机车空压机容积流量的确定及测量方法研究

第30卷第6期铁道机车车辆Vol. 30　No. 6

2010

年12月RA IL WA Y LOCOMO TIV E &CAR Dec. 　　2010

文章编号:1008-7842(2010) 06-0011-03

机车空压机容积流量的确定及测量方法研究

申瑞源1, 段明民2, 杨　欣2

(1　铁道部运输局　装备部, 北京100844;

2　中国铁道科学研究院　机车车辆研究所, 北京100081)

摘　要　通过对重载列车制动系统参数的计算分析, 确定机车空压机的容积流量, 为制订相关标准提供依据, 提出了在铁路行业现场简便易行的机车空压机容积流量测量方法。关键词　空压机; 容积流量; 测量方法; 漏泄量中图分类号:U260. 31　　文献标志码:A

　　压缩空气是制动系统制动力的来源, 机车上的主空

气压缩机为制动系统提供压缩空气, 是制动系统重要的组成部分。同时, 空气压缩机还需要为机车的受电弓、风笛及撒沙装置等提供压缩空气, 因此, 容积流量是空压机的主要性能参数之一。大秦线现已开行万吨及基于Locotrol 分布式动力的2万t 编组货物列车。对于重载长大货物列车而言, 机车的充风能力对于制动的实施尤为重要。在进行机车型式试验中的制动试验时, 对机车空气压缩机的容积流量(即排气量) 以常见的HX D 1(HX D 2) +t 指出了制动供依据, 对今后机车制动系统的标准提供参考; 同时, 结合G B/T 15487—1998《容积式压缩机流量测量方法》中的充罐法, 提出了在铁路行业现场简便易行的机车空压机容积流量测量方法, 对漏泄量也进行了修正。1　漏泄量与容积流量的关系

在进行制动试验时, 空气管路的漏泄量定义为单位时间内的压力下降值, 则漏泄量可以用式ΔP/t 来表述。因此, 需要漏泄流量Q L 将其转化成以漏泄量ΔP/t 为变量的表达式。根据玻—马定律有:

P 1V 1=P 2V 2+P 3V 3

P 1为漏泄前压力空气容积内空气压力(绝对压力) ; P 2

　　则漏泄的容积流量为

Q L =

=t t P 3

　　即

P/t P 3

(1)

2) 为漏泄后压力空气容积内空气压力(绝对压力) ; V 1为P 1的容积, 即压力空气容积; V 2为P 2的容积, V 2=V 1; P 3为压力空气漏泄后为自由空气, 其压力为大气标准压力, 取1×105Pa =100kPa ; V 3为自由空气的容积。

上式可以变形为:

V 3=

P 3

, 其容积可用下式计算:

V BP =(L 1i +nL 1j ) ×k 1+(L 2i +nL 2j ) ×k 2

式中L 1i 为机车列车主管长度, HX D 1和HX D 2为双节固定重联, 取60m ; L 1j 为车辆列车主管长度, C 80换长1. 1, 加上制动软管, 取15m ; L 2i 为机车列车支管长度, 取3m ; L 2j 为车辆列车支管长度,C 80取1. 5m ; k 1, k 2为列车主管和列车支管的空气管路单位长度容积, 单位dm 3/m 。

根据G B/T 3092—1993《低压流体输送用焊接钢管》, 公称通径DN32的空气管路外径D 为42. 3mm , 壁厚δ为3. 25mm , 单位长度L =1m 的空气管路容积

π(δ) 23

V =・L , 可得k 1=1. 007dm /m ; 对于公称

通径DN25的空气管路, 其外径D 为33. 5mm , 壁厚δ为3. 25mm , 同上述可得k 2=0. 573dm 3/m 。n 为车辆数量, C 80万t 列车编组为105辆。计算可得V BP =1738dm 3。

(2) 机车总风缸及附属管路容积

HX D 1和HX D 2均为双节固定重联, 每节配备一个1000dm 3的总风缸, 附属管路容积约15dm 3。则V MR =2030dm 3。

) 男, 河南巩义人, 高级工程师(修回日期:2010-07-27) 申瑞源(1964—

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　铁道机车车辆　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第30卷　12

