城軌車輛空調裝置自動化控制的分析與研究城軌車輛空調裝置自動化控制的分析與研究學 生 姓 名： 學 號： 專 業 班 級： 指 導 教 師： 摘要考慮到城軌車輛實際運行區域的氣候條件，有些設置了專門的加熱系統。有新風口引入的新鮮空氣及車內循環空氣，被機組的通風機吸入并在電加熱器前混合，通過電加熱器加熱，溫度升高，再有通風機送入車內風道各格柵，向車內送熱風，使溫度徐徐上升，并有溫度調節器自動調節車內空氣溫度，維持車內的一定溫度。 目錄摘要引言一 關車輛的類型-1二 空調的基礎知識- 1三 空調的制冷方式 -3 （一）制冷方式四 制冷壓縮機 -6（一）活塞式制冷壓縮機-7（二）螺桿式制冷壓縮機 -9（三）渦旋壓縮機特點- 10五 換熱器和輔助設備- 11 （一）換熱器- 11 （二）制冷裝置的輔助設備- 14六 節流元件和閥門 -15 （一）膨脹機構 -15 （二）閥門 -17七 制冷裝置的自動化- 19 （一）蒸發器液量的自動調節- 20 （二）制冷機的壓力保護器件- 20 （三）熱氣旁通能量調節 -21節流元件和閥門 -15 （一）膨脹機構 -15 （二）閥門 -17七 制冷裝置的自動化- 19 （一）蒸發器液量的自動調節- 20 （二）制冷機的壓力保護器件- 20 （四）溫度的自動調節 -22八 車輛空氣調節 -23九 城市軌道交通車輛空調系統 -25結論致謝參考文獻 引言用一定的方法使物體或空間的溫度低于周圍環境介質的溫度，并且使其維持在某一范圍內，這個過程稱作空調制冷制冷的方式大致有五種：1 蒸汽壓縮式制冷;2 半導體是制冷；3 吸收式制冷；4 蒸汽噴射式制冷；5 渦流管制冷。一般城軌車輛都采用蒸汽壓縮式制冷，這主要從其使用方法的方便性，安全性經濟性及維修等方面考慮。軌道交通列車車型根據其載客量的大小可分為：a型車、b型車、c型車。二、基礎知識在熱工學中，含有水蒸氣的空氣叫做濕空氣。在大氣中永遠包含一定量的水蒸氣，所以絕對干的空氣在自然界中是不存在的。而在一般空調研究中，把干空氣作為一個整體，對它的組成成份不作詳細討論。因此我們就可認為：濕空氣 干空氣 水蒸氣。濕空氣就是空調的主要工作對象。空調就是空氣調節，也就是將外界空氣（濕空氣）經過一定的處理并用一定的方式送入室內，使室內空氣的溫度、相對濕度、氣流速度和潔凈度等，控制在一定范圍內。1、壓力由上所述的濕空氣是由干空氣和水蒸氣所組成的混合氣體，所以濕空氣的壓力即為干空氣分壓力pg與水蒸氣的分壓力pzg之和。p = pg + pzg在空調工程中所處理的濕空氣就是大氣，所謂濕空氣的總壓力p就是當地的大氣壓b即：b = pg + pzg為了對濕空氣的壓力，特別是對其中水蒸氣的分壓力有進一步的認識，必須了解飽和空氣和未飽和空氣的概念。1）飽和空氣在一定的溫度條件下，空氣中水蒸氣分子的含量越多，水蒸氣的分壓力就越大。如果空氣中水蒸氣的含量超過某一含量時，空氣中就有水析出。這說明在一定溫度條件下，濕空氣中容納的水蒸氣的數量是有一個最大限量的。也就是說，濕空氣中水蒸氣分壓力有一個最大值，這個最大值就稱為該溫度下的飽和水蒸氣分壓力pbh。在大氣中，如從水蒸發為汽的數量與空氣中水蒸氣凝結為水的數量相等，此時大氣中所含的水蒸氣數量達到最大限度，即水蒸氣處于飽和狀態。這種濕空氣就是干空氣和飽和水蒸氣的混和的混合物，稱為飽和空氣。2）未飽和空氣若濕空氣中水蒸氣的分壓力低于其溫度下的飽和空氣水蒸氣的分壓力，這時的水蒸氣處于過熱狀態，這種濕空氣就是干空氣和過熱水蒸氣的混合物，稱為未飽和空氣。由此可見，在一定溫度條件下，濕空氣中水蒸氣分壓力的大小，是衡量水蒸氣含量即空氣干燥或潮濕的指示。溫度越高，水蒸氣的分壓力就越大。2、溫度空氣的溫度是由于分子熱運動的結果，而濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。所以濕空氣的溫度就是干空氣的溫度，也就是水蒸氣的溫度。