劉國豐

( 廣州鐵道車輛廠，廣州 510800 )

1 項(xiàng)目來源與前期方案研究

中鐵特貨運(yùn)輸有限責(zé)任公司是對易腐貨物具有鐵路運(yùn)輸能力的專業(yè)冷藏運(yùn)輸公司，配屬有1910輛(包括B10、B21、B22、B23)機(jī)械冷藏車，各型制冷機(jī)組共計(jì)2906臺(tái)，其中采用R12制冷劑的有B21、B22、B23三種車型，制冷機(jī)組2656臺(tái)，占特貨公司配屬制冷機(jī)組總量的91.4%。根據(jù)“破壞臭氧層物質(zhì)管理的蒙特利爾議定書”的規(guī)定，到2010年將全面停止R12生產(chǎn)，同時(shí)一些與R12相關(guān)的產(chǎn)品與配件也將停止生產(chǎn)，制冷機(jī)組檢修將面臨R12制冷劑及相關(guān)制冷配件采購困難導(dǎo)致無法繼續(xù)使用的問題。為了解決鐵路冷藏車制冷機(jī)組R12制冷劑替代問題，保證鐵路冷藏運(yùn)輸?shù)拇胬m(xù)和發(fā)展，中鐵特貨公司2006年開始立項(xiàng)進(jìn)行制冷劑替代的研究，通過對國內(nèi)外各種成熟的R12替代方案進(jìn)行篩選和比較，確定了用R134a替代、R22替代、R415B替代三個(gè)研究方向，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)研究和比選，最終確定是采用改壓縮機(jī)R22替代R12方案，原因是R22作為過渡性工質(zhì)可以使用到2030年，可以保證機(jī)械冷藏車運(yùn)用到報(bào)廢期，并且具有實(shí)施操作簡單、改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益更高的優(yōu)勢[1-2]。該方案于2008年底通過鐵道部技術(shù)評審。

2 替代方案簡介

采用R22替代R12改造方案的主要原理是將制冷機(jī)組使用的單機(jī)雙級壓縮機(jī)(一個(gè)高壓缸、三個(gè)低壓缸)其中一個(gè)低壓缸停止工作，使進(jìn)氣量為原設(shè)計(jì)的2/3，基本能夠滿足充注R22的流量要求，同時(shí)，需要增加一個(gè)噴液降溫裝置，將制冷劑液體引入壓縮機(jī)高低壓汽缸連接管中，降低高壓級的進(jìn)氣溫度，從而達(dá)到降低高壓級排氣溫度的目的。該方案可以保留原有系統(tǒng)的主要部件，改造各種量也很小。具體改造方案：

(1)壓縮機(jī)改造：卸去與高壓缸相鄰的低壓缸(2號缸)吸氣閥片及彈簧片，在低壓缸連接管上鉆一個(gè)?12.2mm的通孔，將噴液噴頭按軸向垂直鑲?cè)胪變?nèi)，并牢固焊接。

(2)系統(tǒng)改造：機(jī)組上加裝噴液電磁閥，在供液電磁閥的出口管路上鉆一個(gè)?6的通孔，將噴液連接管一頭插入焊牢，另一端與噴液電磁閥連接，在噴液電磁閥的另一端通過毛細(xì)管與噴液頭連接；加裝溫度控制器：控制噴液溫度，控制排氣溫度；膨脹閥、干燥過濾器更換為氟利昂R22使用型號，更換高、低壓控制器、冷凝風(fēng)機(jī)壓力控制器。

(3)電氣改造：將噴液電磁閥控制線包與供液電磁閥控制線包相并聯(lián)；溫度控制器控制線路分為兩路，一路為控制壓縮機(jī)，另一路控制噴液電磁閥。

(4)更換制冷劑：用R22替換R12，冷凍機(jī)油相應(yīng)更換為N46。

3 替代方案實(shí)施與方案驗(yàn)證

制冷機(jī)組制冷劑替代是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從方案研究、運(yùn)行試驗(yàn)、小批量試改到全面鋪開改造，牽涉到技術(shù)文件、配件采購、檢修設(shè)備、運(yùn)用管理等方方面面，方案研究只是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，每進(jìn)行到下一環(huán)節(jié)都會(huì)遇到不同的問題，需要做大量的試驗(yàn)驗(yàn)證工作，不斷總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)。

制冷劑替代方案通過技術(shù)評審后，中鐵特貨公司2009年安排下屬的三個(gè)檢修運(yùn)用分公司進(jìn)行了10組機(jī)冷車小批量試改，并投入運(yùn)用，為下一步替代工作全面鋪開作好準(zhǔn)備。三個(gè)分公司的小批量試改中，由于改造方案中有多處需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方，因此，各個(gè)分公司在方案實(shí)施時(shí)會(huì)采取不同的處理手法，最后的改造結(jié)果就會(huì)不完全相同，主要體現(xiàn)在膨脹閥的過熱度調(diào)節(jié)、吸入壓力調(diào)節(jié)閥的限制值調(diào)節(jié)、節(jié)流毛細(xì)管的形式與長度、高壓缸溫度的控制等問題上，仍然存在著許多不一致，需要統(tǒng)一。

