CN106766423A - 轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，属轨道交通车辆的空调设备技术领域，借助严格的控制步骤，通过对常规和特殊情况下的高压管路与环境压力采样、存储、比对，实现对高压管路的全面监控和故障时自动逐级降载，保证空调系统在安全技术指标下长期运转。有益效果是：采用对高压压力系统自动、逐级降载，提升了空调机组的耐高温运行能力，保证了空调系统的恶劣环境下的正常运行；进一步改进的技术方案中，对外部环境的压力、温度同时检测，并与空调系统内部的压力、温度做综合处理，使得在面对隧道、会车等特殊情形时，仍然保证了机组运行的可靠性和安全性，为广大乘客提供了良好的乘车环境的安全保障。

Description

轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法

技术领域

本发明属轨道交通车辆的空调设备技术领域，具体涉及一种轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法。

背景技术

目前国内轨道交通中的空调系统中，因隧道通风系统不良、地下车站加装屏蔽门等情况使得车厢外表温度迅速升高；高铁动车组在车速高于160km时或穿过山洞或相对会车时，均会在车体外表面附近及车箱底侧形成贝努利减压区域；以上所导致空调系统的室外换热器中的冷凝气流正常吸入到空调机组内，导致空调机组室外散热不良，机组耐高温性能下降；高铁动车的主流车型CRH2系列和CRH38A系列，其空调系统的以上关联部件均为车下安装，因车辆设备散热及地面热反射，导致空压机组的工作温度比外界正常环境高出约15℃，而线路车下轨面的空气很脏、灰尘含量很高，经常运行2～5天即导致空调室外过滤器脏堵，室外散热器相比普通空调也在较短时间内即脏堵，这进一步恶化了空调的运行环境。为了使空调系统的高压系统能适应这恶劣的工作环境、保证机组运行的安全性与可靠性，需要更有效地、科学底处理处理高压通道的中出现的各种极限压力值，以保证空调系统的正常运行，使乘客有一个持续良好的乘车环境，是本领域亟待解决的重要技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道交通空调系统中高压系统的安全监控方法，借助严格的控制步骤，通过对常规的和特殊情况下的高压管路与环境压力的采样、存储、比对，实现对高压管路的全面自动监控，保证空调系统在安全技术指标下的长时间运转。

本发明采用的技术方案是：轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，该方法基于高压储运机构中的压缩机与冷凝器之间增设了可控分压支路，高压管路内、外设置有压力传感器和/或温度传感器及自动复位压力开关，配套的管理电路中包括高压监控子程序和配套经验数据库，关键在于，上述的方法包括以下步骤：

（1）启动空调系统，监控子程序自动更新数据：

（1.1）参考发车时间、行车区间、即时气象资料，从经验数据库中选调比对数据存入中间数据库，形成标准数据串；

（1.2）启动巡回采样程序，将即时采集到的高压管路内、外的压力和/或温度信号编辑形成以时间为标识码的动态数据串；

（1.3）完成初始化，进入正常全冷模式；

（2）定时监控数据比对，发出调控指令维持高压动平衡：

（2.1）启动周期性动态数据串与标准数据串比对， 判定高压管路内压力P≥动态高压分流卸载值Px时，发出启动分压支路开关阀的指令信号，进入分流卸载模式、并记录进入分流卸载模式的时间点；

（2.2）进入分流卸载模式后，继续进行定时的动态数据串与标准数据串比对，当检测到高压管路内压力P≤动态复位值Pf时，切断指令信号，转入正常全冷模式，并记录退出分流卸载模式的时间点；

