CN110816583A - 一种轨道交通车辆用变频式供风装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆用变频式供风装置，包括吊装框架、电气控制箱、集成式空气后处理装置、出口压力维持阀、螺杆压缩机，所述螺杆压缩机包括空气过滤器、螺杆主机、油气分离罐、油过滤器、风冷系统、变频电机，所述供风装置通过电连接器与车辆实现电气连接，所述变频电机驱动螺杆主机及风冷系统，经空气过滤器吸入空气，空气经螺杆主机压缩后经油气分离罐进行油气分离，压缩空气经风冷系统冷却后经集成式空气后处理装置进行过滤干燥处理，最后经出口压力维持阀输出洁净干燥的压缩空气。本发明可普遍适应轨道交通3至6编组车辆用风需求、同时有效防止润滑油乳化现象发生，保证供风装置全寿命周期的运用可靠性。

Description

一种轨道交通车辆用变频式供风装置
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆制动技术，特别是一种轨道交通车辆用变频式供风装置。
背景技术
现有轨道交通3至6编组车辆通常采用固定排量的供风装置，因轨道交通车辆供风装置通常为非连续工作制，根据车辆的运营情况不同，供风装置的工作率一般在10％～80％之间，且同一车辆的生命周期不同阶段，其用风量也会有所变化。
当供风装置运转率较低时，每次运转时间较短，润滑油不能迅速升温至压缩空气压力露点以上，每次压缩机启动将会产生液态水且不能有效蒸发，长时间后便会有润滑油乳化现象发生。
当供风装置排气量不足、工作率过高时，一般只能选用大排量、不同平台的供风装置，导致一类平台的供风装置适应性不足，通用性差。
多种固定排量供风装置的使用，造成易损易耗件种类繁多，故障类型多，不利于运营维护方的维护保养及检修。
现有供风装置无法实时显示输出电源频率、电机转速、功率及排气压力等工作参数，无法实现供风装置的状态监控。
轨道交通车辆的制动系统需要使用洁净干燥的压缩空气，压缩空气的洁净、干燥程度影响到气动元器件及设备的功能、可靠性及使用寿命，直接关系到车辆的运营安全及运行维护成本。目前，国内轨道交通车辆一般采用有油润滑压缩机，压缩机所产生的饱和湿空气含油量大、含固体颗粒多，无法直接用于后端气动设备，故需要对压缩空气进行处理，输出洁净干燥的压缩空气供后端气动设备使用。
现有轨道交通车辆的压缩空气一般采用膜式干燥器、单塔干燥器、双塔干燥器三种形式实现压缩空气的干燥处理。
其中，膜式干燥器需前置油水分离器、精密过滤器、超精过滤器三级过滤装置，该方式连接管路多、安装复杂。膜式干燥器的干燥效果一般，经干燥后的压缩空气压力露点仅能达到ISO 8573:2010规定的3级要求。在轨道交通领域，压缩机频繁启停、工作环境恶劣，膜式干燥器时常因丝膜破损而发生泄漏故障。
采用单塔干燥器形式，需附带反吹风缸，结构复杂、安装不变。单塔干燥器处理能力有限，只能在压缩机停机时实现反吹再生，无法适应长时间连续工作的工况。
直接采用双塔干燥器形式时，双塔干燥器的吸附塔易进入大量的液态水和油，直接影响吸附剂的使用寿命，在修程后期，压缩空气的空气质量下降明显。轨道交通所用的双塔干燥器一般采用分子筛作为吸附剂，因压缩机频繁启停，分子筛受到频繁的气流冲击，容易产生微小的粉末颗粒，不加以处理直接进入后端气动设备，会对气动设备的动作性能及寿命产生不利影响，影响轨道交通车辆的安全运行。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可普遍适应轨道交通3至6编组车辆用风需求、同时有效防止润滑油乳化现象发生，保证供风装置全寿命周期的运用可靠性的轨道交通车辆用变频式供风装置，并且集成式空气后处理装置可有效净化压缩空气内的油、固体颗粒，并对压缩空气进行干燥，输出洁净干燥的压缩空气、结构紧凑，可应用于不同型号的压缩机后端、安装、拆卸及维护方便、可不间断长时间运行、环境适应性强。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种轨道交通车辆用变频式供风装置，包括吊装框架、电气控制箱、集成式空气后处理装置、出口压力维持阀、螺杆压缩机，所述螺杆压缩机包括空气过滤器、螺杆主机、油气分离罐、油过滤器、风冷系统、变频电机，所述供风装置通过电连接器与车辆实现电气连接，所述变频电机驱动螺杆主机及风冷系统，经空气过滤器吸入空气，空气经螺杆主机压缩后经油气分离罐进行油气分离，压缩空气经风冷系统冷却后经集成式空气后处理装置进行过滤干燥处理，最后经出口压力维持阀输出洁净干燥的压缩空气。