為了加快制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12工作的進(jìn)程，中鐵特貨公司計(jì)劃安排2010年廠、段修到期的機(jī)冷車全部進(jìn)行制冷劑R22替代R12工作。為此，特貨公司召集專題會(huì)議，總結(jié)了小批量試改的情況，統(tǒng)一了替代改造方案，并以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)形式下發(fā)。

廣州鐵道車輛廠有多年的鐵路冷藏車檢修和鐵路冷藏運(yùn)輸裝備開發(fā)經(jīng)驗(yàn)積累，2008年開始承擔(dān)鐵路機(jī)械冷藏車廠修工作，經(jīng)過兩年的機(jī)冷車廠修實(shí)踐，積累了一定的檢修經(jīng)驗(yàn)，因此這次承擔(dān)了較多的制冷劑替代的批量改造任務(wù)。由于前期的替代方案研究以及小批量試改工廠都沒有介入，沒有實(shí)際改造經(jīng)驗(yàn)，只能對特貨公司前期的研究方案及小批量試改和運(yùn)用總結(jié)進(jìn)行反復(fù)研究，弄清楚替代方案的基本原理和思路，找出方案實(shí)施的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)和存在問題，盡可能避免在改造中出現(xiàn)批量問題，給生產(chǎn)和運(yùn)用造成經(jīng)濟(jì)損失。

通過分析認(rèn)為實(shí)施方案的關(guān)鍵是噴液降溫裝置能否滿足降低壓縮機(jī)排氣溫度的要求，其次是膨脹閥、吸入壓力調(diào)節(jié)閥、壓力控制器、溫度控制器等控制元件的參數(shù)調(diào)整，以及工藝文件的修訂、工裝的制作等。

對照中鐵特貨裝備部下發(fā)的《機(jī)冷車制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和早期通過鐵道部技術(shù)評審的改造技術(shù)方案，發(fā)現(xiàn)噴液降溫裝置有兩套改造方案，也就是三個(gè)檢修運(yùn)用分公司在小批量試改中形成的兩套改造方案，并且發(fā)現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中還有少量參數(shù)有待進(jìn)一步確定。為了保證批量改造的科學(xué)性和可靠性，工廠成立項(xiàng)目組對改造方案進(jìn)行專項(xiàng)研究，制定了研究試驗(yàn)方案：按照兩套改造方案進(jìn)行樣機(jī)試改，通過對比試驗(yàn)，檢驗(yàn)相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

試改樣機(jī)選取了同一組機(jī)冷車的兩臺(tái)制冷機(jī)組，分別按不同的噴液毛細(xì)管口徑和長度加裝噴液降溫裝置：方案一：毛細(xì)管內(nèi)徑為?1.6mm，長度為2400 mm；方案二：毛細(xì)管內(nèi)徑為?1.0mm，長度為800 mm。試驗(yàn)時(shí)在每臺(tái)制冷機(jī)組的壓縮機(jī)排氣管、壓縮機(jī)高壓缸頭、膨脹閥前、回氣管、蒸發(fā)器出風(fēng)口布置了5個(gè)測溫點(diǎn)，采用溫度記錄儀對機(jī)組運(yùn)行的溫度變化情況進(jìn)行了測試記錄，對兩種改造方案的噴液效果進(jìn)行對比。在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試正常后，將噴液溫度控制器調(diào)整為閉合值100℃，斷開值80℃(因?yàn)槟瓿踉囼?yàn)時(shí)環(huán)境溫度只有20℃，排氣溫度達(dá)不到110℃)，觀察機(jī)組噴液情況。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，方案一噴液降溫速度比較快，方案二噴液降溫速度比較平穩(wěn)，在外溫大約20℃條件下，方案一排氣管溫度從100℃降到80℃只需要1～2分鐘，方案二排氣管溫度從100℃降到95℃以后基本穩(wěn)定，維持噴液時(shí)間約15～20分鐘。

根據(jù)試驗(yàn)分析，在試驗(yàn)期間環(huán)境溫度只有20℃左右時(shí)，排氣壓力只有1.2MPa，方案二排氣溫度下降到95℃以后降溫非常緩慢，如果在環(huán)境溫度達(dá)到40℃以后，排氣壓力將達(dá)到2.0MPa，排氣溫度很快上升，方案二可能無法滿足缸頭降溫要求，而方案一能否滿足夏季缸頭降溫要求也還需要在實(shí)際運(yùn)用中進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)論是方案一優(yōu)于方案二，試驗(yàn)情況報(bào)告了中鐵特貨公司裝備部后，中鐵特貨公司裝備部根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了方案調(diào)整，下發(fā)了《關(guān)于〈制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〉變更事項(xiàng)的通知》。