（3）实时进行超高压比对，及时发出二级保护指令，保障机组安全运行：

（3.1）当检测到高压管路内压力P≥动态极限值Pmax时，或设置的同步自动复位压力开关动作，则发出压缩机停机指令，暂存器记录高压故障次数1次；

（3.2）压缩机停机后进入延时启动程序，再转入正常全冷模式运行；

（4）重复按照（2）、（3）步骤执行直至关机指令下达。

上述技术方案中提供一种轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，本发明的关键在于，在高压储运机构中的压缩机与冷凝器之间增设了可控分压支路用于旁通分流卸载，高压管路内、外设置有压力传感器和/或温度传感器及自动复位压力开关，配套设置的的管理电路中包括高压监控子程序和配套经验数据库，还包括时钟电路、地理信息管理电路及气象信息采集电路等，经验数据库中存储有列车空调系统运行中，根据实际发车时间、行车区间和气象资料形成的经验数据，进一步根据经验数据中相同或相近的发车时间、行车区间和气象资料，以平均值结合标准偏差计算形成当前发车时间、行车区间和气象资料情形下的标准数据，并存入中间数据库，形成标准数据串，标准数据串的字节中包括当前运行情形下空调机组运行所允许的动态高压分流卸载值Px、动态复位值Pf和动态极限值Pmax等，一般情况下，动态高压分流卸载值Px、动态复位值Pf和动态极限值Pmax根据空调系统设备性能设置定值，平稳运行中每次与设定的固定值Px、Pf、Pmax作比对，然而，当遇到突发事件或气象变化大时或改调运行区间造成对机组性能有影响时，如常年在寒冷区域运行的改运行温暖区域时，冬天、夏天材料性能的变化等，机组设备性能会稍有不同，则需结合气象信息、外部环境信息等形成微调后的标准值Px、Pf、Pmax等，以保证空调机组的安全、正常运行，以杜绝经济损失及人员安全隐患。实际应用中可以将旁通卸载支路的一端设置在空调系统的压缩机与冷凝器之间、另一端设置在膨胀阀与蒸发器之间，或者有压缩机排气口旁通到压缩机吸气口，或者有高压储液器的出气口旁通到压缩机吸气口等，所述方法包括以下步骤：

（1）首先，启动空调系统进行初始化，监控子程序的数据库进行自动更新数据：

（1.1）参考发车时间、行车区间和即时气象资料，从经验数据库中选调比对数据存入中间数据库，形成标准数据串，标准数据串格式形式可多样化设置，如时间年月日/出发地-目的地/高压管路内压力/外环境压力/高压管路内温度/高压管路外温度/结束字节标示；

（1.2）启动巡回采样程序，将即时采集到的高压管路内、外的压力和/或温度信号编辑形成以时间为标识码的动态数据串，并存入中间数据库及经验数据库，动态数据串的格式优选与标准数据串一致，便于比较；

（1.3）完成初始化，进入正常全冷模式；

（2）定时监控数据比对，发出调控指令维持高压动平衡：

（2.1）启动周期性的数据串比对，将动态数据串与标准数据串比对，当比对结果是高压管路内压力P≥动态高压分流卸载值Px时，管理电路发出指令信号，启动分压支路开关阀，进入分流卸载模式，同时还记录进入分流卸载模式的时间点，以旁通分流卸载形成对高压压力管路的一级高压保护；

（2.2）进入分流卸载模式后，继续周期性的比对动态数据串与标准数据串，当检测到高压管路内压力P≤动态复位值Pf时，管理电路切断指令信号，分压支路开关阀关闭，空调系统转入正常全冷模式，并记录退出分流卸载模式的时间点；若分流卸载模式不能有效降载，达不到动态复位值Pf，则直至触发二级高压保护，即执行步骤（3）；

为保证空调系统长期安全、稳定运行，本方法还设置了二级高压保护，如下步骤（3）实时进行超高压比对，及时发出二级保护指令，保障机组安全运行：

（3.1）自动复位压力开关的动作点与动态极限值Pmax设定值相等，当检测到高压管路内压力P≥动态极限值Pmax时，或检测到设置的同步动作的自动复位压力开关动作，即发出压缩机停机指令，并且暂存器记录高压故障次数1次，以压缩机停机进行二级高压保护；