即：t = tg = tzg溫度通常用攝氏溫度t c表示或用絕對溫度t 表示。兩者關系為：t = t + 273（k）3、濕度濕度是空氣中所含水蒸氣量多少的表示。根據不同的用途，濕度可用以下幾種方法表示。1）絕對濕度每立方濕空氣中所含水蒸氣的重量稱為空氣的絕對濕度。可用下列式子表示： zq gzg/ v絕對濕度只能說明濕空氣在某一溫度下，實際所含的水蒸氣的重量。但還不能由它直接說明濕空氣的干、濕程度。因為水蒸氣的飽和程度與溫度有關，溫度低，水蒸氣易達到飽和點，溫度高，則飽和點也高。因此同一絕對濕度的空氣在不同的溫度下其吸收水分的能力是不同的。因此在空調中常采用相對濕度來表示濕空氣的干濕程度。2）相對濕度一立方米濕空氣中所含水蒸氣的重量，與同一溫度下飽和空氣中所含水蒸氣重量的比值，稱為相對濕度。可用下列式子表示：j zq/bh100從上式可看出，相對濕度反映了濕空氣中所含水蒸氣的分量接近飽和的程度，故亦可稱為飽和度。一、 制冷原理制冷作為一門科學是指用人工的方法在一定的時間和一定的空間內將某物體或流體冷卻，使其溫度降低到環境溫度以下，并且保持這個低溫。這里所說的“冷”是相對于環境而言的。灼熱的鐵放在空氣中，通過輻射和對流向環境傳熱，逐漸冷卻到環境溫度；一桶開水置于自然環境中，逐漸變成常溫水，類似這樣的過程都是自發的傳熱降溫，屬于自然冷卻，不是制冷。只有通過一定的方式將鐵塊或水冷卻到環境溫度一下，才可稱為制冷。因此，制冷就是從被物體或流體中吸取熱量，并將熱量排放到環境介質中去，以產生低于環境溫度的過程。機械制冷中所需機器和設備的總合稱為制冷機。制冷機中使用的工作介質稱為制冷劑。制冷劑在制冷機中循環流動，同時與外界發生能量交換，即不斷地從被冷卻對象中吸取熱量，向外界排放熱量。制冷劑一系列狀態變化過程的綜合為制冷循環。為了實現制冷循環，必須消耗能量。所消耗的能量形式可以是機械能、電能、熱能、太陽能或其他可能的形式。（一）制冷方式制冷的方式很多，常見的有以下四種：液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷和熱電制冷。其中液體汽化制冷的應用最為廣泛，它是利用液體汽化時的吸熱效應而實現制冷的。液體汽化制冷循環由制冷劑低壓下汽化、蒸汽升壓、高壓氣液化和高壓液體降壓四個基本過程組成。蒸氣壓縮式、吸收式、蒸氣噴射式和吸附式都屬于液體汽化制冷方式的一種。在實際使用中蒸氣壓縮式制冷機得到了最廣泛的應用，因此它是本書的重點之一。(蒸氣壓縮式制冷在一定的壓力下，液體溫度達到沸點（即飽和溫度）就會沸騰。在制冷技術中，常把這個飽和溫度稱為蒸發溫度。在同一壓力下，不同的液體蒸發溫度不同，所吸收的氣化潛熱也不同。例如，在一個大氣壓力下，水的蒸發溫度是100，氣化潛熱為2258kj/kg，而r12的蒸發溫度為-29.8，氣化潛熱為167.3kj/kg。與吸熱氣化的過程相反，在冷凝溫度下蒸氣放熱會凝結成液體。如果用環境介質（水或空氣）來冷凝制冷劑蒸氣，蒸氣的冷凝溫度就要比環境介質的溫度稍高一些。我們知道壓力較高的蒸氣其冷凝溫度也較高，因此制冷劑蒸氣只要用壓縮機壓縮到所需的冷凝溫度相對應的飽和壓力，就能用環境介質來冷卻，使在被冷卻對象中吸熱而氣化的制冷劑蒸氣重新冷凝成液體，再讓制冷劑液體在低溫下又吸熱氣化，這樣制冷劑在一個封閉的系統中，只消耗壓縮機的功就能反復地實現制冷劑由液體變蒸氣，再由蒸氣變液體的相態變化，并通過這種相變將低溫處的熱量轉移到高溫處去。這就是蒸氣壓縮式制冷機的工作原理。蒸氣壓縮制冷機主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器四個部件組成，并用管道連接形成一個封閉的循環系統。其工作過程如下：制冷劑液體在蒸發器中吸收被冷卻物體的熱量而氣化成低壓低溫的蒸氣后被壓縮機吸入。壓縮機消耗一定的功率將制冷劑蒸氣壓縮成壓力、溫度較高的蒸氣并排入冷凝器。