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1、.高海拔地区暖通空调设计中的若干技术问题崔跃提要从高海拔地区空气压力低、密度小和含湿量低等特点出发，讨论了这一地区暖通空调设计中的一些常见的技术问题，认为只有积极稳妥地处理好这些问题的设计才是富于地域特色的合格的设计。关键词高海拔地区暖通空调设计技术问题地域特色Some issues of HVAC design in high-altitude areasBy Cui YueAbstractBased on the fact that the air in high-altitude areas is of lower pressure, less density and moisture,
2、 discusses some commonly encountered technical problems in HVAC design for these areas, considers the designs that solve these problems creatively and properly to be qualified ones with local characteristics.Key wordshigh-altitude area, HVAC design, technical problem, local characteristic高海拔地区，在此泛指海
3、拔高度1 000 m以上的地区。在我国，它涵盖了包括黄土高原、青藏高原和云贵高原在内的由北方到西北再到西南的广大地域。如果将这一地域的主要城市略加罗列(见表1)，并且稍微留意一下这些城市20年来的发展历程，我们不难大致地领略到地理环境对于一个地区的经济与社会发展所显现的巨大的制约作用。那么，对于这些地区过去空白或相对滞后，而今乘改革开放的大潮正在迅速成长中的暖通空调业来说，特殊的地理环境意味什么、又可以造就什么样的地域特色呢?这里，笔者试将自己在设计实践中所注意到的有关问题作一综述，意在引起该地区同仁们对这些问题的关注，共同推动这一地区我们专业的发展与提高。表1我国主要的高海拔城市城市呼和浩特
4、银川西宁兰州拉萨贵阳昆明海拔高度/m1 063.01 111.52 261.21 517.23 658.01 071.21 891.41关于湿空气的h-d图h-d图对于空调的设计和运行管理都是一个十分重要的工具。同样不可忽视的是：任何一张h-d图都是在一定的大气压力下绘制的，也只适用于该大气压力。高海拔地区的大气压力都低于标准大气压力，于是，h-d图中的饱和曲线(=100%)将向下移，即在相同的温度和相对湿度下，空气的焓和含湿量将增大。表2列出了主要高海拔城市夏季室外空气的焓和含湿量，并与它们在标准大气压力下的h-d图上的读数加以比较。显然，其间的出入是相当可观的。因此，在高海拔地区一定要使用
5、当地大气压力下的h-d图，不然，仅此读数的偏差就可能动摇设计的合理性。近年来，一些暖通设计软件商相继开发出低气压下h-d图的自动生成和查询技术，已为这一问题的解决提供了便捷的途径。表2不同大气压力下的焓和含湿量呼和浩特银川西宁兰州拉萨贵阳昆明当地大气压力/hPa889.4883.5773.5843.1652.3887.9808.0空调计算温度干球/29.930.625.930.522.830.025.8湿球/20.822.016.420.213.523.019.9当地大气压力下读数焓/kJ/kg65.7370.9055.2865.7951.6574.9866.94含湿量/g/kg13.9115
6、.6511.4313.6911.2617.4816.05标准大气压力下读数焓/kJ/kg60.2164.5945.9558.0337.8568.5057.30含湿量/g/kg11.7413.187.7710.655.8314.9512.26空气密度/kg/m31.0451.0330.9240.9930.7871.0330.9522关于空气密度的变化如所周知，空气密度随海拔高度的上升而减小。在本文所讨论的范围内，某一海拔高度H(m)处的大气压力s=1 013(1-2.257H10-5)5.256hPa(1)该处的实际空气密度(2)设计中常用的风管阻力计算图表以及设备选型表等等都是按标准状态下的空
