安装一台空调，经空调处理过的冷风通过车厢顶部风道由车厢两端向中部送风，车厢内风道预留空间充足，因此可以满足送风均匀，温度场、微风速场均匀的要求，另外，由于单侧送风风速低，车内噪声也可以得到有效控制。

但是对于轻轨车辆，为露天运行，受线路影响，为提高车辆的机动性，轻轨车辆一般总长30m左右多采用多节编制，每节在5m左右，中间采用活动链接。受车顶空间限制，其空调受结构尺寸小，，但整车负荷较大，因此车辆设计过程中会采用由一台大冷量空调通过车辆顶部的风道向两节甚至三节车厢进行送风制冷的方式，这样在满足整车的设计制冷需求下，还可以大大的节约成本。此种方式一般会把空调安装在所需制冷的两节或者三节车厢的顶部中间位置，但是采用此种方式会遇到以下的技术问题：一、由于总送风距离很长，无法满足各车厢按其热负荷需求分配送风风量的要求，同时由于车厢间彼此相对隔离，造成车厢间温度差异，不同区域的人员的乘车舒适性就有差异；二、在车辆非满员时，各车厢内人数不同，空调通过风道向各车厢的送风量比例与满员设计情况时相同，同样由于新风量在设计中会按比例混合在送风量中一同送入车厢，其各车厢的新风量比例同样会与满员设计情况时相同，这样就造成各车厢的送风风量及新风风量不能满足各自的需求，部分车厢过度送风，浪费了机组的耗能，部分车厢送风量小，反而不能满足制冷和新风需求，乘客的舒适性降低；三、由于单台空调的制冷量大，其对应的总送风量也很大，风道内气流噪声也较大，因此风道内噪声控制也是一个需要优化解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有轻轨车辆空间条件的限制，提供一种能够满足轻轨车辆舒适性的空调用可调节分配风道及其控制方法，不但可以优化车厢间的风量分配，也可以有效降低风道内的噪声水平。

按照本发明提供的技术方案，一种轨道交通空调用可调节分配风道，包括分配风道，分配风道的进风口与空调机组连接，分配风道的两端分别设置第一出风口和第二出风口；特征是：在所述分配风道内部安装用于调节第一出风口和第二出风口出风量的风量调节结构；所述风量调节结构包括引导出风分别由第一出风口和第二出风口排出的第一导流板和第二导流板，第一导流板的上端和第二导流板的上端连接，第一导流板的下端和第二导流板的下端之间由连接板连接；在所述风量调节结构的连接板上固定齿状导轨；在所述分配风道外侧安装伺服电机，伺服电机的动力输出轴连接齿轮，齿轮与齿状导轨啮合。

进一步的，所述伺服电机的信号接收及信号反馈线与空调机组的控制系统相连。

进一步的，所述第一导流板和第二导流板分别为朝相向侧凹进的弧形板。

进一步的，所述第一导流板和第二导流板呈人字形结构。

一种轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）获得各车厢的实际载荷信号，并反馈给空调机组的控制系统；

（2）空调机组的控制系统根据实际载荷信号，获得分配风道两端的实际送风量比例，确定伺服电机的输入信号；

（3）空调机组将输入信号发送给伺服电机，伺服电机驱动齿轮转动，齿轮传动齿状导轨水平移动，带动风量调节结构移动至空调机组控制系统的指定位置。

进一步的，所述空调机组确定伺服电机的输入信号的根据是：调节结构位置x、伺服电机反馈信号α与送风量比例η的对应关系曲线。

进一步的，所述关系曲线的获得方式：以分配风道两端的第一出风口和第二出风口的送风量比例η作为依据，确定若干组送风量比例η所对应的风量调节结构的水平位置x，以及对应的伺服电机的反馈信号α，得到风量调节结构位置x、伺服电机反馈信号α与送风量比例η拟合的一一对应的曲线。

一种轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）获得各车厢的实际空气平均温度信号，并反馈给空调机组的控制系统；

（2）空调机组的控制系统根据实际空气平均温度信号，直接控制伺服电机，伺服电机驱动齿轮转动，齿轮传动齿状导轨水平移动，带动风量调节结构移动；经多次调节后，使各车厢内空气平均温度一致。

进一步的，所述实际空气平均温度信号由设置在各车厢内的温度传感器测得。

进一步的，所述空调机组的控制系统采用PID调节方式或者PI调节方式控制伺服电机，使各车厢内空气平均温度一致。

本发明具有以下优点：

（1）空调机组出风口的总送风量可以按不同的车厢人员热负荷需求自由调整分配风道两端的送风量比例，通过控制水平移动人字形结构，有效调整分配风道两端的送风量比例，保证各车厢内的送风量满足各自的热负荷需求。