（3.2）压缩机停机后进入延时启动程序，再转入正常全冷模式运行；

（4）重复按照（2）、（3）步骤执行直至关机指令下达。

本发明的有益效果是：（1）本发明提供的方法采用了对高压压力系统自动、逐级降载，提升了空调机组的耐高温运行能力，保证了空调系统的恶劣环境下的正常运行；（2）在进一步改进的技术方案中，对外部环境的压力、温度同时检测，并与空调系统内部的压力、温度做综合处理，使得在面对隧道、会车等特殊情形时，仍然保证了机组运行的可靠性和安全性，为广大乘客提供了良好的乘车环境的安全保障。

附图说明

图1为本发明中空调系统的高压储运机构的结构示意图；

图中，1代表压缩机，2代表自动复位压力开关，3代表针阀，4代表压力传感器，5代表冷凝器，6代理冷凝风机，7代表干燥过滤器，8代表热力膨胀阀，9代表蒸发器，10代表蒸发风机，11代表分压支路开关阀，12代表节流毛细管，11代表分液器，箭头标示系统中冷媒流向。

具体实施方式

本发明提供一种轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，以下通过具体实施例详细说明本发明方法的具体实施步骤，但不以任何形式限制本发明。

实施例1

本实施例中，轨道交通空调系统中包括依次连接成主回路的蒸发器9、压缩机1、冷凝器5、干燥过滤器7和热力膨胀阀8，蒸发器9及冷凝器5分别配套设置蒸发风机10和冷凝风机6，参见图1，关键的，空调系统中设置了针对高压储运机构的高压压力保护系统，高压压力保护系统中包括旁通的分流卸载支路、用于测定高压压力的压力传感器4和/或温度传感器、与高压管路连通的自动复位压力开关2和针阀3及配套的管理电路，其中旁通卸载支路的一端设置在空调系统的压缩机1与冷凝器5之间、另一端设置在热力膨胀阀8与蒸发器9之间，所述的分流卸载支路上串联分压支路开关阀11和节流毛细管12。

管理电路中包括综合处理器CPU、与综合处理器CPU信号输入端连接的压力传感器4和温度传感器，与综合处理器CPU信号输出端连接的受控的分压支路开关阀11、压缩机1等，及与综合处理器CPU连接的中间数据库、经验数据库和用于存储高压故障记录次数的暂存器。综合处理器CPU控制调取经验数据库数据，拟合符合当前运行情形的标准数据并存入中间数据库形成标准数据串，标准数据串中包含了触发一级压力保护时动态高压分流卸载值Px及由分流卸载模式转入正常全冷模式的动态复位值Pf的信息，管理电路中还包括高压监控子程序及辅助电路如时钟电路、地理信息管理电路及气象信息采集电路等。经验数据库中存储有列车空调系统运行中，根据发车时间、行车区间和气象资料如压力、温度形成的标准数据，高压监控子程序用于实时采集压力、温度，并与经验数据库中的数据进行比对并存储至经验数据库，以供后期检修维护使用参考。高压储运机构安全监控的方法具体如下：

（1）首先，启动空调系统进行初始化，监控子程序的数据库进行自动更新数据：

（1.1）启动空调系统，参考发车时间、行车区间和压力传感器、温度传感器采集的即时气象资料，从经验数据库中选调比对数据形成当前运行情形下的标准数据，并存入中间数据库，进一步形成以时间为标示、同时记录包含压力和/或温度、结束字符标示exit的标准数据串，如2016年12月1日启动空调系统时，经验数据库中存储有历年12月1日从北京发往广州的G71次列车，压力传感器4测得高压压力管路内压力为P，外环境压力为Pw，更完善的，可在冷凝器5内、外设置温度传感器，用于测定空调系统内冷凝温度T和外界温度Tw，根据行车区间及相同或相近的气象信息形成当前运行发车区间、时间条件下所允许运行的标准数据，并存入中间数据库，进一步形成标准数据串为20161201/BJ-GZ/P/T/exit，其中的P代表20161201运行中动态高压分流卸载值Px、动态复位值Pf、压力动态极限值Pmax的标准值；