所述吊装框架安装于轨道交通车辆底部，所述螺杆压缩机通过弹性减振器与吊装框架连接。
所述电气控制箱包括变频器、PLC控制器、控制电端子排、操作面板、动力电端子排输出端、动力电端子排输入端及相关通讯线、硬线，车辆控制电经控制电端子排输入至操作面板及PLC控制器，所述PLC控制器接收操作面板指令后，对变频器发出控制指令，车辆动力电经动力电端子排输入端输入至变频器，所述变频器根据PLC控制器的运行指令，输出对应频率的电源经动力电端子排输出端至变频电机，所述变频器将电气反馈信号发送回PLC控制器。
所述操作面板通过旋钮控制输出控制指令，所述旋钮左旋降低变频电机转速从而降低供风装置排气量，所述旋钮右旋可提高变频电机转速从而提高供风装置排气量。
设定排气量的下限值为600L/min，上限值为900L/min，中间值为750L/min，中间档左旋共4档控制位置，每档调整值-5％，右旋共4档控制位置，每档调整值+5％。
电气反馈信号经PLC控制器处理后由操作面板实时显示，通过采集出口压力维持阀处的压力作为气压反馈信号实时显示供风装置的排气压力。
所述集成式空气后处理装置，包括空气后处理装置吊装框架，所述空气后处理装置吊装框架集成有前置油水分离器、双塔干燥器、后置除尘过滤器、排污阀，所述双塔干燥器通过电连接器与车辆实现电气连接，所述前置油水分离器通过第一气管与双塔干燥器相连接，所述双塔干燥器通过第二气管与后置除尘过滤器相连接，所述前置油水分离器底部设置有排污口，所述排污口处和后置除尘过滤器上均设置有排污阀。
所述双塔干燥器包括换向气动阀、左换向电磁阀和右换向电磁阀、换向先导阀、左吸附塔和右吸附塔，所述前置油水分离器与换向气动阀相连接，所述左吸附塔和右吸附塔分别与换向气动阀气路连接，所述左换向电磁阀和右换向电磁阀分别控制换向气动阀左右两侧活塞，所述左换向电磁阀和右换向电磁阀分别与换向先导阀相连接，所述左吸附塔通过左吸附塔止回阀分别与换向先导阀和干燥器出口测试插座相连接，所述右吸附塔通过右吸附塔止回阀分别与换向先导阀和干燥器出口测试插座相连接，所述干燥器出口测试插座与后置除尘过滤器相连接，所述左吸附塔和右吸附塔之间设有再生节流栓。
所述换向气动阀连接有消音器。
所述排污阀为手动排污阀和\或电磁排污阀。
所述电磁排污阀通过电连接器与车辆实现电气连接。
所述排污口处设置有加热器。
所述空气后处理装置吊装框架顶部有四处通孔，所述通孔通过螺栓与车辆或压缩机吊架实现吊装连接。
相比于现有技术，本发明的优点在于：通过变频控制实现电机转速的调节从而实现螺杆压缩机的排气量调节，供风装置的最终出口排气量可设定为600～900L/min，提升了供风装置的通用性，可覆盖3至6编组轨道交通车辆的用风需求。
在车辆实际运营时，通过操作面板调档亦可实现排气量调节：当用风量低于初设值时，可降低排气量以实现节能，同时提高压缩机的工作率可有效防止润滑油乳化现象。
在车辆实际用风量高于初设值、压缩机工作率过高或供风不足时，可提高排气量以保证车辆的用风需求。
操作面板可实时显示输出电源频率、电机转速、功率及排气压力，实现供风装置工作状态的实时监控。
通过空气后处理装置吊装框架集成前置油水分离器、排污阀、加热器、双塔干燥器、后置除尘过滤器，形成一种一体化、集成式的压缩空气后处理装置。安装在压缩机后端，可有效净化压缩空气内的油、固体颗粒，并对压缩空气进行干燥，输出洁净干燥的压缩空气供后端车辆的气动设备使用。
压缩空气后处理装置通过吊装框架集成了前置油水分离器、双塔干燥器及后置除尘过滤器，结构紧凑，可应用于不同型号的压缩机后端进行压缩空气后处理，流量范围覆盖0～1200L/min，通过四个吊装孔实现吊装，通过电连接器实现电气连接，安装、拆卸及维护方便。