7、气体积流量编制的，在高海拔地区，系统的计算与设备的选用都必须考虑空气密度减小的影响。即：一个系统，当根据当地大气压力下的h-d图计算出的空气质量流量为Gs(kg/h)，其体积流量Ls(m3/h)就是(3)该系统的风管及各种设备均应按Ls计算选用。3关于风机性能的海拔修正3.1选型计算：根据设计规范，对于高海拔地区的通风系统，当以实际的体积风量Ls按标准状态下的图表计算出系统的压力损失Ho，并按一般通风机性能表选择通风机时，其风量和风压均不要修正，但电机的轴功率要作验算。这是由于，高海拔条件下系统压力损失的减少与风机风压的降低是完全等同的，同时，风机电机的轴功率N也会减小：标准工况下(4)实际工
8、况下(5)这里Lo=Ls，效率系数1和2不变，而s1.2，故有NsNo。3.2校核计算：当风机在转速、效率及气温不变的前提下用于高海拔地区时，输送空气的体积流量L不变，实际风压则将低于其在标准工况下测得的名义风压Ho，也即(6)反过来，为确保系统既定的风压要求(通常即是该系统原配套风机的名义风压Ho)，高海拔下实际选用风机的名义风压就应是(7)其电机轴功率也将相应地有所增加：(8)3.3风机作选型及校核计算时，电机轴功率随海拔上升呈现出不同变化趋势的原因在于：选型时系统的压力损失即选用风机的风压Ho是按标准工况算出的，它必定大于系统在高海拔下实际造成的压力损失Hs。相反，校核计算则是在高海拔条
9、件下验证已在标准工况下构成的系统，这里一向都不需要(往往还不大可能)校核该系统实际所需的风压而把它当做是既定不变的，从而只就空气密度的减小作风压与功率的校核。作为实例，空调通风系统设计中很普遍的风机选型计算属于前者，而锅炉房烟风系统设计中鼓、引风机的海拔修正属于后一情形。4关于换热设备这里所说的换热设备，系指表冷器、蒸发器、冷凝器、全热换热器、暖风机等采用机械方式对空气进行受迫对流换热的装置。按照对流传热的基本方程，换热过程中空气获得的热量Q=G.cp.t(9)式中G，cp，t分别为空气的质量流量、定压比热容与流经换热器前后的温差。忽略cp随温度、压力的微小变化，即令cp=c，并引入Go=oL
10、o，上式成为Qo=o.Lo.c.t(10)高海拔条件下，则有Qs=s.Ls.c.t(11)显然，由于so，Ls=Lo，故QsQo；换热设备的实际换热能力将由于海拔上升、空气密度减小而下降。这就意味着蒸汽压缩式制冷(供热)设备出力的下降以及空调末端设备空气处理能力的下降。然而，这一点在工程中也很容易被忽视。应当看到，标准工况下计入了诸多因素的修正系数到了高海拔地区可能并不足以抵消空气密度下降所造成的不利影响，还是以特地作海拔修正为妥。具体如何修正，时下尚未见有系统的权威性研究结论，建议采纳或参照以下表3及表4的相关数据。表3冷式冷水机组制冷能力的海拔修正海拔高度/m0609.61 219.21
11、828.82 438.4修正系数10.9890.9790.9680.955其它换热装置如开式冷却塔，其换热机理虽与上述设备不同，但用于高海拔地区时同样存在因空气密度减小，质量流量低于设计值所引起的冷却能力下降的问题。限于篇幅，本文对此不作详述，有兴趣者可参见文献3。5关于燃烧设备燃煤锅炉鼓、引风机的风压及配用电机功率的海拔修正是一直受到强调和重视的，但对于目前使用日趋广泛的燃油、燃气设备，包括各种锅炉及直燃型溴化锂吸收式冷热水机组，其海拔修正问题却一直未得到应有的重视。表4风机盘管空气处理能力的海拔修正系数海拔高度/m供冷供热总热量显热量5000.980.950.951 0000.970.91