（1.2）启动巡回采样程序，巡回频率可根据经验数据通过控制面板调节，如1min一次或5min一次等，将即时采集到的高压管路内力P、外环境压力Pw和/或系统内冷凝温度T和外界温度Tw的温度信号编辑形成以时间为标识码的动态数据串，并存入中间数据库，动态数据串的格式优选与标准数据串一致，便于比较；

（1.3）完成初始化，进入正常全冷模式运行；

在空调系统运行过程中，重复按照下述步骤（2）、（3）执行，直至关机指令下达。

（2）定时监控数据比对，发出调控指令维持高压动平衡：

（2.1）启动周期性的数据串比对，比对周期可自动巡回比对，亦可通过控制面板进行设置，将动态数据串与标准数据串比对，当比对结果判定高压管路内压力P≥动态高压分流卸载值Px时，管理电路向分压支路开关阀11发出指令信号11a，打开分压支路开关阀11，进入分流卸载模式，同时还记录进入分流卸载模式的时间点，此时，高压压力管路内的高压蒸汽分流至分压支路，形成旁通分流卸载，从而实现对高压压力管路一级高压保护，为避免突发的、不稳定信号导致频繁开关分压支路开关阀11，应用中一般进行滤波，当检测到“高压管路内压力P≥动态高压分流卸载值Px时”且“状态延续5秒钟”后，再“发出启动分压支路开关阀11的指令信号11a；

（2.2）进入分流卸载模式后，继续周期性的比对动态数据串与标准数据串，当检测到高压管路内压力P≤动态复位值Pf时，管理电路切断指令信号11a，分压支路开关阀11关闭，空调系统转入正常全冷模式，并记录退出分流卸载模式的时间点；同理进行滤波设置，在检测到“高压管路内压力P≤动态复位值Pf”且“P≤动态复位值Pf 连续达1min时”，再切断指令信号11a），有效避免突发的、不稳定信号导致的频繁开关分压支路开关阀11。分流卸载的支路高压蒸汽将经蒸发器后再次进入高压压力管路，根据实际有效降载所需时间的经验，设置为在检测到“高压管路内压力P≤动态复位值Pf”且“P≤动态复位值Pf 连续达1min时、分流卸载模式运行≥15min”时，再切断指令信号11a，关闭分压支路开关阀11。同时，为避免系统运行中分流卸载模式与正常全冷模式的频繁切换，控制动态复位值Pf比触发一级高压压力保护时的动态高压分流卸载值Px低0.5MPa。

当分流卸载模式不能有效降载，不能达到系统设置的动态复位值Pf，为保证空调系统长期安全、稳定运行，还设置了二级高压保护，即执行步骤（3）直至触发二级高压保护：

（3）实时进行超高压比对，及时发出二级保护指令，保障机组安全运行：

（3.1）设定允许空调系统运行的压力动态极限值Pmax，可同步设置动作点与动态极限值Pmax相等的自动复位压力开关2，当检测到高压管路内压力P≥动态极限值Pmax时，或设置的同步动作的自动复位压力开关2动作，综合处理器CPU发出压缩机1的停机指令，并且暂存器记录高压故障次数1次，以压缩机1的停机进行二级高压保护，为达到高压压力保护的有效性及准确性，且防止一级高压压力保护未触发而二级高压保护先进行的情形，设定动态高压分流卸载值Px比动态极限值Pmax低0.2-0.4 MPa，优选0.2MPa；

（3.2）上述压缩机1停机后则进入延时启动程序，其再次启动的条件如下：检测到自动复位压力开关2复位后，控制延时1min重新启动压缩机1；压缩机1重新启动后运行超过3min，则管理电路将记录的高压故障次数清零。

