動車組空調排水泵故障分析及優化設計

黃繼林

（南寧局集團公司 南寧車輛段，高級工程師，廣西 南寧 530001）

動車組空調裝置在夏季采用制冷工況時會產生冷凝水，冷凝水通過排水泵排到空調機組外。CRH2A/380A統型動車組在夏季運用過程中頻繁報出空調裝置排水泵故障，給動車組運用檢修以及旅客出行舒適體驗都帶來了極大影響。為解決該問題，南寧局集團公司南寧車輛段從2015 年6 月5 日起將排水泵濾網清洗周期調整到4～6天或運行1.5萬km，但仍頻繁報出排水泵異常的故障。據統計，2015 年1 月～12 月，配屬動車組共發生空調裝置排水泵異常故障38 件，其中CRH2A 動車組29 件，CRH380A 動車組9 件。鑒于排水泵異常故障在夏季高溫季節集中發生，而現場檢查報出故障的空調機組排水泵濾網未出現嚴重臟堵的情況。經過現場調查分析，發現原排水泵濾網在結構設計上存在缺陷，為此進行系統分析研究，提出優化排水泵濾網結構設計方案，開展源頭質量整治，消除空調裝置排水泵異常故障，確保夏季動車組空調設備的正常工作。

1 排水泵裝置結構及原理

1.1 結構介紹CRH2A/380A 統型動車組每臺空調機組（生產廠商為石家莊國祥，以下同）裝有1 臺排水泵，型號：CJV-0942。排水泵通過安裝支架固定在機組箱體內，排水泵吸水口距接水盤底面10 mm，排水泵吸水口距濾網底部3.5 mm。機組檢查口和接水盤一體設計，便于排水泵清洗［1］。接水盤采用滑軌式防脫結構，為保證接水盤拆卸時滑動順利，排水泵濾網采用2 顆M 4 螺釘安裝在排水泵支架上。接水盤上方設2 個浮子開關（直徑30 mm），型號：RF-1396A1，作用是檢測空調冷凝水水位，浮子開關動作高度距接水盤底部38 mm，如圖1［2］。

圖1 排水泵及接水盤安裝結構

1.2 工作原理空調機組蒸發區通過風道與客室相通，考慮車廂內外氣壓平衡問題，空調機組蒸發區需有良好的氣密性，蒸發器在蒸發過程中產生的冷凝水匯集在接水盤中，通過排水泵排到空調機組外?？照{機組在制冷工況時排水泵就同步工作（空調機組蒸發器產生最大冷凝水量為0.4 L/min，排水泵額定排水量為0.6 L/min 以上，滿足空調冷凝水排放要求）。如果排水泵發生異常不能正常排水，當接水盤內冷凝水水位深度達到38 mm 及以上時，接水盤上方的2個浮子開關同時動作，1 min后在空調機組顯示設定器報出“排水泵異?！惫收?，空調機組還能繼續工作，但此時排水泵排水量減少，當浮子開關持續保持此狀態30 min 仍不恢復，空調機組控制邏輯則判斷排水泵不工作導致冷凝水無法排出，判定為排水泵故障，空調機組自動停機。

2 現狀調查

2015 年7 月20 日，選取經常報出故障的1 組車CRH2A-2346 與未報出故障的1 組車CRH2A-2287做對比調查分析，從排水泵濾網的結構來測量分析。測量ZE 234602 車2 位蒸發器與ZE228700 車2位蒸發器排水泵濾網安裝尺寸，如表1所示。

表1 排水泵安裝各部尺寸 單位：㎜

通過調查，不同車組排水泵濾網的結構是一致的，從設計及制造的角度來說無差異，只是報出故障的車組濾網底面與排水口距離比未報出故障的車組長。其次從車組擔當的運行交路及運行環境看，南寧局集團公司配屬的動車組在京滬高鐵、京廣高鐵、滬昆高鐵、南昆客專、貴廣線、南廣線及局管內各高鐵線路上運行，未安排擔當特定的某條線路，交路擔當均衡。

再調查運行時長及運行里程，南寧局集團公司配屬統型動車組擔當交路單日運行大多時長在15～17 h，每個月綜合運行時長基本均衡。夏季5～10月期間，結合動車組運用修每4～6天對排水泵濾網及接水盤進行清洗（根據環境溫度及實際運用情況適當調整）。每個月運行里程據統計在4.5 萬km～4.8萬km左右，相差不大。

主機廠給出增加清洗排水泵濾網頻次來解決故障的方案。按南寧動車所夏季每天平均有16 組車需拆卸排水泵濾網，每組動車組有16 臺空調機組，需拆卸2 560顆螺釘，工作量大，勞動強度高。排水泵濾網拆洗頻繁，配件脫落的安全風險也隨之增大。這種方法沒有從根本上解決問題。同時在夏季夜班一級修作業時每4～6天拆洗1次濾網，拆卸、清洗、安裝作業完畢后才能進行一級修，延長了一級修作業時間，檢修臺位利用率大大降低，影響動車所檢修能力。

3 原因分析

3.1 濾網臟堵分析經現場調查，出現故障的排水泵濾網內、外部均有淤泥污物，內部淤泥污物厚度大約在2～3 mm 左右，部分排水泵口濾網外部淤泥污物聚集較多。分析發現濾網容易積淤泥污物的原因是運行過程中高鐵線路上的揚塵進入空調機組蒸發區內與冷凝水混合形成淤泥污物。車廂內有灰塵及絮狀臟物，從客室座椅下的空調回風口風道吸入空調機組內，再經過蒸發器濾網附著在濾棉表面，車組在運行中由于震動會有部分臟物掉落在排水盤內。如果淤泥污物不能及時隨著冷凝水排到空調機組外，堆積越多，越易堵住濾網，甚至會堵塞排水泵口，如圖2、圖3所示。

