动车组气密性试验方法及其优化建议

王江

（武汉中车四方维保中心有限公司 湖北武汉 430000）

摘 要 本文介绍了高速动车组气密性试验的试验原理、试验方法和工艺过程。针对现有气密性试验过程中的试验方法提出了优化建议。

关键词 高速动车组 气密性试验

1. 引言

高速动车组已经成为中国现代轨道交通的金名片，其优良的运行稳定性和乘坐舒适性得到了国内外乘客的普遍认可。目前高速动车组持续运营速度高达350公里/小时。在两车交会和通过隧道时，车身外部压力波动会通过车体表面、空调系统和车体贯穿孔隙传递到车辆内部，造成车内压力的剧烈波动。动车组的运行速度越高，两车交会和通过隧道时的车内外气压波动越大。剧烈气压波动会冲击乘客的耳膜，造成耳鸣、耳痛等人体不适反应。业界普遍认为车辆气密性能是衡量车内外压力波动传递关系的重要指标，其直接影响司乘人员的耳感舒适度^[1]。提高车辆气密性可减少车内压力波动，有效提高乘坐舒适性。

2. 气密性试验原理及工艺流程

   1. 气密性试验原理

目前国际主流车辆气密性评价方法可以分为两大类: 时间常数法和等效泄漏孔面积方法。它们是基于对空气泄漏量与车内外压差之间关系的不同假设而分别得到的数学模型^[2]。其中等效泄漏孔面积法按简化的数学模型又可分为静态泄漏模型法和恒压泄漏模型法。

2.1.1 时间常数法

德国普遍采用时间常数τ来定义车辆及其零部件的压力密封性。时间常数τ的定义为:

（1）

式（1）中p_i为车内压力;p_e为车外压力。在车辆静态气密性能试验中,时间常数τ在数值上等于车内外压差由初始值减小到初始值37%所用的时间。对于绝对密封的车辆τ= ,对于绝对不密封的车辆τ=0。

时间常数按照试验获取方式分为动态时间常数和静态时间常数。通过现车线路试验获得的时间常数称为τ_dyn，；通过线下静态试验测量出的时间常数称为τ_stst。

2.1.2 等效泄漏孔面积法

法国普遍采用等效泄漏孔的面积大小来评价列车的气密性能。对于内部容积大且泄漏量小的测量对象，采用静态泄漏模型进行测算。假定试验过程中空气流动是无黏性流动，且等效泄漏孔为锐缘圆孔。根据无黏性流动的伯努利公式和理想气体状态方程，可推算出等效泄漏孔的面积A。

（2）

式（2）中A为等效泄漏面积；V为车厢内部容积；α为当地声速；ρ为空气密度；Δp₀ 为初始内外压力差；Δp为结束时的内外压力差；t表示车内外压差从初始时刻通过泄漏孔的平衡气流直至内外压力平衡时所需要的时间。

对于内部容积小或者是泄漏量大的测量对象，采用恒压泄漏模型进行测算。

（3）

式(3)中:A为等效泄漏面积；Qa为车厢内部容积；ρ为空气密度；pi 为内部压力；pe 为外部压力。

2.2 动车组气密性试验方法

高速动车组整车密封性由筒型车厢结构、双层密封车窗结构（个别部位除外）、内置式侧拉门（或塞拉门）密封结构、风挡柔性连接结构、卫生设备水封结构、空调压力保护系统以及贯穿孔多层密封结构等共同保证^[3]。

气密性试验可分为正压试验法和负压试验法。动车组的气密性试验通常采用正压试验法。试验前通过工装封闭车厢门窗，端门、换气装置废排风口、水封口和端部新风道等。封堵完成后，气密性试验台向试验车辆内部缓慢充入空气加压。当车内气压达到最大保压值并稳压一定时间后停止充气，车内气压开始逐步下降。气密性试验台测量车辆内部压力从试验上限压力值降到试验下限压力值所需要的时间，进而判定是否符合气密性要求。部件气密性试验方法与整车气密性试验方法相似。