如果在压缩机1重新启动后3min内再次检测到高压管路内压力P≥动态极限值Pmax，或触发自动复位压力开关2动作，则暂存器中高压故障记录次数加1。

关机指令的下达包括如下情形：到达目的地，认为下达关机指令；或暂存器中高压故障记录次数达到5时，空调系统的综合处理器CPU下达关机指令，并上报列车管理系统停机检修；或压缩机1停机2min后仍未触发自动复位压力开关2复位，则上报列车管理系统停机检修，下达关机指令。

上述方法能对空调机组运行过程的出现的高压压力进行自动的、逐级的降载，使得空调机组在高温环境下仍能正常运行。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中同时在冷凝器5外部设置了压力传感器，用于检测冷凝器5附近的外环境压力Pw，在做压力处理时，以高压管路内压力P+外环境压力Pw之和分别与设定的动态高压分流卸载值Px、动态极限值Pmax比较，步骤（2.1）中，高压管路内压力P+外环境压力Pw≥动态高压分流卸载值Px时，发出指令信号11a，进入分流卸载模式。所述步骤（3.2）中，当检测到高压管路内压力P+外环境压力Pw≥动态极限值Pmax时，发出压缩机1停机指令。当外环境温度Tw检测到80℃以上高温时，应急启动压力比对措施，防止压力过高引起的故障及人员安全。

上述设置综合考虑空调机组运行的内部高压压力和所处环境的外部压力，在保证空调机组能正常运行的同时，更保证了外部出现负压或突发急剧上升的温度时，机组设备运行的安全性，对机组设备及人员安全提供了及其重要的安全保证。

实施例3

与实施例1类似的是，本实施例中以用于检测环境温度的新风温度传感器触发一级高压保护，具体设置为，外部环境中设置在用于检测环境温度T的新风温度传感器，并与综合处理器CPU 的信号输入端连接，步骤（2.1）当检测到T≥45℃时，管理电路向分压支路开关阀发出指令信号11a，打开分压支路开关阀11，进入分流卸载模式，同时还记录进入分流卸载模式的时间点。

步骤（2.2）当检测到T≤42℃管理电路切断指令信号11a，分压支路开关阀11关闭，空调系统转入正常全冷模式，并记录退出分流卸载模式的时间点。

实施例4

与实施例1类似的是，本实施例中以用于检测冷凝器所处环境温度的冷凝器温度传感器触发一级高压保护，具体设置为，在冷凝器附近设置在用于检测检测冷凝器所处环境温度Tn的冷凝器温度传感器，并与综合处理器CPU 的信号输入端连接，步骤（2.1）当检测到T≥70℃-80℃时管理电路向分压支路开关阀发出指令信号11a，打开分压支路开关阀11，进入分流卸载模式，同时还记录进入分流卸载模式的时间点。

步骤（2.2）当检测到T≤62℃管理电路切断指令信号11a，分压支路开关阀11关闭，空调系统转入正常全冷模式，并记录退出分流卸载模式的时间点。

本发明方法的主旨之一是通过传感器触发一级高压压力保护，该设计保证了实时检测，有效保证了空调系统长期、正常运行，在危险达到之前预警进行一级卸载，避免了频繁开关机造成的能耗及乘车环境的不稳定；另一方面，本发明通过逐级降载进行高压压力保护，对于采用非热气旁通模式进行制冷系统卸载（或降载）的设计，如：采用一级压力开关和二级压力开关、应用变频压缩机、或压缩机自带内部卸载功能等可实现系统卸载（或降载）的设计，对于本行业的专业人员来说，根据本专利相关描述作改动运用到其系统上是不需付出创造性劳动的，均应在本专利保护范围之内。

Claims (9)