高壓、高溫的制冷劑蒸氣在冷凝器內被環境空氣（或水）冷卻，制冷工質放出熱量而被冷凝成液體。由于制冷劑液體的溫度還高于環境介質溫度，必須將其溫度降到低于被冷卻對象的溫度送入蒸發器才能產生制冷效果。為此，先讓高壓、高溫的液體制冷劑經過膨脹閥節流降壓，同時溫度也降低，然后再進入蒸發器。在蒸發器中，低壓、低溫的制冷劑又吸收被冷卻物體的熱量，蒸發成低壓、低溫的制冷劑蒸氣，再被壓縮機吸入，如此周而復始地循環。這樣，制冷劑在封閉的制冷系統中要經歷壓縮、冷凝、節流和蒸發等四個熱力過程才完成一次制冷循環。在循環中，壓縮機要消耗一定的功，才能將低溫物體放出的熱量轉移到高溫的環境介質中去，以達到制冷的目的。二、 制冷壓縮機壓縮機是蒸氣壓縮式制冷裝置中的一個重要部分，它是推動制冷劑在制冷系統中不斷循環的動力，起著壓縮和輸送制冷劑蒸氣的作用，因此制冷壓縮機常稱為蒸氣壓縮式制冷裝置的主機。根據制冷壓縮機的工作原理不同，可分為容積型和速度型兩大類。容積型主要有活塞式壓縮機和螺桿式壓縮機，它們是通過活塞（或螺桿）在氣缸中運動所形成的可變工作容積來完成制冷劑蒸氣的壓縮和輸送的。速度型壓縮機是指透平式壓縮機，也稱離心式壓縮機，它是用高速旋轉的葉輪使制冷劑蒸氣產生壓力，同時獲得動能，然后再通過擴壓器、蝸殼使蒸氣的動能轉變為壓力能，從而完成壓縮和輸送制冷工質的任務。活塞式制冷壓縮機發展較早，技術也較成熟，應用最廣。但是由于壓縮機的活塞作往復運動所引起的慣性力和振動較大，使其提高轉速和增大氣缸直徑與活塞行程都受到限制，因此適用于中、小型制冷裝置；離心式制冷壓縮機具有結構緊湊、運轉平穩、振動小、噪音低等特點。由于其轉速高，工質在葉輪中的流速很大，葉輪尺寸又受加工工藝的限制不能做得太小，因而一般輸汽量很大，適用于大型制冷裝置；螺桿式制冷壓縮機與活塞式制冷壓縮機相比，由于用螺桿的回轉運動代替了活塞的往復運動，因此其結構簡單、體積小、重量輕和振動小。近年來螺桿式制冷壓縮機發展較快，主要應用于大、中型制冷裝置，并有向小型制冷裝置發展的趨勢。但是，螺桿式制冷壓縮機的系統需要配備效率較高的油分離器，運轉時噪音也較大，變工況時的適應性較差，而且螺桿精度要求較高，加工也比較困難，這些都是影響它被廣泛采用的重要因素。車輛制冷裝置的容量均屬中、小型范圍，所以幾乎都是采用活塞式制冷壓縮機。我國部分軌道車輛的空調裝置還采用了小型螺桿式制冷壓縮機及渦旋式制冷壓縮機。在此主要討論活塞式制冷壓縮機的熱力工作過程，介紹活塞式制冷壓縮機的結構。此外，對螺桿式壓縮機及渦旋式壓縮機的工作原理和結構等也作一簡單介紹。（一）活塞式制冷壓縮機1、工作過程從熱力學觀點來評價一臺壓縮機的完善程度主要有兩個指標：壓縮機氣缸的利用程度和功率的消耗大小。壓縮機的理論工作過程是由等壓吸氣、絕熱壓縮和等壓排氣過程組成的。但由于氣缸存在余隙容積，壓縮后的氣體不能排盡，因此實際上要比理論工作過程多增加一個膨脹過程，即活塞由上死點回程時，余隙內剩余氣體開始膨脹，直至壓力低于吸入氣體的壓力。所以壓縮機實際工作過程與理論工作過程存在很大的差異，主要是： 實際上壓縮機有余隙容積。 吸、排氣過程中存在流動阻力損失。 制冷劑氣體與氣缸等機件接觸處有熱交換。 吸、排氣閥和活塞環等處還有漏泄損失，以及在工作時運動機構的摩擦面要消耗摩擦功等。由于這些因素的影響，使得壓縮機實際工作過程的輸氣量要小于理論過程，而功率消耗則大于理論過程。2、活塞式制冷壓縮機的結構活塞式制冷壓縮機的結構式樣有多種，按壓縮機與電動機的組合方式的不同可分為開啟式、半封閉式和全封閉式三種。1）開啟式是壓縮機和電動機分開，壓縮機的曲軸有一端伸出機體，并通過聯 軸器與電機相連。2）半封閉式壓縮機是壓縮機與電機共同組裝在一個可拆的密封機殼內，壓縮機的曲軸和電機的轉子軸是一根整體軸，壓縮機沒有伸出機體之外的轉動部件。3）全封閉式壓縮機是將壓縮機與電機共同組裝在一個封閉的機殼內，機殼的接縫用焊接的方法焊式。