2.3 动车组气密性试验工艺流程

高速动车组制造工艺要求在前装工序进行一次气密试验，在总组装完成后进行整车气密试验（也称为二次气密试验）。在前装配管、配线密封处理完成并且密封胶状态达到试验要求进行一次气密性试验，在车下设备安装和电气耐压试验完成后进行整车气密性试验^[4]。整车气密性试验前需对侧门、端门、换气装置废排口、水封口、车端新风道口等进行封堵。

车辆按要求封堵完毕后，气密性试验台接通工作电源。试验系统气路部分按照气密试验台气路连接示意图(如图1)进行连接。气路和电路连接检查无误后，试验人员操作气密试验台进行气密性试验。气密性试验台内置空气增压泵通过端部封堵工装的连接孔将空气注入车内，直至车内压力达到规定上限压力值。气密性试验台通过端部封堵工装上的压力传感器进行压力下降过程的数据采集，同时系统配套一块数显压力表进行上限压力报警和实时压力值监控。为避免电子式压力采集系统偶发失效导致压力过大损坏车体内部设备，系统另配置一个刻度为800mm的U型管（水柱）来物理观测车内气压值。

目前中国普遍采用的静态时间常数法来评估动车组的气密性能。以高速动车组气密性试验为例：车辆封堵完成后，将车内气压上升到6KPa。如果压力无法保持需确定漏点修复，直到气压达到上限要求。在3.8KPa至3.5KPa气压范围内，通过喷洒检漏液、触觉和听觉检查方法对车辆各规定检漏位置进行检漏。如果发现泄漏点应进行标记和修复。泄漏点修复后，重新将车内气压升至6KPa，测量车内气压从4KPa降至1KPa所用时间。标准要求中间车耗时在240秒以上，头车耗时在200秒以上。而且在4KPa至1KPa下降过程中，车内气压自然下降0.5KPa时间应超过6秒。满足上述全部要求，则判定合格。

图1 气密试验台气路连接示意图

3、动车组气密性试验方法的优化建议

动车组密封性试验采用以空气为试验媒介的气密性试验方法。这种方法的优点是操作简单且试验精度要求低。但是该方法也存在一些不足。首先，车辆底部风道被车下设备遮挡，无法直接喷洒防漏液。通常采用听觉和触觉判断是否存在泄漏点，存在漏判误判的风险。即使判断车辆底部风道存在泄漏点，也必须拆卸车下设备后方可准确定位泄漏点。其次，检漏液为导电液体。喷洒过程中如果防护不到位，存在造成设备电气绝缘降低、连接器件锈蚀等潜在质量风险。因此在某些特殊工况下需要采取多种试验手段并用，综合查找结构性泄漏。

目前密封性试验按其试验介质可分为液密性试验、气密性试验、示踪气体法和超声波密封测试法等多种试验方法。国内在2016年已有将超声检测技术用于动车组密封性测试方面的应用研究。超声波是一种频率高于20K赫兹的声波。它在空气中传播的方向性好，物体表面反射能力强，容易得到较为集中的声能，对于人体也没有危害。超声波检测技术可以快速确定车辆孔洞或密封不良部位的泄漏点位置。即使检测部位的泄漏状态和密封结构不同，也可通过确定检测值与背景值的不同差值范围，从而达到准确判断气密性的效果^[5]。从超声波密封性检测的技术特点来看，可以将超声波密封测试法引入动车组密封性试验方法中。其不但可配合气密性试验方法综合确定泄漏点位置，而且在动车组部件密封性检测和小泄漏量密封结构检查方面也有着广阔的运用前景。

参考文献

[1] 马瑶,王雷,梅元贵.速度350km/h高速列车车体时间常数气密阈值特性初探[J].铁道机车车辆，2019，39（5）：47-52.

[2] 李玉洁，梅元贵．动车组车辆气密性指标的初步探讨[J]．铁道机车车辆, 2009，29(2):31-35

[3] 李丰，林贤军.CRH380A型动车组车体气密性试验方法研究[J].机车车辆工艺，2013（6）：36-37.

[4] 冀传帅,王强,李丰.中国标准动车组气密试验工艺介绍[J].中国新技术新产品，2016（6）：36.

[5] 刘和平，刘然，刘殿海，李论．超声波泄漏检测技术在高速动车组气密性方面的应用研究[J]．机械设计与制造, 2016 (11) :59-62