4 批量實(shí)施改造與優(yōu)化研究

2010年工廠承接了33組機(jī)冷車廠修任務(wù)，在進(jìn)行檢修的同時(shí)實(shí)施制冷劑R22替代R12改造，為了確保批量改造的順利進(jìn)行，在完成了噴液降溫裝置實(shí)施方案的比選驗(yàn)證后，主要針對改造實(shí)施方案的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)和生產(chǎn)準(zhǔn)備，加強(qiáng)質(zhì)量控制，對改造過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)分析研究[3]，主要解決的問題如下：

4.1 技術(shù)和生產(chǎn)準(zhǔn)備

按照《制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，編制了《制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12作業(yè)指導(dǎo)書》，確定了合理的工藝流程，在機(jī)組檢修中遇到與改造內(nèi)容相關(guān)的按照《制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12作業(yè)指導(dǎo)書》執(zhí)行，正常檢修仍按照原作業(yè)指導(dǎo)書執(zhí)行；在檢修場地已能夠滿足要求的情況下，增加少量工裝、工具，如機(jī)用萬能平口鉗、調(diào)速電鉆、壓縮機(jī)曲軸箱鉆模等；組織主要檢修人員學(xué)習(xí)了解制冷劑替代樣機(jī)改造及調(diào)試過程，組織制冷機(jī)組全體檢修人員學(xué)習(xí)《制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和《制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12作業(yè)指導(dǎo)書》，使檢修人員了解改造內(nèi)容及技術(shù)要求；提報(bào)了配件及材料清單，設(shè)計(jì)了自制件圖紙，待裝車驗(yàn)證后再進(jìn)行完善。

4.2 加強(qiáng)改造過程的質(zhì)量監(jiān)控

制冷機(jī)組用R22替代R12后，運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了較大變化，主要是排氣壓力和排氣溫度升高，對已使用了20年的制冷機(jī)組，產(chǎn)生泄漏的可能性提高，產(chǎn)生故障的幾率也會(huì)增加。制冷劑替代對檢修工作帶來的影響主要是焊接工作量增加，焊接質(zhì)量要求高，強(qiáng)度試驗(yàn)壓力升高，危險(xiǎn)系數(shù)加大，必需嚴(yán)格按照技術(shù)要求對制冷系統(tǒng)強(qiáng)度試驗(yàn)和保壓試驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)控。改造方案中壓縮機(jī)要取消壓縮機(jī)2號缸的壓縮功能，因此每臺(tái)壓縮機(jī)都必須拆卸缸蓋，對于一些多年沒有進(jìn)行過分解的壓縮機(jī)，拆卸缸蓋時(shí)需非常注意，缸頭螺栓極易擰斷，要將擰斷的螺栓取出是非常復(fù)雜的，不但增加壓縮機(jī)的檢修工作量，還會(huì)增加壓縮機(jī)損壞的風(fēng)險(xiǎn)，需要在工藝方法上進(jìn)行研究，如增加松銹劑浸泡時(shí)間，設(shè)計(jì)專用鉆模等，提出一套可行的操作步驟。

4.3 膨脹閥質(zhì)量不可靠的原因及解決

為了保證替代改造后的制冷機(jī)組今后檢修具有良好的互換性，《替代標(biāo)準(zhǔn)》統(tǒng)一了R22替代R12所用的配件型號和供應(yīng)渠道。從供應(yīng)商提供的兩種訂貨號的某品牌的膨脹閥來看，外觀上主要是調(diào)節(jié)桿有區(qū)別，但使用上都存在以下問題；1)新閥的開度有的是2～3圈，有的是全開，現(xiàn)車調(diào)試工作量大，與以往使用的另一種品牌的膨脹閥不同，另一種品牌膨脹閥出廠時(shí)已調(diào)整好出廠過熱度，在現(xiàn)車調(diào)試時(shí)只需要微調(diào)即可。2)在機(jī)組地面運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試時(shí)，調(diào)整膨脹閥開度以各臺(tái)機(jī)組調(diào)整到蒸發(fā)器結(jié)霜基本一致為準(zhǔn)，但裝上車后經(jīng)常出現(xiàn)個(gè)別機(jī)組制冷性能特別差，膨脹閥無法調(diào)節(jié)(關(guān)閉不了)，壓縮機(jī)結(jié)霜嚴(yán)重情況，有時(shí)要多次調(diào)整和更換膨脹閥才能故排除障。3)多次出現(xiàn)連編試驗(yàn)時(shí)膨脹閥調(diào)節(jié)失靈，各車之間溫差超過3℃，個(gè)別車溫度降不下來，連編試驗(yàn)需要重做的情況，對生產(chǎn)進(jìn)度造成影響。4)調(diào)節(jié)桿有微漏現(xiàn)象。5)連接螺母質(zhì)量不高，易裂。我們建議換用另一種品牌制冷量相同的膨脹閥進(jìn)行試驗(yàn)，并報(bào)中鐵特貨公司裝備部同意，在某列改造車組上全部換裝新型號膨脹閥，經(jīng)過一系列的試驗(yàn)，性能及質(zhì)量符合改造要求，并在其后的改造車組上全部裝用。