压缩空气后处理装置主要功能是处理轨道交通车辆压缩机产生的压缩空气。压缩机产生的压缩空气经本装置处理后，其含固体颗粒、含水量、含油量可达到ISO 8573-1:2010规定的2-2-2级要求。
压缩空气后处理装置可不间断长时间运行。可实现6年免维护，满足目前国内轨道交通车辆最长的高级修修程要求。
装置环境适应性强，可在-40℃～+50℃环境温度下正常使用。
附图说明
图1和2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的变频控制逻辑。
图4为本发明集成式空气后处理装置俯视图。
图5为本发明集成式空气后处理装置轴向视图。
图6为本发明集成式空气后处理装置轴向视图。
图7为本发明集成式空气后处理装置气路原理图。
图中：1-空气过滤器；2-风冷系统；3-变频电机；4-压力维持阀；5-电气控制箱；6-电连接器；7-吊装框架；8-弹性减振器；9-螺杆主机；10-油过滤器；11-油气分离罐；12-集成式空气后处理装置；13-变频器；14-PLC控制器；15-控制电端子排；16-操作面板；17-动力电端子排输出端；18-动力电端子排输入端；19、空气入口；20、压缩空气出口；21-空气后处理装置吊装框架；22-前置油水分离器；23-双塔干燥器；24-后置除尘过滤器；25-手动排污阀26-电磁排污阀；27-加热器；28-第二气管；29-第一气管；30-消音器；31-换向气动阀；32-左换向电磁阀；33-右换向电磁阀；34-换向先导阀；35-再生节流栓；36-左吸附塔；37-右吸附塔；38-左吸附塔止回阀；39-右吸附塔止回阀；40-干燥器出口测试插座；41-压缩空气入口；42-压缩空气出口；43-电连接器；44-反吹口；45-排污口。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
如图1和2所示，一种轨道交通车辆用变频式供风装置，包括吊装框架7、电气控制箱5、集成式空气后处理装置12、出口压力维持阀4、螺杆压缩机等组成。螺杆压缩机包括空气过滤器1、螺杆主机9、油气分离罐11、油过滤器10、风冷系统2、变频电机3。吊装框架7安装于车辆底部，螺杆压缩机通过弹性减振器8与吊装框架7连接，可防止振动传递到车辆。供风装置通过电连接器6与车辆实现电气连接。变频电机3驱动螺杆主机9及风冷系统2，经空气过滤器1吸入空气，经螺杆主机9压缩后经油气分离罐11进行油气分离，压缩空气经风冷系统2冷却、经集成式空气后处理装置12进行过滤干燥处理，最后经出口压力维持阀4输出洁净干燥的压缩空气。
如图3所示，电气控制箱5由变频器13、PLC控制器14、控制电端子排15、操作面板16、动力电端子排输出端17、动力电端子排输入端18及相关通讯线、硬线组成。车辆控制电经控制电端子排15输入至操作面板16及PLC控制器14。操作面板16通过旋钮控制输出控制指令，旋钮左旋可降低变频电机3转速从而降低供风装置排气量，旋钮右旋可提高变频电机3转速从而提高供风装置排气量。因轨道交通的安全性要求，设定排气量的下限值为600L/min，上限值为900L/min，中间值为750L/min，中间档左旋共4档控制位置，每档调整值-5％，右旋共4档控制位置，每档调整值+5％。PLC控制器14接收操作面板16指令后，对变频器13发出控制指令。车辆动力电经动力电端子排输入端18输入至变频器13，变频器13根据PLC控制器14的运行指令，输出对应频率的电源经动力电端子排输出端17至变频电机3，实现变频电机3的转速变化。变频电机3驱动螺杆主机9及风冷系统2，不同转速的螺杆主机9将输出相应排量的压缩空气，经油气分离罐11油气分离、风冷系统2冷却、集成式空气后处理装置12过滤干燥处理，最后经出口压力维持阀4输出相应排量的洁净干燥的压缩空气。在供风装置运行时，电气反馈信号经PLC控制器14处理后由操作面板16实时显示，可实时显示输出电源频率、电机转速、功率。气压反馈信号通过采集出口压力维持阀4处的压力，可实时显示供风装置的排气压力。