　　(3) 车辆分配阀容积

C 80全部装用120阀, 加速缓解风缸为11dm 3, 则

V VR =11×n =1155dm 。

Q ″=[P ′1V BP +r max (V VR +V AR ) ]/P 0t 2+Q L

式中r max 为紧急制动后副风缸压力与定压的压力差, C 80采用两个203mm ×254mm 整体旋压式密封制动

(4) 车辆副风缸容积

C 80副风缸容积55dm 3, 由于副风缸与120控制阀

缸, 副风缸与制动缸的平衡压力略高, 取r max =140kPa ; t 2为万t 编组列车紧急制动后再充风时间, 设为10min ; 计算可得Q ″=3726. 52dm 3/min 。

间的连接管路较长, 取容积为60dm 3, 则V AR =60×n =6300dm 3。

3　列车充风缓解的空气消耗量

(1) 初充风

Q ′=P ′1(V BP +V VR +V AR ) /P 0t 1+Q L

该数据显示的是缓解充风时的平均容积流量。从上述数据可以看出, 在该假定情况下, 列车制动管路漏泄占空气总消耗量的1/3左右, 如果对车辆制动系统管路加强检修, 将使制动的缓解充风时间有较大幅度的缩减。但另一方面, 由于受到中继阀、总风缸压力、总风缸容积、车辆制动机性能及列车管管道阻力等诸方面因素的影响, 空压机的实际容积流量还需比计算值进一步提高, 才能满足充风时间的要求。4　空压机容积流量的测量

式中P ′1为初充风缓解后的列车管压力, 由于列车管压力存在压力梯度, 头部为定压600kPa , 尾部为580kPa 时即认为完成充风缓解, 取其平均值590kPa , 换算成绝对压力为690kPa ; P 0为大气绝对压力, 取P 0=100kPa ; t 1为万t 编组列车的初充风时间, 设为30min ; Q L 计算时取机车空气管路漏泄压力为20kPa/min , 列车管系漏泄为20kPa/min , 车辆副风缸漏泄设为10kPa/min , 据式(1) 可推

现有的机车空气压缩机基本上采用螺杆式空压机, 。根据TB/T 2711—2005, 可按照喷嘴法对, 其试验原理如图1所示

。

得Q L =1383. 6dm 3/min 。计算可得Q ′=3498dm 3/min 。

(2) 紧急制动后再充风

图1　空压机容积流量试验原理图

　　从图1可以看出, 在使用喷嘴法进行容积流量测定时, 需要制作喷嘴装置, 其形状、尺寸、公差等需符合ISA1932喷嘴或ASM E 喷嘴标准, 另外还需要一些辅助装置, 它比较适用于在试验室中对空压机的性能进行比较精确地测量分析。但是, 由于机车型式试验是在现场进行, 空间、时间各方面条件有限, 无法安装另外的储风罐和喷嘴装置, 很难使用喷嘴法对空压机容积流量进行测量, 而且制动系统的空气管系都会有不同程度的漏泄, 容积流量的精确测定也无法做到。所以在制动试验

时, 参照G B/T 15487-1998《容积式压缩机流量测量方法》中的充罐法对空压机的容积流量进行测量。

(1) 公式推导

根据充罐法测量空压机的容积流量有下列公式:

Q =

() -t P 0T k2T k1

(2)

式中Q 为空压机的容积流量,dm 3/min ; V k 为储风缸及相关管路容积,dm 3; t 为充风时间,min ; P 0为压缩机I 级吸气压力, 为大气绝对压力; T 0为压缩机I 级吸气温

　第6期　　　　　　　　　　　　　　　机车空压机容积流量的确定及测量方法研究　　　　　　　　　　　　　　　　　13

度, K; P k1为充气开始时储风罐内气体压力,kPa ; T k1为充气开始时储风罐内气体温度, K; P k2为充气终止, 热平衡后储风罐内气体压力,kPa ; T k2为充气终止, 热平衡后储风罐内气体温度, K; 如果考虑制动系统的漏泄, 可以加入修正项:漏泄流量Q L 。同时在公式中引入空压机容积流量的效率η。

η-Q L =(-) (3) Q ・

t P 0

T k2

T k1

总风缸内压力稳定后, 连续测量5min , 记录总风压力

的下降值。

将总风缸内压力排至0kPa , 然后将主空压机开关置“手动”位, 强迫空压机打风, 记录总风缸内压力从0kPa 升至900kPa 的时间t ′。

将式(1) 代入式(3) 得:

η-ΔP/t () Q ・=-P 3t 0P 0T k2T k1

(4)

在实际试验过程中, 如果总风缸管路的漏泄很小,

也可以待总风缸内空气冷却一段时间再测量其空气压力, 减少压力空气温度变化对试验结果的影响。根据式(5) 计算出空压机从0kPa 升至900kPa 的理论打风时间t 。若t ′