12、0.911 5000.950.860.862 0000.940.820.822 5000.930.780.783 0000.910.740.74上述燃油、燃气设备一般均不需外配鼓、引风机，燃烧所需空气由燃烧器引入，燃烧室微正压运行。一定出力的设备，当燃料类型确定，燃烧机也选定之后，它在某一段火力上工作时喷出的燃料流量q与引入的空气体积流量就是一定的。这里，设备出力Q(kW)为Q=a.q.Qydw-b(12)所需空气量G(kg/s)为G=c.Qydw-d(13)式中Qydw燃料的应用基低位发热量，kJ/kg；a，b，c，d计算系数，因燃料而异。进而可以列出：标准工况下(14)高海拔下(15)前已
13、述及，Ls=Lo则GsGo，如果qs=qo，势必导致QsQo，即高海拔条件下设备出力不足。这在现场运行中，表现为因空气量偏小而造成的燃烧不完全、冒黑烟，设备的燃烧效率也会随之下降。因此，无论生产商是否在其产品样本中标明了设备适用的海拔高度(通常是1 000 m)，高海拔对设备出力及污染控制的负面影响终究是一个客观存在，不可不认真对待。有关设计文件中应当明确要求生产、供应商：应为其产品配置具有良好的燃料/空气比调节性能的燃烧机；某一额定出力的设备一般均有23种燃烧机(指同一品牌、系列内)可供选配，应根据当地海拔，按设计热负荷的1.21.5倍选用其中裕量充分者，所谓“大马拉小车”在这里恰恰是有必要
14、的；安装完毕后的试车阶段，应出动适当的人员和装备，以将烟气中的化学不完全燃烧成分控制在00.1%为目标，进行精心的现场调节。6关于给水设备以最常用的离心泵为例，工程设计中由于现场条件的限制，经常需要将离心泵安装在水面以上，这里就有一个允许的几何安装高度Hg的确定问题。标准工况(大气压力1 013.25 hPa，20 清水)下的Hg(m)为(16)式中Hb泵样本提供的允许吸上真空高度，m；泵吸入口的速度压头，m；h1吸水管段的流动阻力损失，m。自然，当大气压力及水温不同于标准工况时，Hg将随Hb值的改变而改变，后者的变化为Hb=Hb-(10.33-hA)+(0.24-hv)(17)式中hA当地大
15、气压，m；hv与实际水温相应的汽化压力，m；假如离心泵输送的不是清水而是其它液体(如油类)，则相关的修正更复杂一些，详见文献1，此处不赘。7关于空气压缩机与真空泵不难理解，随着海拔高度的上升和空气密度的减小，空压机与真空泵生产能力的下降比起前面的设备来，将更为直接和明显。就空压机而言，如设计排气量为Ls，则选用设备的名义排气量就应是Lx=K.Ls(18)表5空压机排气量海拔修正系数K海拔/m9141 2191 5241 8292 1342 4382 7433 0483 658K1.11.141.171.21.231.261.291.321.37真空泵的生产厂商一般都在产品样本中列出了产品在不同
16、海拔高度(或大气压力)下的抽气量；如未列出，须向厂商详作咨询。8关于电机工作环境建筑中各类设备大量使用电动机，尤其是异步电机作为原动力。在高海拔地区，也存在着一个由于空气稀薄致使电动机散热困难进而功率降低的问题。为此，有的资料如文献2干脆限定“异步电动机使用地点的海拔不超过1 000 m”，这当然是不现实的。但这个问题又的确不能不考虑，原机械工业部就曾为此专门颁布过电机使用于高海拔地区的技术要求，规定了不同海拔高度所对应的最高容许环境温度，如表6。表6电动机最高容许环境温度海拔高度/m1 0002 0003 0004 000最高容许环境温度/40353025在此提出这个问题的实际意义在于：高海
17、拔地区暖通空调设计中应重视各类电机的工作环境问题，采取适当措施，使其通风良好，气温保持在表6容许的范围内。当出于现场各种实际因素，电机工作环境温度仍有可能超过规定时，应采用人工降温，而按环境温度每高出1 ，电机额定功率降低1%的原则选用较大电机的做法则只能是不得已而为之的下策。这里一个典型的例子是屋顶电梯机房，发热量大，日照强烈，应加强通风，气温过高或使用频繁者应加设分体式空调机。同样的问题对于目前使用日趋广泛的变频器来说或许影响更大，因为所有变频器都明文规定的使用环境之一便是海拔高度低于1 000 m。设计者不但有责任努力创造通风散热的良好工作环境，还应敦促生产、供应商就高海拔问题采取相应的