如图4-6所示，所述集成式空气后处理装置，包括空气后处理装置吊装框架，所述空气后处理装置吊装框架集成有前置油水分离器、双塔干燥器、后置除尘过滤器、排污阀，所述双塔干燥器通过电连接器与车辆实现电气连接，安装及拆卸方便，所述前置油水分离器通过第一气管与双塔干燥器相连接，所述双塔干燥器通过第二气管与后置除尘过滤器相连接，所述前置油水分离器底部设置有排污口，所述排污口处和后置除尘过滤器上均设置有排污阀。
所述双塔干燥器包括换向气动阀、左换向电磁阀和右换向电磁阀、换向先导阀、左吸附塔和右吸附塔，所述前置油水分离器与换向气动阀相连接，所述左吸附塔和右吸附塔分别与换向气动阀气路连接，所述左换向电磁阀和右换向电磁阀分别控制换向气动阀左右两侧活塞，所述左换向电磁阀和右换向电磁阀分别与换向先导阀相连接，所述左吸附塔通过左吸附塔止回阀分别与换向先导阀和干燥器出口测试插座相连接，所述右吸附塔通过右吸附塔止回阀分别与换向先导阀和干燥器出口测试插座相连接，所述干燥器出口测试插座与后置除尘过滤器相连接，所述左吸附塔和右吸附塔之间设有再生节流栓。
所述换向气动阀连接有消音器。
所述排污阀为手动排污阀和\或电磁排污阀。
所述电磁排污阀通过电连接器与车辆实现电气连接，安装及拆卸方便。
所述空气后处理装置吊装框架顶部有四处通孔，所述通孔通过螺栓与车辆或压缩机吊架实现吊装连接。
压缩机产生的压缩空气首先进入前置油水分离器，在前置油水分离器内部产生气旋，通过离心力作用将液态水、油分离到前置油水分离器底部，压缩机停机后通过电磁排污阀将液态水、油及部分固体颗粒排出。在寒冷天气下，为防止液态水结冰造成排污通道堵塞，在前置油水分离器的排污口设置了加热器。
之后，压缩空气经由第一气管进入双塔干燥器进行干燥。如图7所示，压缩湿空气进入换向气动阀，对左吸附塔、右吸附塔同时充气，由于最小压力阀的蓄压止回作用，优先建立系统内的控制气压力。上半周期时，左换向电磁阀得电，当系统内压力超过换向先导阀的先导压力时，推动换向气动阀左侧活塞，关闭左侧进气口的同时打开左侧再生口。此时，压缩机供给的高压湿空气通过换向气动阀自下而上给右吸附塔充压，进行湿空气的干燥过滤，此时，右吸附塔为“干燥塔”。再生气体经再生节流栓、左吸附塔直接与大气压相通，在此减压过程中迅速膨胀。由于空气容纳水汽的能力与压力成反比，这种压力变化使膨胀空气变得更为干燥，当该股气流自上而下吹扫左吸附塔的吸附剂层时，逐渐带走堆积在分子筛多孔腔室内的水分子，形成一股潮湿的气流，通过消音器缓缓排出，达到脱湿(“再生”)的目的，此时，左吸附塔为“再生塔”。当上半个周期结束后，控制时序自动进入下半个周期。此时，右换向电磁阀得电，而左换向电磁阀失电。原先的“干燥塔”转换为“再生塔”，原先的“再生塔”转换为“干燥塔”。如此，上半周期与下半周期交替循环，周而复始，可保证双塔干燥器的不间断正常工作。
压缩空气经双塔干燥器干燥后，通过第二气管进入后置除尘过滤器。在双塔干燥器工作过程中，吸附塔内的分子筛在频繁加压、泄压过程中易产生微小固体颗粒，为了保证最终空气质量，增加后置除尘过滤器，将微小固体颗粒滤除。最终，输出洁净、干燥的压缩空气，其含固体颗粒、含水量、含油量可达到ISO 8573-1:2010规定的2-2-2级要求。后置除尘过滤器所滤下的固体颗粒，仅需在检修过程中通过手动排污阀排出即可。

Claims (13)

1.一种轨道交通车辆用变频式供风装置，包括吊装框架、电气控制箱、集成式空气后处理装置、出口压力维持阀、螺杆压缩机，其特征在于所述螺杆压缩机包括空气过滤器、螺杆主机、油气分离罐、油过滤器、风冷系统、变频电机，所述供风装置通过电连接器与车辆实现电气连接，所述变频电机驱动螺杆主机及风冷系统，经空气过滤器吸入空气，空气经螺杆主机压缩后经油气分离罐进行油气分离，压缩空气经风冷系统冷却后经集成式空气后处理装置进行过滤干燥处理，最后经出口压力维持阀输出洁净干燥的压缩空气。