(1) 和谐型系列机车的主空压机容积流量, 均要求为≥2400dm 3/min 。从万t 列车编组的初充风和紧急后再充风计算来看, 该要求可以满足运用的需要。

(2) 对于长大列车而言, 各压力容器的漏泄量对列, 建议车辆检修部门在检车时应加强排查, 。

(31998中的充罐法, 得到一, 并针对容积流量试。

在和谐型系列机车的型式试验中, 我们运用该试验方法进行机车主空压机系统性能试验, 均取得良好的效果。根据此方法对机车的主空压机容积流量进行测量, 使试验过程比较简单, 减轻了劳动强度, 节省了试验时间, 而且试验结果稳定、准确。该方法也同样适用于动车组。参考文献

[1]　徐　灏. 机械设计手册[M ].北京:机械工业出版社,

2000.

[2]　刘豫湘, 吴　智, 卢东涛, 等. 机车风源系统供风能力的研

为方便识别, 将式(3) 中的t 变为t 0; 显然, 式中的V k =

V 1, 又由于P 0、P 3为大气绝对压力, 即P 3=P 0; 假定在空压机打风过程中气体温度的变化忽略不计, T k2=T k1=T 0, 则式(4) 可以简化为:

η・P 0-ΔP/t ・Q ・V k =

经推导得:

t =

η・P 0-ΔP/t ・Q ・V k

(5)

　　这样, 对空压机容积流量的判定可以转化成为充风时间的判定。理论打风时间, 要求。

(2) 具体试验方法

利用总风缸及相关管路作为充罐法试验中的储风缸, 关断总风出口塞门, 切断总风通往制动系统的管路, 在总风缸排水塞门处安装或在预留的总风压力测试点连接压力传感器, 并将压力传感器输出信号连接至数据采集系统。

首先对总风缸及相关管路的漏泄量进行测定。将空压机开关置“自动”位, 将总风压力排低使空压机启动, 将总风缸压力充至空压机自动停机, 等待一段时间,

究[J], 电力机车与城轨车辆,2003,26(5) :7211.

R esearch on Determination and Measurement of

Locomotive Compressor V olume Flow

S H EN R ui 2y uan

, DUA N M i ng 2mi n , YA N G X i n

(1　Equipment Department , Transportation Bureau of MOR , Beijing 100844, China ;

2　Locomotive &Car Research Institute , China Academy of Railway Sciences , Beijing 100081, China )

Abstract :By calculating and analyzing parameters of brake system of heavy 2haul train the volume flow of locomotive compressor was de 2termined for the establishment of correlative criteria , and a convenient way to measure volume flow of locomotive compressor on the spot was put forward.

K ey w ords :air compressor ; volume flow ; measurement ; leakage

第30卷第6期铁道机车车辆Vol. 30　No. 6

2010

年12月RA IL WA Y LOCOMO TIV E &CAR Dec. 　　2010

文章编号:1008-7842(2010) 06-0011-03

机车空压机容积流量的确定及测量方法研究

申瑞源1, 段明民2, 杨　欣2

(1　铁道部运输局　装备部, 北京100844;

2　中国铁道科学研究院　机车车辆研究所, 北京100081)

　　压缩空气是制动系统制动力的来源, 机车上的主空

P 1V 1=P 2V 2+P 3V 3

P 1为漏泄前压力空气容积内空气压力(绝对压力) ; P 2

　　则漏泄的容积流量为

Q L =

=t t P 3

　　即

P/t P 3

(1)

上式可以变形为:

V 3=

P 3

, 其容积可用下式计算:

V BP =(L 1i +nL 1j ) ×k 1+(L 2i +nL 2j ) ×k 2

根据G B/T 3092—1993《低压流体输送用焊接钢管》, 公称通径DN32的空气管路外径D 为42. 3mm , 壁厚δ为3. 25mm , 单位长度L =1m 的空气管路容积

π(δ) 23

V =・L , 可得k 1=1. 007dm /m ; 对于公称

通径DN25的空气管路, 其外径D 为33. 5mm , 壁厚δ为3. 25mm , 同上述可得k 2=0. 573dm 3/m 。n 为车辆数量, C 80万t 列车编组为105辆。计算可得V BP =1738dm 3。