上海地鐵一號線車輛的空調采用的就是全封閉壓縮機，全封閉壓縮機具有足夠的可靠性和壽命，一般不需維修，若有損壞則采取整個更換的方法。（二）螺桿式制冷壓縮機螺桿式壓縮機又分為雙螺桿和單螺桿壓縮機。通常為簡化起見，也稱雙螺桿壓縮機為螺桿式壓縮機。單螺桿壓縮機，又稱蝸桿壓縮機，它由一根螺桿和兩個星輪組成。它在很多方面與雙螺桿壓縮機類似，而且具有更加理想的力平衡性，故在國內外得到了較快的發展，不過目前在制冷方面使用還不廣泛。1、工作特點螺桿式制冷壓縮機作為回轉式制冷壓縮機的一種，同時具有活塞式和速度式兩者的特點。1）與往復活塞式制冷壓縮機相比，具有轉速高，重量輕，體積小，占地面積小以及排氣脈動低等一系列優點。2）螺桿式制冷壓縮機沒有往復質量慣性力，動力平衡性能好，運轉平穩，機座振動小，基礎可作得較小。3）螺桿式制冷壓縮機結構簡單，機件數量少，沒有象氣閥、活塞環等易損件，它的主要摩擦件如轉子、軸承等，強度和耐磨程度都比較高，而且潤滑條件良好，因而機加工量少，材料消耗低，運行周期長，使用比較可靠，維修簡單，有利于實現操縱自動化。4）與速度式壓縮機相比，螺桿式壓縮機具有強制輸氣的特點，即排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在小排氣量時不發生喘振現象，在寬廣的工況范圍內，仍可保持較高的效率。5）采用了滑閥調節，可實現能量元級調節。6）螺桿壓縮機對進液不敏感，可以采用噴油冷卻，故在相同的壓力比下，排溫比活塞式低得多，因此單級壓力比高。7）沒有余隙容積，因而容積效率高。2、螺桿式制冷壓縮機尚存在以下缺陷：1）制冷劑氣體周期性地高速通過吸、排氣孔口，通過縫隙的泄漏等原因，使壓縮機有很大噪聲，需要采取消音減噪措施。2）螺旋形轉子的空間曲面，加工精度要求高，需用專用設備和刀具來加工。3）由于間隙密封和轉子剛度等的限制，目前螺桿式壓縮機還不能象往復式壓縮機那樣達到較高的終了壓力。近年來，螺桿式制冷壓縮機發展很快，其制冷系數、噪聲級等指標已接近或達到活塞式壓縮機的水平，在中等制冷量范圍內的應用取得了信譽。而且機組逐漸更新，品種日益增加，制冷量向更低與更高的范圍內延伸，不斷地擴大了使用范圍，并向不同的領域擴張，已發展成為制冷機的主要型式之一。（三）渦旋壓縮機特點從結構及工作原理看小型渦旋式壓縮機具有如下的特點：1）效率高渦旋壓縮機吸氣、壓縮、排氣連續單向進行，直接吸氣，因而吸入氣體有害過熱小；沒有余隙容積中氣體的膨脹過程，因而輸氣系數高。同時，兩相鄰壓縮腔中的壓差小，氣體泄漏量少。另外，旋轉渦旋盤上所有接觸線轉動半徑小，摩擦速度低，損失小，加之吸、排氣閥流動損失小，因而效率高。2）力矩變化小、振動小、噪聲低渦旋壓縮機壓縮過程較慢，并可同時進行兩、三個壓縮過程，機器運轉平穩，而且曲軸轉動力矩變化小；其次，氣體基本連續流動，吸、排氣壓力脈動小。3）結構簡單，體積小，重量輕，運動零部件少沒有吸、排氣閥，易損件少，可靠性好。渦旋壓縮機同活塞式壓縮機相比，體積小40%，重量減輕15%，效率高10%，噪聲低5db（a）。但其制造需高精度的加工設備及精確的調心裝配技術，這就限制了它的制造及應用。三、 換熱器和輔助設備（一）換熱器制冷系統中，除了制冷壓縮機以外，還有一些為完成制冷循環所必需的換熱器及其它輔助設備。冷凝器和蒸發器是最主要的換熱器。它們傳熱效果的好壞直接影響制冷機的重量尺寸和經濟性。此外，在低溫設備中（如復疊式制冷機和二級壓縮制冷機）的制冷換熱器，還有蒸發冷凝器、中間冷卻器、過冷器等，其作用或結構與一般的冷凝器、蒸發器略有不同。1.冷凝器在制冷過程中冷凝器起著輸出熱量并使制冷劑得以冷凝的作用。從制冷壓縮機排出的高壓過熱蒸氣進入冷凝器后，將其在工作工程吸收的全部熱量，其中包括從蒸發器和制冷壓縮機中以及在管道內所吸收的熱量都傳遞給周圍介質（水或空氣）帶走。制冷劑高壓過熱蒸氣重新凝結為液體。過熱蒸汽在冷凝器中放熱而變成液體時，一般可分為三個放熱過程：（1）過熱蒸汽冷卻為干蒸氣。