高速列车设备舱通风测试研究

1、2012年8月第8期电子测试ELECTRONIC TESTAug. 2012No.8孔 璞, 陈春俊(西南交通大学, 四川成都 610031摘要:高速列车设备舱内设备运行会产生大量热量,需要及时排出,以保证设备的平稳运行。同时,高速列车运行环境复杂,会经历明线、隧道等多种工况。在不同的工况和车速下,设备舱内的通风系统性能略有差异。因此,有必要对设备舱内的主要用风设备进风口和出风口进行温度和通风量的测量和分析。本文选取无线控制采集的方法,对高速列车设备舱进行测试。经过现场的安装和调试,及对测量数据不同速度级、明线和隧道等工况下的分析,得出列车主要用风设备的通风系统工作平稳正常的结论。关键词:设备

2、舱;高速列车;通风测试中图分类号: U2 文献标识码: AHigh speed train equipment cabin ventilation testand researchKong Pu, Chen Chunjun(Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, ChinaAbstract: The equipment ,which is in the highspeed train equipment cabin, will produce a large amount of heat when it is operating, ,in

3、order to ensure the smooth running of the equipment. The heat needed to discharged as quickly as possible.At the same time,the high-speed train running envioment is complex,like open wire、tunnel,and other conditions.In a different condition and speed,equipment cabin bentilation system performance is

4、 slightly different.Therefore,it is necessary for equipment cabin with wind inlet and outlet temperature and ventilation volume measurement and analysis.This article selects the wireless control methods of acquistion,the high speed train equipment cabin test.After the site installation and commissio

5、ning,and the measured data of different speed,open line and tunnel under the conditions of analysis,the main train of air venttlation system work smooth normal conclusion.Keywords: equipment cabin;high speed train;ventilation test高速列车设备舱通风测试研究*基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2009BAG12A01-E04。 0 引言高速列车设备舱内装有牵引变压器、

6、牵引变流器、牵引电机等大功率设备。高速列车在运行过程中,这些设备会发出大量热量,设备工作的环境温度因此将升高,容易造成设备的损坏。为确保设备的正常运行,有必要对上述设备舱内主要用风设备进风口和出风口的通风状态及温度进行测量。另外,不同的工况、不同的列车速度对于设备舱的通风性能也会产生影响。对于测量结果进行明线和隧道两种工况、不同列车速度级下的数据处理,并对主要用风设备的通风量及通风量进行对比。验证通风系统在不同情况下的工作状态是否正常。1 设备舱测试系统的设计1.1 传感器部分为了了解设备舱内主要用风设备的工作环境,系统主要是对其进气口和出气口处的风速、流量、温度等参数进行测量。对于温度参数的

7、测量,选用的是铂热电阻。在进行实际测试时,为了减少测量误差,选用了3线制的工作方式来组成一个全等臂电桥,这样即可消除由于导线线路电阻带来的测量误差,提高测试结果的准确性。测试系统只能采集到电信号,因此,设计了一个信号调理电路,把阻值变化转化为电压值的变化。对于风速、流量参数,系统选取皮托管与压差变送器的组合来进行测量8。皮托管通过测量全压和静压,间接测量动压。动压即为全压减去静压之值。通过伯努利方程可以实现动压到风速的计算,其计算公式为:/2d PKV=式中: V为风速(m/s;K为皮托管系数;Pd 为通过皮托管测得的动压(Pa;为流体密度(Kg/ m3。对于流场中每个点的风速测量使用单独的皮

8、托管即可完成,而对于一个断面的平均风速的测量,可以用位于该断面上的所有测点的平均值来求得,得到这个风速的平均值后,通过如下公式即可计算断面的通风量:FVQ××=3600式中:Q为风量(m3/h;V为平均风速(m/s; F为截面面积(m2。通过使用压差变送器,把皮托管所产生的静压和全压两个压力变化量转换为相应的电压值,以便能通过测试系统进行数据的采集。列车在运行过程中,设备舱内部温度变化较大,因此压差变送器必须具有较宽范围的温度补偿(最高到70,防止温度漂移,以保证测试精度。1.2 数据采集系统硬件部分测试系统使用了无线数据传输的方式来完成,通过无线传输,把测试数据传输到上位