（2）本发明采用风量调节结构，相比无风量调节结构的分配风道，风量调节结构对总送风量起到缓冲及引流作用，减小了局部阻力，在空调机组设计时可以选择比原来功耗更小的风机，不仅可以减小能耗损失，也可以有效减小风道内噪声。

附图说明

图1为本发明所述轨道交通空调用可调节分配风道的结构示意图。

图 2为风量调节结构位置、送风量比例与伺服电机反馈信号的对应关系曲线图，其中，横坐标为分配风道1两端的第一出风口6和第二出风口7的送风量比例η，左侧纵坐标为风量调节结构2的位置x，右侧纵坐标为伺服电机5的反馈信号α。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1所示：所述轨道交通空调用可调节分配风道包括分配风道1、风量调节结构2、第一导流板2-1、第二导流板2-2、连接板2-3、齿状导轨3、齿轮4、伺服电机5、第一出风口6、第二出风口7、空调机组8等。

如图1所示，本发明所述轨道交通空调用可调节分配风道，包括分配风道1，分配风道1的进风口与空调机组8连接，分配风道1的两端分别设置第一出风口6和第二出风口7，在分配风道1内部安装用于调节第一出风口6和第二出风口7出风量的风量调节结构2；所述风量调节结构2包括引导出风分别由第一出风口6和第二出风口7排出的第一导流板2-1和第二导流板2-2，第一导流板2-1的上端和第二导流板2-2的上端连接，第一导流板2-1的下端和第二导流板2-2的下端之间由连接板2-3连接，第一导流板2-1和第二导流板2-2分别为朝相向侧凹进的弧形板（在本实施例中风量调节结构2的第一导流板2-1和第二导流板2-2呈人字形结构）；在所述风量调节结构2的连接板2-3上固定齿状导轨3；在所述分配风道1外侧安装伺服电机5，伺服电机5的动力输出轴连接齿轮4，齿轮4与齿状导轨3啮合。

所述伺服电机5的信号接收及信号反馈线与空调机组8的控制系统相连。

所述轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，包括如下两种方式：

第一种方式，以分配风道1两端的第一出风口6和第二出风口7的送风量比例η作为依据，预先确定若干组送风量比例η所对应的风量调节结构2的水平位置x，以及对应的伺服电机5的反馈信号α，得到风量调节结构2位置x、伺服电机5反馈信号α与送风量比例η拟合的一一对应的曲线，如图2所示。在车辆实际运行过程中，将各车厢的载荷信号反馈给车顶空调机组8的控制系统，空调控制系统根据车辆载荷信号计算各车厢的人数比例，根据各车厢的人数比例计算需要向各车厢的实际送风量比例，再根据各车厢实际所需的送风量比例以及车辆风道的设计结构计算分配风道1两端的实际送风量比例ηi，在图2所示的风量调节结构2位置x、伺服电机5反馈信号α与送风量比例η的对应关系曲线图上，根据分配风道1两端实际所需送风量比例ηi对应的伺服电机5反馈信号αi作为输入信号发送给伺服电机5，伺服电机5驱动齿轮4转动，齿轮4传动齿状导轨3水平移动，风量调节结构2随齿状导轨3水平移动至指定位置xi，来满足在制冷工况下单节车厢人员载荷越大，送风量越大。

第二种方式，以各节车厢内实际的空气平均温度作为依据，在车辆实际运行过程中，将各车厢内设置的温度传感器测得的车内空气温度信号反馈给车顶空调机组8的控制系统，空调控制系统根据各温度传感器的温度信号计算各节车厢内空气平均温度，控制系统以各车厢的空气平均温度结合车辆风道的设计结构，采用PID（或者PI）调节方式以各车厢内空气平均温度一致为目标直接控制伺服电机5，伺服电机5驱动齿轮4转动，齿轮4传动齿状导轨3水平移动，风量调节结构2随齿状导轨3水平移动，经过若干次调节后，风量调节结构2可移动至指定位置xi，通常在制冷工况下，单节车厢内空气平均温度升高，送风量增大，制热工况下，单节车厢内空气平均温度降低，送风量增大，最终达到各车厢温度基本一致。