過熱蒸汽進入冷凝器放熱的初級階段，由排氣溫度下降至冷凝溫度（即該壓力下的飽和溫度），此時，過熱蒸汽就冷卻為干蒸氣。（2）干蒸氣冷凝為飽和液體。蒸汽在冷凝器內放熱冷凝過程中溫度不變（仍為冷凝溫度）。（3）飽和液體進一步冷卻為過冷液體。在冷凝器末端，蒸汽已經全部冷凝為飽和液體，但是由于制冷劑的冷凝溫度總是比冷卻介質的溫度高，飽和液還可以進一步被冷卻介質所冷卻，使其成為溫度低于該壓力下飽和溫度的過冷液體。經以上三個過程，冷凝器的放熱才結束。從以上可見，制冷劑放熱的初末階段其溫度是下降的，但在整個放熱過程中壓力卻是不變的。根據冷卻介質和冷卻方式的不同，冷凝器可分為三類：水冷式冷凝器、空氣冷卻式冷凝器和蒸發式冷凝器。水冷式冷凝器的特點是傳熱效率高，結構緊湊，故適用于大中型制冷裝置中。但采用這種冷凝器需要有冷卻水系統，且管壁上結水垢后傳熱效果會降低，故需要定期清洗。蒸發式冷凝器是利用水在管外蒸發時吸收熱量而使管內制冷劑蒸氣冷凝的一種換熱器。它耗水量少，適用于缺水地區。但管外結垢后更難清洗，因而應使用水質較好或經過軟化處理的水作為補充水。空氣冷卻式冷凝器不需要冷卻水，因而使用、安裝都比較方便，特別適用于小型制冷裝置中。但空氣冷卻式冷凝器傳熱系數低，因此體積和重量都比較大，另外翅片表面積灰后會使傳熱惡化，故需要及時進行清洗。2.蒸發器蒸發器是依靠制冷劑液體的蒸發（沸騰）來吸收被冷卻介質熱量的換熱設備。它在制冷系統中的功能是吸收熱量（或稱輸出冷量）。為了保證蒸發過程能穩定持久地進行，必須不斷地用制冷壓縮機將蒸發的氣體抽走，以保持一定的蒸發壓力。同時，蒸發溫度的高低取決于其對應的蒸發壓力。蒸發器內絕大部分是濕蒸汽區。濕蒸汽進入蒸發器時，其蒸汽的含量只占10%左右，其余都是液體。隨著濕蒸汽在蒸發器內流動與吸熱，液體逐漸蒸發為蒸汽，蒸汽含量越來越多，當流至接近蒸發器出口是，一般已成為干蒸氣。在這個過程中，其蒸發溫度幾乎始終保持不變，且與蒸發壓力相對應。由于蒸發溫度總是比被冷卻對象溫度低，干蒸氣還會繼續吸熱。當蒸發器內全部蒸發成干蒸氣時，在蒸發器末端溫度將繼續上升，成為過熱蒸汽。因此，蒸發器的出口端總是處于過熱蒸汽區，若處于濕蒸汽區，就有可能使壓縮機產生液擊。從以上分析可見，整個蒸發器可分成兩個區域，即濕蒸汽區與過熱蒸汽區，但過熱蒸汽區占蒸發器的極小部分。根據冷卻介質種類不同，蒸發器可分為兩大類：冷卻液體型蒸發器和冷卻空氣型蒸發器。（二）制冷裝置的輔助設備在蒸氣壓縮使制冷裝置中，除了必須的制冷壓縮機、冷凝器、蒸發器和膨脹機構外，還有許多改善制冷系數和保證運轉安全不可缺少的輔助設備。屬于這類設備的主要有：儲液器、氣液分離器、干燥器、過濾器等。1.儲液器儲液器又稱儲液筒，用于儲存制冷劑液體。按儲液器功能和用途的不同，分為低壓儲液器和高壓儲液器兩類。高壓儲液器用于儲存由冷凝器來的高壓液體制冷劑，以適應工況變化時制冷系統中所需制冷劑量的變化，并減少每年補充制冷機的次數。高壓儲液器一般為臥式結構，高壓儲液器上應安裝有液位計、安全閥等，同時應有氣體平衡管與冷凝器相通，以利于液體流入儲液器中。高壓儲液器的充灌高度一般不超過筒體直徑的80%。低壓儲液器僅在大型氨制冷裝置中使用，用于存儲低壓液氨。其結構與高壓儲液器相同。2.氣液分離器氣液分離器一般用于分離蒸發器所排出的低壓蒸氣中的液滴，可防止活塞式制冷壓縮機的液擊。3.干燥器和過濾器干燥器只用在氟利昂制冷機中，裝在液體管路中用于吸附制冷劑中的水分。干燥器一般安裝于節流元件之前。過濾器由于清除制冷劑中的機械雜質，如金屬屑及氧化皮等。在小型的氟利昂制冷裝置中，通常將干燥器和過濾器合二為一，稱為干燥過濾器。4.管道制冷裝置中各單個設備或部件需用管道連接才能構成完整的系統，制冷劑所產生的冷量也要通過管道才能輸送至需要冷量的地方。若將制冷壓縮機比作制冷系統的心臟，那么管道就是血管。因此管道尺寸確定的正確與否，直接影響制冷機的能力，甚至影響制冷機的正常運轉。