9、机。测试设备安放在设备舱内,用于监控的上位机位于车内,用以发送各种控制命令,完成数据的采集,测试系统的整体设计结构图如图11-2,5,7所示。图1 测试系统整体方框图本系统的硬件设计部分主要包括信号调理电路、模数转换电路(AD 、单片机主控制电路、时 钟电路、数据存储电路、电源电路及无线传输部分的设计。其中,调理电路的主要功能是将变化的电阻值转化成能够进行数据采集的电压值;压差变送器的主要作用是将变化的压力值转化成电压值以便测量;主控制器作为系统的核心,负责整个系统的正常运行,如读取AD转换数据和把读取到的数据存入SD卡3-4;时钟电路是独立于单片机的,它向系统提供准确的时间以便于数据解包和处

10、理;无线模块功能是接收主控制器发送的数据并发送出去和上位机发出的控制命令传送给主控制器。1.3 数据采集系统软件部分测试系统在上电之后,首先对无线网络进行初始化,同时也对A/D芯片、主控制器及原始数据存储芯片进行初始化和复位(芯片间的通讯方式、芯片状态寄存器的初始化和复位。完成上述工作之后,等待无线采集命令,系统启动采集程序并完成数据采集和存储操作。系统设计软件流程图如图2所示。图2系统软件流程图2 实验测试本设备舱测试系统在某高速列车上进行了现场测试。不同工况的运行数据存储在SD卡中,在试验结束后,将存储在SD卡中的数据传输到计算机中。然后根据不同工况信息,分别截取出对应的数据,最后根据截取

11、出来的工况数据进行分析。图3为列车在明线短距离加速的过程中,设备舱内部牵引变流器设备的进风口和出风口温度变化曲线。图3 牵引变流器入风口和出风口温度变化由图3可知,在运行过程中,牵引变流器出风口温度比进风口温度要高,两者最大差值大约为10左右。这是因为在列车加速运行中,牵引变流器工作产生的热量,会随着空气从出风口处排出,从而保证变流器内部的工作环境温度的相对稳定。为了验证设备的通风系统运行是否正常。选择列车明线状态下,5个不同速度级的状况下所对应的牵引变流器出风口通风量的测试进行分析,分析结果如图4所示。由图4可知,在列车明线上下行不同情况下,选取的5个不同速度级,牵引变流器出风口的通风量持续

12、维持在6 900 m3/h 附近。说明牵引变流 器在各个速度级工况下的通风性能良好,系统运行平稳正常。图4 牵引变流器出风口通风量随速度变化关系为了验证列车在隧道中运行,对于设备舱内通风性能的影响。特选取在牵引变流器出风口处的测点。在同一速度级下,明线与隧道上下行的不同工况,做通风量的对比。对比结果如图5 所示。图5 牵引变流器出风口隧道与明线通风量比值从图5中10个测点的对比数据来看,与明线相比,列车在隧道内运行时,设备的通风量降低了1%3%,其中某些测点隧道内的风速比明线高的主要原因是测试瞬态隧道内的气流扰动造成的,但这并不影响在隧道内通风量略有下降的趋势。3 结束语本文针对列车设备舱测试

13、,提出利用无线技术,对列车设备舱内设备的运行环境进行监控。经过实验验证,测试系统性能稳定,数据完整可靠。同时也验证了无线传感器在高铁测试领域的可行性。参考文献1 张兵,王峰,张占军.高速列车车下设备振动加速度无线测试仪J.仪表技术与传感器,2011(8.43-45.2 何声汉,林建辉,张兵.高速列车轴箱振动无线采集器J.工程与试验,2010(3:54-57.3 李长有,武学东,孙步胜,马齐爽.基于C8051F020的SD卡主控制器设计J.微计算机信息(嵌入式与SOC,2007,23(2:120-122.4 袁芬艳,刘敬彪.SD卡在工业数据采集中的应用J.电子器件,2010,33(5:629-631.5 于丽娜,秦丽.C8051F单片机信号采集系统J.仪表技术与传感器,2011(