(2) 机车总风缸及附属管路容积

HX D 1和HX D 2均为双节固定重联, 每节配备一个1000dm 3的总风缸, 附属管路容积约15dm 3。则V MR =2030dm 3。

) 男, 河南巩义人, 高级工程师(修回日期:2010-07-27) 申瑞源(1964—

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　　(3) 车辆分配阀容积

C 80全部装用120阀, 加速缓解风缸为11dm 3, 则

V VR =11×n =1155dm 。

Q ″=[P ′1V BP +r max (V VR +V AR ) ]/P 0t 2+Q L

式中r max 为紧急制动后副风缸压力与定压的压力差, C 80采用两个203mm ×254mm 整体旋压式密封制动

(4) 车辆副风缸容积

C 80副风缸容积55dm 3, 由于副风缸与120控制阀

缸, 副风缸与制动缸的平衡压力略高, 取r max =140kPa ; t 2为万t 编组列车紧急制动后再充风时间, 设为10min ; 计算可得Q ″=3726. 52dm 3/min 。

间的连接管路较长, 取容积为60dm 3, 则V AR =60×n =6300dm 3。

3　列车充风缓解的空气消耗量

(1) 初充风

Q ′=P ′1(V BP +V VR +V AR ) /P 0t 1+Q L

现有的机车空气压缩机基本上采用螺杆式空压机, 。根据TB/T 2711—2005, 可按照喷嘴法对, 其试验原理如图1所示

。

得Q L =1383. 6dm 3/min 。计算可得Q ′=3498dm 3/min 。

(2) 紧急制动后再充风

图1　空压机容积流量试验原理图

时, 参照G B/T 15487-1998《容积式压缩机流量测量方法》中的充罐法对空压机的容积流量进行测量。

(1) 公式推导

根据充罐法测量空压机的容积流量有下列公式:

Q =

() -t P 0T k2T k1

(2)

式中Q 为空压机的容积流量,dm 3/min ; V k 为储风缸及相关管路容积,dm 3; t 为充风时间,min ; P 0为压缩机I 级吸气压力, 为大气绝对压力; T 0为压缩机I 级吸气温

　第6期　　　　　　　　　　　　　　　机车空压机容积流量的确定及测量方法研究　　　　　　　　　　　　　　　　　13

η-Q L =(-) (3) Q ・

t P 0

T k2

T k1

总风缸内压力稳定后, 连续测量5min , 记录总风压力

的下降值。

将总风缸内压力排至0kPa , 然后将主空压机开关置“手动”位, 强迫空压机打风, 记录总风缸内压力从0kPa 升至900kPa 的时间t ′。

将式(1) 代入式(3) 得:

η-ΔP/t () Q ・=-P 3t 0P 0T k2T k1

(4)

在实际试验过程中, 如果总风缸管路的漏泄很小,

(1) 和谐型系列机车的主空压机容积流量, 均要求为≥2400dm 3/min 。从万t 列车编组的初充风和紧急后再充风计算来看, 该要求可以满足运用的需要。

(2) 对于长大列车而言, 各压力容器的漏泄量对列, 建议车辆检修部门在检车时应加强排查, 。

(31998中的充罐法, 得到一, 并针对容积流量试。

[1]　徐　灏. 机械设计手册[M ].北京:机械工业出版社,

2000.

[2]　刘豫湘, 吴　智, 卢东涛, 等. 机车风源系统供风能力的研

为方便识别, 将式(3) 中的t 变为t 0; 显然, 式中的V k =

V 1, 又由于P 0、P 3为大气绝对压力, 即P 3=P 0; 假定在空压机打风过程中气体温度的变化忽略不计, T k2=T k1=T 0, 则式(4) 可以简化为:

η・P 0-ΔP/t ・Q ・V k =

经推导得:

t =

η・P 0-ΔP/t ・Q ・V k

(5)

　　这样, 对空压机容积流量的判定可以转化成为充风时间的判定。理论打风时间, 要求。

(2) 具体试验方法

究[J], 电力机车与城轨车辆,2003,26(5) :7211.

R esearch on Determination and Measurement of

Locomotive Compressor V olume Flow

S H EN R ui 2y uan

, DUA N M i ng 2mi n , YA N G X i n

(1　Equipment Department , Transportation Bureau of MOR , Beijing 100844, China ;

2　Locomotive &Car Research Institute , China Academy of Railway Sciences , Beijing 100081, China )

K ey w ords :air compressor ; volume flow ; measurement ; leakage

机车空压机容积流量的确定及测量方法研究

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