管道采用的材質一般有：銅管（不適于氨機）或無縫鋼管。管路之間的連接采用焊接。四、 節流元件和閥門（一）膨脹機構1、簡介在蒸氣壓縮式制冷系統中，除了制冷壓縮機和各種換熱設備外，還需專門的膨脹機構，使制冷劑節流后降低溫度和壓力。低溫、低壓的制冷劑在蒸發器中汽化、吸收汽化潛熱，進行制冷。膨脹機構位于冷凝器之后，從冷凝器出來的的高壓制冷劑液體流經膨脹機構后，壓力降低，然后進入蒸發器中。膨脹機構除了起節流作用以外，還起調節進入蒸發器制冷劑流量的作用。通過膨脹機構的調節，使制冷劑離開蒸發器時有一定的過熱度，保證制冷劑液體不會進入壓縮機。膨脹機構的種類很多，根據它們的應用范圍，可分為以下五大類型：1. 手動膨脹閥，用于工業用的制冷裝置；2. 熱力膨脹閥，用于工業、商業和空氣調節裝置；3. 電子膨脹閥，用途與熱力膨脹閥相同；4. 毛細管，用于家用制冷裝置；5. 浮球調節閥，用于工業、商業和生活用制冷裝置。在軌道車輛制冷裝置中一般采用熱力膨脹閥，故在下面的篇幅中將對其進行介紹。2、熱力膨脹閥在制冷系統中，能夠按一定需要向蒸發器中供應液體制冷劑的設備，總稱為流量控制設備。流量控制設備是制冷系統中的一個重要部分，它應當保證向蒸發器送入充足的液體制冷劑，使蒸發器的冷卻盤管內全部為液體制冷劑所浸潤，以充分發揮蒸發器的制冷效能；同時還應保證在蒸發器出口處的制冷劑能全部汽化，而不致因送入過量的液體制冷劑造成部分液體制冷劑造成部分液體制冷劑來不及蒸發而隨回氣進入壓縮機，發生“液擊”致使閥和密封元件損壞。自動調節流量的設備很多，對蒸發器供液量的自動調節通常用熱力膨脹閥。熱力膨脹閥又稱自動膨脹閥，它除了利用蒸發器出口處制冷劑蒸氣的過熱度來調節制冷劑流量外，還對高壓液體制冷劑起節流降壓作用，使制冷劑一出閥孔就沸騰膨脹為濕蒸氣，故也稱節流閥。（二）閥門1.電磁閥電磁閥是一種自動開啟的閥門，用于自動接通和切斷制冷系統的管路，廣泛應用于氟利昂制冷機中。電磁閥通常安裝在膨脹閥和冷凝器之間。位置應盡量靠近膨脹閥，因為膨脹閥只是一個節流元件，本身無法關嚴，因而需利用電磁閥切斷供液管路。電磁閥與壓縮機同時開動，壓縮機停機時電磁閥立即關閉，停止供液，避免停機后大量的制冷劑流入蒸發器中，造成再次啟動時壓縮機中發生液擊。2.截止閥截止閥安裝在制冷設備和管路上，起著接通和切斷制冷劑通道的作用。制冷壓縮機上的截止閥和管路中的截止閥結構基本相同，主要區別在于前者具有多用通道，多用通道可以開啟和關閉，其用途很多，如安裝壓力表、對系統進行抽真空操作以及添加制冷劑與潤滑油等，給操作與維修帶來了很大的方便。3.止回閥止回閥起截止逆向流動的作用。在不希望應壓差反向而引起制冷劑逆向流動的管道上安裝止回閥。止回閥又叫逆止閥或單向閥。止回閥一般用在壓縮機排氣管上，防止停機時制冷劑蒸氣從冷凝器倒流回壓縮機，在壓縮機排氣閥附近積液，或者防止多臺壓縮機并聯的系統中制冷劑從運行的壓縮機流向停止運行的壓縮機。止回閥也用于熱泵機組中。4.觀察鏡觀察鏡不直接起保護作用，但用它可以隨時觀察到制冷系統關鍵部位的內部情況，以便操作人員及時掌握系統工作是否正常，在不正常情況下，能夠幫助分析產生故障的原因。這種監視，對于安全保護也是很必要的。制冷系統中常用的觀察鏡有以下三類。（1）液流觀察鏡 安裝在制冷劑液管、回油管和冷卻水或冷媒水管上，觀察管內上述液流情況是否正常。（2）液位觀察鏡 它由耐壓玻璃制作，安裝在貯液容器上的控制液面附近，作為容器的一個透明窗口。常用來觀察貯液器的液位和曲軸箱中的油位。大型壓縮機的曲軸箱上有時安裝上、下兩個觀察鏡，可以分別觀察低限和高限油位。（3）制冷劑含水量觀察鏡（水分指示器） 安裝在制冷劑液管上，用于觀察氟里昂工質中的含水量。結構如圖6-20所示。它是在液流觀察鏡的中心裝入一個能顯示含水量的紙芯。紙芯在一定的金屬鹽溶液中浸過，金屬鹽與制冷劑中的水分相遇發生化學反應，其水化物視含水量的不同而呈現出不同的顏色，觀察鏡的外環上有比色帶，給出各種顏色所代表的含水量數值。