以上第一种方式和第二种方式都是通过移动分配风道1中的风量调节结构2，使得经过空调机组8处理后的总风量可以随时根据各车厢所需的不同热负荷需求分配风量，其主要差异是：第一种方式直接通过从车辆接收的车辆各车厢的载荷信号计算所需要达到的送风量分配，使得人字形结构一次移动至指定位置，该方式控制简单，各车厢送风量调节响应很快且稳定，但其受车辆发送的各车厢载荷信号准确性的影响，且其没有各车厢所控制空气平均温度信号的反馈，在实际运行过程中存在一定的误差。第二种方式直接通过各车厢内的空气平均温度作为控制风量调节结构移动的依据，在各温度传感器信号准确的前提下，基本可以达到各车厢温度一致，即空调总风量完全按各车厢的热负荷要求分配，但该方案调节方式较繁琐，风量调节结构移动达到稳定需要一定时间。但总体分析以上两种方式都可以，最大化减少各车厢之间的空气平均温度差，减少了温差不均导致的不可逆能量损失，从而节约空调电能，同时满足各车厢人员的舒适性要求。

需明确说明的是，本实施例并不是唯一的例子，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明要求保护的范围和本质的情况下，可以对本发明进行各种修改，如改变人字形结构的弧度、尺寸，或者将齿轮连杆的传动机构改为其他可以实现控制人字形结构水平移动的改动，这些修改同样属于本发明的保护范围。

另需明确说明的是，本发明主要是为了解决轻轨交通空调中风道的风量分配不合理的技术难点，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明要求保护的范围和本质的情况下，可以将本发明应用于其他型式的轨道交通车辆中，如高铁、地铁等，应用本发明的结构及控制方法来达到风量分配的优化及可调节的目的，但是这种应用领域同样属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种轨道交通空调用可调节分配风道，包括分配风道（1），分配风道（1）的进风口与空调机组（8）连接，分配风道（1）的两端分别设置第一出风口（6）和第二出风口（7）；在所述分配风道（1）内部安装用于调节第一出风口（6）和第二出风口（7）出风量的风量调节结构（2）；所述风量调节结构（2）包括引导出风分别由第一出风口（6）和第二出风口（7）排出的第一导流板（2-1）和第二导流板（2-2），第一导流板（2-1）的上端和第二导流板（2-2）的上端连接，第一导流板（2-1）的下端和第二导流板（2-2）的下端之间由连接板（2-3）连接；其特征是：在所述风量调节结构（2）的连接板（2-3）上固定齿状导轨（3）；在所述分配风道（1）外侧安装伺服电机（5），伺服电机（5）的动力输出轴连接齿轮（4），齿轮（4）与齿状导轨（3）啮合；

所述伺服电机（5）的信号接收及信号反馈线与空调机组（8）的控制系统相连；所述第一导流板（2-1）和第二导流板（2-2）分别为朝相向侧凹进的弧形板。

2.如权利要求1所述的轨道交通空调用可调节分配风道：所述第一导流板（2-1）和第二导流板（2-2）呈人字形结构。

3.一种轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）获得各车厢的实际载荷信号，并反馈给空调机组（8）的控制系统；

（2）空调机组（8）的控制系统根据实际载荷信号，获得分配风道（1）两端的实际送风量比例，确定伺服电机（5）的输入信号；

（3）空调机组（8）将输入信号发送给伺服电机（5），伺服电机（5）驱动齿轮（4）转动，齿轮（4）传动齿状导轨（3）水平移动，带动风量调节结构（2）移动至空调机组（8）控制系统的指定位置。

4.如权利要求3所述的轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，其特征是：所述空调机组（8）确定伺服电机（5）的输入信号的根据是：调节结构（2）位置x、伺服电机（5）反馈信号α与送风量比例η的对应关系曲线。

5.如权利要求4所述的轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，其特征是：所述关系曲线的获得方式：以分配风道（1）两端的第一出风口（6）和第二出风口（7）的送风量比例η作为依据，确定若干组送风量比例η所对应的风量调节结构（2）的水平位置x，以及对应的伺服电机（5）的反馈信号α，得到风量调节结构（2）位置x、伺服电机（5）反馈信号α与送风量比例η拟合的一一对应的曲线。

6.一种轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）获得各车厢的实际空气平均温度信号，并反馈给空调机组（8）的控制系统；

（2）空调机组（8）的控制系统根据实际空气平均温度信号，直接控制伺服电机（5），伺服电机（5）驱动齿轮（4）转动，齿轮（4）传动齿状导轨（3）水平移动，带动风量调节结构（2）移动；经多次调节后，使各车厢内空气平均温度一致。

7.如权利要求6所述的轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，其特征是：所述实际空气平均温度信号由设置在各车厢内的温度传感器测得。

8.如权利要求6所述的轨道交通空调用可调节分配风道的控制方法，其特征是：所述空调机组（8）的控制系统采用PID调节方式或者PI调节方式控制伺服电机（5），使各车厢内空气平均温度一致。