4.4 融霜時(shí)間繼電器頻繁動(dòng)作的原因及解決

實(shí)施替代改造后，融霜時(shí)間繼電器全部更換為新的型號，融霜周期由原來11小時(shí)調(diào)整為7小時(shí)，融霜時(shí)間1小時(shí)。最初改造的機(jī)冷車組被運(yùn)用單位經(jīng)常反饋，融霜時(shí)間繼電器動(dòng)作紊亂，融霜間隔時(shí)間短，無法正常制冷。最初分析判斷是融霜時(shí)間繼電器有故障，在多次更換時(shí)間繼電器仍解決不了問題后，對新的時(shí)間繼電器進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)與原機(jī)組的融霜時(shí)間繼電器功能上有所不同，原時(shí)間繼電器是機(jī)械式的，在融霜結(jié)束后計(jì)時(shí)器重新開始計(jì)時(shí)；新型號的時(shí)間繼電器帶有充電電池，融霜結(jié)束后計(jì)時(shí)器不會(huì)清零，而是累計(jì)計(jì)時(shí)，由于同一輛冷藏車有兩臺(tái)制冷機(jī)組，融霜控制采用的是相互閉鎖的方式，就會(huì)造成機(jī)組頻繁融霜。經(jīng)與各分公司協(xié)商，要求供應(yīng)商統(tǒng)一提供不帶充電電池的時(shí)間繼電器，并且將兩臺(tái)機(jī)組的時(shí)間繼電器起始時(shí)間調(diào)整為相同。

4.5 噴液及排氣溫度控制器動(dòng)作值的優(yōu)化

根據(jù)《替代標(biāo)準(zhǔn)》，噴液溫度控制值為閉合值110℃，斷開值90℃(暫定)。壓縮機(jī)排氣溫度保護(hù)值為125℃。在機(jī)組地面調(diào)試時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到38～39℃時(shí)，機(jī)組排氣溫度控制器已保護(hù)停機(jī)，因此我們建議將噴液溫度和保護(hù)溫度都適當(dāng)調(diào)整，將保護(hù)溫度調(diào)整為130℃(符合廠修規(guī)程要求)，噴液溫度控制值調(diào)整為100℃開始噴液，按照調(diào)整后的設(shè)定值，基本能夠保證制冷機(jī)組夏季運(yùn)用。

4.6 降溫速度變慢原因及解決

改用R22制冷劑后，由于R22制冷劑的特性，高溫工況下比R12降溫慢，低溫工況下比R12快，根據(jù)連編試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，車內(nèi)溫度從起始外溫降到-20℃時(shí)總體時(shí)間相差不大。新疆晝夜溫差大，瓜果的裝車時(shí)間不確定，當(dāng)白天裝車時(shí)，由于白天溫度偏高，而葡萄的承運(yùn)溫度是0～4℃，制冷機(jī)組主要運(yùn)行在高溫工況，因此降溫時(shí)間延長是客觀的，比較可行的解決方案是盡可能在夜間裝車。

5 結(jié)語

從2010年開始實(shí)施制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12改造，到2013年工廠完成了95組機(jī)冷車，共760臺(tái)制冷機(jī)組的改造任務(wù)。根據(jù)運(yùn)用單位這幾年的運(yùn)用反饋，以及每年夏季工廠按照中鐵特貨運(yùn)輸有限責(zé)任公司的統(tǒng)一安排，派出工廠技術(shù)及檢修人員和公司下屬的三個(gè)檢修運(yùn)用分公司共同到新疆為瓜果運(yùn)輸提供技術(shù)服務(wù)時(shí)所了解的情況，機(jī)冷車實(shí)施制冷機(jī)組制冷劑R22替代R12改造總體情況是好的，制冷性能、安全性能、工作穩(wěn)定性能、故障率等指標(biāo)都與原機(jī)組基本相同，批量改造取得成功，為鐵路冷藏運(yùn)輸提供了可靠保障。

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[2] 彭建華,楊振祥，荀森，等.我國鐵路冷藏車制冷工質(zhì)R12之替代研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,6(2):59-63

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