觀察時，可將紙芯的顏色與比色帶的顏色比較，從而知道系統中的含水是否在許可的范圍內五、 制冷裝置的自動化實現自動化是制冷機的發展方向。一般來說，動力機械的自動化包括如下五方面： 自動監視 自動記錄出某些參數隨時間的變化情況。 自動顯示 用發光二極管或聲響來預示某一參數已達到規定數值。 自動保護 當某一參數達到危險的數值時，使機器停止工作。 自動控制 使系統中各元件按規定的順序起動及停止運轉。 自動調節 使某些參數保持給定的數值或按規定的規律來變動。這五個方面的任務都是通過電腦、傳感器及控制元件來實現的。下面就小型制冷裝置中幾種常見的自動化設備的結構與作用原理作一說明。（一）蒸發器液量的自動調節對蒸發器液量的自動調節主要是通過膨脹機構來實現的，在軌道車輛制冷機組中常用的有熱力膨脹閥。此部件已在上一章節已作一介紹，在此就不多作說明。（二）制冷機的壓力保護器件為了保證制冷機的運行安全，在系統中常裝有壓力保護器件，以便壓力達到規定的極限值時，壓縮機能自動停車。常用的壓力保護器件有壓力控制器。壓力控制器也稱壓力繼電器，是一種受壓力訊號控制的電器開關。壓縮機的吸排氣壓力有劇烈的變化，是制冷系統工作不正常的反映，當壓縮機的吸排氣壓力超出其正常工作壓力范圍時，壓力控制器應自動作用，切斷電源，使壓縮機停車。壓力控制器由高壓和低壓控制器組合成一個高低壓控制器，也可以各自單獨分開為單體。高壓控制器的波紋管室接于壓縮機的排氣腔，以監視和控制排氣壓力，如果壓縮機的排氣壓力過高，超過正常運行負荷，很可能使電機繞組燒毀和損傷壓縮機的排氣閥門，所以當排氣壓力高于正常值時，高壓控制器就動作，切斷了主電機的電源，壓縮機即停轉。低壓控制器的波紋管室接于壓縮機的吸氣腔，以監視和控制吸氣壓力。壓縮機吸氣壓力過低，不僅影響制冷機組的正常工作，甚至不能制冷，而白耗了電力，特別是封閉式壓縮機，長時間空轉可能燒毀電機繞組。故當吸氣壓力低于正常值時，控制器動作，切斷主電機電源，壓縮機停轉。壓力控制器的結構型式很多，但其動作原理基本相同，都是以波紋管氣箱為動力室，接受壓力訊號后使氣箱產生位移，以推動觸點的通和斷。（三）熱氣旁通能量調節熱氣旁通能量調節的道理是：在負荷下降使吸氣壓力降低時，將壓縮機排出的熱氣旁通一部分到低壓側，用于補償因負荷下降而減少的蒸發器回氣量，保持壓縮機連續運行所必須的最低吸氣壓力。它能使壓縮機的能力與蒸發器的實際負荷相適應，在蒸發器負荷下降時，來自高壓側的熱氣為其提供一個虛負荷。使用場合和基本布置：熱氣旁通能量調節的使用場合如下：1）用在壓縮機沒有氣缸卸載機構的小型裝置中 大型壓縮機中廣泛采用氣缸卸載機構，但在7.5kw以下的小型壓縮機中考慮到造價太高，一般不設氣缸卸載機構，比較多地采用低壓控制器控制壓縮機啟、停。但這種方式存在下述問題：在空調裝置中，啟停控制很不舒適，而且造成濕度控制困難；負荷變化大時，啟停頻繁，影響壓縮機壽命；更主要的是啟動電流沖擊大，增加運行費用，不經濟。因此，熱氣旁通是一種解決方法。它把熱氣旁通到吸氣管，給壓縮機施加負荷，使之連續運轉，可以提高經濟性和壽命。2）用在有能量卸載的壓縮機上 啟動時和降負荷調節到最低檔時，壓縮機都處于基本能級。如果還希望啟動負荷更小，或者希望在負荷小到幾乎是空載時仍要壓縮機不停止運行的場合，可以在最低能級檔再設熱氣旁通，實現該范圍內的無級能量調節。采用熱氣旁通能量調節在系統布置上應考慮以下問題：吸氣過熱度不要太大；不造成液擊；不影響系統回油。（四）溫度的自動調節出于工藝要求或安全工作條件，制冷裝置有許多工作點溫度需要控制。首先是被冷卻對象溫度恒定；此外，排氣溫度等必須在安全范圍以內。為此用溫度調節器實現調節或者用溫度控制器作為電開關，發出電氣指令，使執行器對裝置的相應部分完成控制動作。使被冷卻對象達到并保持在工藝要求指定的溫度既是裝置使用的最終目的，也是制冷裝置調節的一個主要內容。