圖2 排水泵濾網外部

圖3 排水泵濾網內部

3.2 結構設計缺陷經過現場調查分析和試驗，發現冷凝水無法正常排出的主要原因是排水泵的排水口與底板之間的間隙過小，淤泥污物易堵在排水口管口，造成排水不暢，導致報出故障；排水泵濾網設計強度偏低，隨著排水泵口部濾網外側淤泥污物逐漸堆積，吸水阻力變大，在排水泵口部形成負壓腔，由于負壓致使濾網上凹變形貼近排水泵口，使排水泵吸水量減小，少量的淤泥污物都無法通過排水泵排出去，使得淤泥污物堆積越來越多，最終導致排水泵無法吸水。

3.3安裝方式不合理每次清洗排水泵濾網時，需要拆卸濾網安裝螺釘，由于空間狹小，M 4的螺釘在拆卸時容易掉落甚至造成排水泵膠管斷裂。急需對濾網的安裝結構加以改進。

3.4 結論當排水泵濾網內淤泥污物積多后，冷凝水進入濾網的量減少，但排水泵可以吸入其吸水口部濾網內的淤泥物，因此水僅從排水泵口部濾網處被吸入；一段時間后會造成排水泵口部濾網外側淤泥污物堆積，吸水阻力變大，在排水泵口部形成負壓腔，致使泵口濾網向排水泵口處上凹接近排水泵口，此時如果泵口濾網外側淤泥污物仍不斷堆積，排水泵吸水量將大大減小，無法達到排水量要求從而導致報出排水泵異常故障。

4 解決措施

4.1 提高排水泵濾網強度原排水泵濾網的規格為16×16 目，絲徑為0.45 mm。拆卸下排水泵濾網，發現濾網底部有凹陷現象，濾網強度明顯不足。為了提高排水泵濾網底部的強度，降低排水泵將排水泵濾網吸附的可能性，在排水泵口處的濾網外側增加一個擋板，使排水泵不直接從口部濾網處吸水，讓水從濾網四周滲入，使排水泵與濾網之間有足夠的吸水空間，避免濾網被吸附在排水泵管口造成臟堵。排水泵口擋板采用0.8 mm 厚鋼板，材質與原濾網盒體一致，既保證了濾網底部的剛度，同時也不會對接水盤拆裝過程產生阻礙影響，滿足日常維護操作要求。

4.2 增大排水泵濾網孔徑及絲徑將排水泵濾網由原來的16×16目（絲徑：0.45 mm，孔徑：1.1 mm）改為10×10 目（絲徑：0.6 mm，孔徑1.9 mm），增大了濾網的孔徑，減小堵塞的可能性；同時增大了濾網的絲徑，并在排水泵進口處的濾網內側增加擋板及圓鋼支撐，增強了濾網的強度，且圓鋼可支撐排水泵進水口，保證排水泵進水口與濾網底部之間的間隙，使排水泵不直接接觸濾網底部，避免由于負壓使濾網上凹變形從而導致局部臟堵造成排水泵故障，使冷凝水能從濾網四周均勻滲入，見圖4。優化設計的排水泵濾網只增大了孔徑及絲徑，沒有改變濾網外形尺寸，且排水泵濾網擋板焊接至濾網內部，該方案不影響接水盤的拆裝，也不改變空調裝置的整體功能和檢修要求。

圖4 優化設計后濾網結構

4.3 改進排水泵濾網安裝方式將濾網的安裝方式由螺釘安裝改為快開鎖緊固，利用原濾網安裝孔固定2個快開鎖支座，并增加限位結構，防止快開鎖支座轉動。用不銹鋼鉚釘將搭扣鉚接在快開鎖支座上，圓形一字頭螺柱安裝在濾網上，利用固定擋圈防止螺栓在拆裝時脫落。拆裝濾網時，只需將圓形一字頭螺柱逆時針旋轉1/4圈，就可以拆卸濾網，安裝時反向操作。

2015年9月在南寧局集團公司選取5列統型車按照排水泵濾網優化方案改進的濾網進行裝車考核，驗證考核周期為30天。當年10月在武漢局選取非統型動車組進行裝車驗證。通過1個月的運用數據統計分析，未發生報出排水泵異常故障，運用考核情況良好。

通過上述方案驗證，經過優化設計的排水泵濾網，安裝使用后未再出現由于濾網臟堵報出排水泵異常的故障，解決了頻報故障影響空調裝置正常運轉的問題。

5 結束語

2016 年2 月，配屬南寧局集團公司動車組全部結合二級修更換優化后的排水泵濾網，從3 月份到12月份，未再發生排水泵異常故障。實踐證明對濾網進行優化設計，能有效解決空調裝置頻繁報出排水泵異常故障的問題，降低了勞動強度，提高了檢修效率。從2016年3月起在全路四方股份技術平臺的既有動車組上推廣改造，同時自2016 年3月起對新造動車組的排水泵濾網結構也按此方案實施。2017年1月至12月，進一步跟蹤動車組空調裝置故障情況，經統計分析，未見由于濾網臟堵造成排水泵異常故障，證明優化設計后的排水泵濾網結構合理、效果明顯。經過此次優化設計及改造工作，也積累了動車組檢修運用經驗，為確保動車組安全運行打下堅實基礎。