1.轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，该方法基于以下结构实现：高压储运机构中的压缩机（1）与冷凝器（5）之间增设了可控分压支路，高压管路内、外设置有压力传感器和/或温度传感器及自动复位压力开关（2），配套的管理电路中包括高压监控子程序和配套经验数据库，其特征在于，上述的方法包括以下步骤：

（1）启动空调系统，监控子程序自动更新数据：

（1.1）参考发车时间、行车区间、即时气象资料，从经验数据库中选调比对数据存入中间数据库，形成标准数据串；

（1.2）启动巡回采样程序，将即时采集到的高压管路内、外的压力和/或温度信号编辑形成以时间为标识码的动态数据串；

（1.3）完成初始化，进入正常全冷模式；

（2）定时监控数据比对，发出调控指令维持高压动平衡：

（2.1）启动周期性动态数据串与标准数据串比对， 判定高压管路内压力P≥动态高压分流卸载值Px时，发出启动分压支路开关阀（11）的指令信号（11a），进入分流卸载模式、并记录进入分流卸载模式的时间点；

（2.2）进入分流卸载模式后，继续进行定时的动态数据串与标准数据串比对，当检测到高压管路内压力P≤动态复位值Pf时，切断指令信号（11a），转入正常全冷模式，并记录退出分流卸载模式的时间点；

（3）实时进行超高压比对，及时发出二级保护指令，保障机组安全运行：

（3.1）当检测到高压管路内压力P≥动态极限值Pmax时，或设置的同步自动复位压力开关（2）动作，则发出压缩机（1）停机指令，暂存器记录高压故障次数1次；

（3.2）压缩机停机后进入延时启动程序，再转入正常全冷模式运行；

（4）重复按照（2）、（3）步骤执行直至关机指令下达。

2.根据权利要求1所述的轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，其特征在于所述步骤（2.1）中检测到“高压管路内压力P≥动态高压分流卸载值Px时”且“状态延续5秒钟”后，再“发出启动分压支路开关阀（11）的指令信号（11a）” 。

3.根据权利要求1所述的轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，其特征在于所述步骤（2.2）中检测到“高压管路内压力P≤动态复位值Pf”且P≤动态复位值Pf 连续达1min时，再切断指令信号（11a），转入正常全冷模式。

4.根据权利要求1或3所述的轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，其特征在于所述步骤（2.2）中检测到“高压管路内压力P≤动态复位值Pf”且“分流卸载模式运行≥15min”时，再切断指令信号（11a），转入正常全冷模式。

5.根据权利要求1所述的轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，其特征在于所述步骤（3.3）压缩机停机后进入延时启动程序的具体步骤包括：自动复位压力开关（2）在其复位后延时1min重新启动压缩机，压缩机重新启动后运行超过3min，则暂存器中高压故障记录次数清零；如果在压缩机重新启动后3min内再次触发自动复位压力开关（2）动作，则暂存器中高压故障记录次数加1，至暂存器中高压故障记录次数到5，报列车管理系统停机检修，下达关机指令。

6.根据权利要求5所述的轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，其特征在于所述步骤（3.3）压缩机停机后进入延时启动程序的步骤还包括：压缩机停机2min后仍未触发自动复位压力开关（2）复位，则上报列车管理系统停机检修，下达关机指令。

7.根据权利要求1所述的轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，其特征在于所述步骤（3.1）出现以下状况之一时启动随机超压比对还包括：C）车厢外的位于冷凝器（5）附近的外环境压力传感器检测到外环境压力Pw出现负压、或外环境传感器检测到外环境温度Tw到80℃以上高温。

8.根据权利要求1或7所述的轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，其特征在于所述步骤（2.1）中，高压管路内压力P+外环境压力Pw≥动态高压分流卸载值Px时，发出指令信号（11a），进入分流卸载模式。

9.根据权利要求1或7所述的轨道交通空调系统的高压储运机构安全监控的方法，其特征在于所述步骤（3.2）中，当检测到高压管路内压力P+外环境压力Pw≥动态极限值Pmax时，发出压缩机停机指令。