2.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述吊装框架安装于轨道交通车辆底部，所述螺杆压缩机通过弹性减振器与吊装框架连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述电气控制箱包括变频器、PLC控制器、控制电端子排、操作面板、动力电端子排输出端、动力电端子排输入端及相关通讯线、硬线，车辆控制电经控制电端子排输入至操作面板及PLC控制器，所述PLC控制器接收操作面板指令后，对变频器发出控制指令，车辆动力电经动力电端子排输入端输入至变频器，所述变频器根据PLC控制器的运行指令，输出对应频率的电源经动力电端子排输出端至变频电机，所述变频器将电气反馈信号发送回PLC控制器。
4.根据权利要求3所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述操作面板通过旋钮控制输出控制指令，所述旋钮左旋降低变频电机转速从而降低供风装置排气量，所述旋钮右旋可提高变频电机转速从而提高供风装置排气量。
5.根据权利要求4所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于设定排气量的下限值为600L/min，上限值为900L/min，中间值为750L/min，中间档左旋共4档控制位置，每档调整值-5％，右旋共4档控制位置，每档调整值+5％。
6.根据权利要求3所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于电气反馈信号经PLC控制器处理后由操作面板实时显示，通过采集出口压力维持阀处的压力作为气压反馈信号实时显示供风装置的排气压力。
7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述集成式空气后处理装置，包括空气后处理装置吊装框架，所述空气后处理装置吊装框架集成有前置油水分离器、双塔干燥器、后置除尘过滤器、排污阀，所述双塔干燥器通过电连接器与车辆实现电气连接，所述前置油水分离器通过第一气管与双塔干燥器相连接，所述双塔干燥器通过第二气管与后置除尘过滤器相连接，所述前置油水分离器底部设置有排污口，所述排污口处和后置除尘过滤器上均设置有排污阀。
8.根据权利要求7所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述双塔干燥器包括换向气动阀、左换向电磁阀和右换向电磁阀、换向先导阀、左吸附塔和右吸附塔，所述前置油水分离器与换向气动阀相连接，所述左吸附塔和右吸附塔分别与换向气动阀气路连接，所述左换向电磁阀和右换向电磁阀分别控制换向气动阀左右两侧活塞，所述左换向电磁阀和右换向电磁阀分别与换向先导阀相连接，所述左吸附塔通过左吸附塔止回阀分别与换向先导阀和干燥器出口测试插座相连接，所述右吸附塔通过右吸附塔止回阀分别与换向先导阀和干燥器出口测试插座相连接，所述干燥器出口测试插座与后置除尘过滤器相连接，所述左吸附塔和右吸附塔之间设有再生节流栓。
9.根据权利要求8所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述换向气动阀连接有消音器。
10.根据权利要求7所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述排污阀为手动排污阀和\或电磁排污阀。
11.根据权利要求10所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述电磁排污阀通过电连接器与车辆实现电气连接。
12.根据权利要求7所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述排污口处设置有加热器。
13.根据权利要求7所述的一种轨道交通车辆用变频式供风装置，其特征在于所述空气后处理装置吊装框架顶部有四处通孔，所述通孔通过螺栓与车辆或压缩机吊架实现吊装连接。
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