保持被冷卻對象的溫度恒定，意味著機組的工況和產冷量隨時適應外界條件和負荷變化的要求，使制冷量與負荷之間始終保持動態平衡。制冷裝置由一系列部件組成，從調節的角度看，它包括多個阻容環節，每個環節都有自己的時間常數，存在一定的反應滯后；干擾因素也很多；另外機組變工況后恢復穩定需要一定的時間，所以，無論采用什么方式，被冷卻對象的溫度波動總不可避免，只能根據工藝提出的恒溫控制精度要求，采取相應的調節手段，將被冷卻對象的溫度波動控制在允許的范圍內。在城市軌道交通車輛的空調系統中，常采用傳感器與電子溫控器（常采用電子調節器）相配合進行溫度控制。溫控器多使用電子調節器，傳感器用作溫度檢測，一般采用熱電偶或熱敏電阻作傳感器。熱電偶是利用西伯克效應將溫度轉變成電位差，其溫度測量精度較高。熱敏電阻由mn、ni、co等金屬氧化物燒結而成。電阻值隨溫度升高而減少，電阻隨溫度的變化率約比鉑電阻高10倍，反應靈敏六、 車輛空氣調節空氣調節就是把經過一定處理之后的空氣，以一定的方式送入室內，使室內的空氣的溫度、濕度、潔凈度和氣流速度控制在適當的范圍內。車輛客室內的空氣調節，應包括夏季對車外新鮮空氣和車內再循環空氣進行除塵、冷卻、減濕及冬季對車外新鮮空氣和再循環空氣進行除塵、加熱、必要時的加濕處理，并把處理后的空氣以一定的流速送入車內。同時將車內的污濁空氣排除至車外。因此車輛客室空調裝置應由通風系統、空氣冷卻系統、空氣加熱系統、空氣加濕系統和自動控制系統等組成。通風系統一般是指機械強迫通風。由離心式通風機、濾塵裝置、送風風道、回風道等組成。它起著空氣過濾、空氣輸送及空氣分配等作用。離心式送風機將車外新鮮空氣吸入車內與再循環空氣混合，并濾清灰塵與雜質后，再送入客室內，同時排出客室內多余的污濁空氣，以保持客室內空氣的潔凈度和空氣的流速。空氣冷卻系統一般采用蒸汽壓縮式制冷設備的蒸發器作為空氣冷卻器。在夏季，制冷設備工作時，由通風機吸入廁內外的空氣經過空氣冷卻器冷卻后送入客室內，以保證夏季客室內空氣的溫度達到指定范圍。由于空氣冷卻器的表面溫度通常低于空氣的露點，因此空氣在通過空氣冷卻器冷卻工程的同時也得到了減濕處理，從而保證了客室內空氣的相對濕度達到指定的范圍。空氣加熱系統包括進入車內空氣的預熱和對客室內熱損失的補償。在冬季，由送風機吸入客室內的空氣必須經過預熱處理，而且由于冬季的客室內熱損失較大，所以必須加設地面式的取暖裝置，以補償客室內的熱損失，從而保證冬季車內空氣的溫度達到指定的范圍。加濕系統僅在某些對車內相對濕度要求較高的車輛內安裝。在冬季，由于車外空氣溫度很低，含濕量較低，但空氣被加熱而溫度提高之后，其相對濕度就非常低，而某些客車由于定員量少，乘客的散濕量也甚小，為此如對客室內環境要求較高的車輛須對空氣進行加濕處理。自動控制系統包括自動調節和控制各種空氣參數的儀表和設備，它用于控制各個系統按照給定的調節方案，協調的進行工作，以保證車內所要求的空氣參數維持在一定的范圍內。車輛上采用的空氣調節裝置有集中式和分散式兩種類型。集中式空氣調節裝置是指一節車廂配有一套帶通風、制冷、加熱等系統的裝置；分散式空氣調節裝置是指一節車廂安裝有多套空氣調節機組，因為每臺空調機組常將壓縮冷凝機組和空氣冷卻機組等組合在一起，故又稱為單元式。城市軌道車輛空氣調節的送風系統一般多采用一次回風系統。所謂一次回分系統是指經過處理的空氣來源一部分是新鮮空氣，一部分是室內的回風，回風與新風在空氣冷卻器前混合。七、 城市軌道交通車輛空調系統地鐵列車的運輸任務是單一的運送短途乘客，這就要求客室內要有衛生清潔而且是舒適的環境條件。根據人們的生活實踐和人體生理衛生上的要求以及車內的特點，可分析出影響車內人體衛生和舒適性的主要因素是：客室內的空氣溫度。人體周圍空氣的流動速度。客室內空氣的潔凈度。因為在正常的氣候條件下，一般的人只要能夠使身體內所產生的熱量和向外界發散出去的熱量保持平衡，人就感到舒適。而當人處的