18、对策，例如在变频器的外壳上增设换气扇，等等。9关于空调新风处理在文献4中，笔者探讨了昆明地区空调新风处理的特殊性，认为在一定条件下，新风可不作集中处理而直接送入风机盘管回风箱，其负荷完全由风机盘管承担。究其原因，是由于当地夏季室外空气湿球温度较低，因而新风的焓值也较低所致。而这样的气候条件，实际上并不仅见于昆明，而是普遍存在于高海拔地区。表7汇总了仿照文献4的基本数据与方法(经订正)对各主要高海拔城市新风不作集中处理时标准间风机盘管空气处理过程的计算结果。如果同时考虑到以下两个事实：我国风机盘管产品标准(JB/T 4283-91)所规定的风机盘管全冷量按焓差16.5 kJ/kg确定，并且上市产
19、品的处理焓差大都高于此值；高档风量大约在600700 m3/h之间的卧式暗装风机盘管，其长度均小于客房门廊的一般宽度1 200 mm，那么，我们就有足够的理由相信：表7的计算结果支持文献4的结论。换言之，文献4的结论在高海拔地区有着广泛的适用性。表7新风直接送入风机盘管的计算结果呼和浩特银川西宁兰州拉萨贵阳昆明室内焓hn/kJ/kg54.3154.5158.7655.9465.1454.3657.30室内含湿量dn/g/kg11.4111.4913.1612.0515.6711.4312.59新风余热Qw/W317455-97301-375573268新风余湿Ww/g/h250416-1731
20、64-441605346总余热Q/W1 8171 9551 4031 8011 1252 0731 768总余湿W/g/h45061627364-241805546热湿比14 53611 425187 06617 812-866 4759 27111 657送风焓ho(t=8 )/kJ/kg44.3243.9150.3746.3157.9143.0146.74送风量Go/kg/hLo/m3/h654664602674561658603626636651679713637634换气次数n/h-110.4310.6010.8511.3211.8810.6210.57回风量Ln/m3/h526536
21、551579613537534混合风焓hm/kJ/kg55.8856.7258.3057.2163.9157.1658.61过程焓差h/kJ/kg11.5612.817.9310.906.0014.1511.8710关于通风除湿受地形、地势和天气系统等诸多因素的影响，高海拔地区另一个显著的气候特征便是空气的含湿量较低，西部和西北部区更是全年都相当干燥。这一特征在某些方面或许不足称道，但对于采用自然或机械通风方式消除游泳馆之类大量散湿场所的余湿则肯定是非常有利的。文献5对通风除湿设计中室外计算参数的确定问题作了颇具深度的研究。在统计大量气象资料的基础上，该文指出：呼和浩特、银川、兰州、昆明等城市
22、通风除湿所需风量不大，不保证时数很小；贵阳则风量稍大，不保证时数稍多。文中未提及的西宁和拉萨的情况是：含湿量更低，通风除湿所需风量更小，不保证时数更少甚至完全保证。在这个问题上，高海拔地区的优势是应该充分认识并加以积极利用的。青藏、滇藏铁路建设科研必须先行张庆军， 祝红英摘要:本文分析了高原环境对工程机械装备的影响及青藏铁路一期 建设的经验教训。针对当前高原特殊环境适应性技术发展现状， 指出在青藏铁路二期工程和滇藏铁路建设之前，科研工作必须先行。关键词: 铁路建设; 机械装备; 科研; 先行中图分类号: TB 1文献标识码： A1前言在我国海拔2000米以上的高原占国土总面积的33。平均海拔高
23、 度4000米以上的高原面积为230240万平方公里。青藏高原以其海拔最高、地域辽阔而列世界诸高原之首，被称之为世界屋脊。高原地区，蕴藏着极为丰富的水电资源和矿产资源。仅黄河上游水 电能的蕴藏量达数千万千瓦，已建成的有龙羊峡水电站，部分建成的有李 家峡水电站等。同时，国家计划在黄河上游再兴建若干座大型水电站，水 力资源开发建设前景十分广阔。 高原地区还蕴藏着丰富的矿产资源，已探明的有钾、钠、镁、铅、锌、铬、铁等金属矿藏，石棉、煤、硼、水晶、石膏、硫磺等非金属矿 藏以及丰富的石油资源，且以探明储量均居全国之首。 青藏高原是我国藏族同胞的主要聚居地。由于自然、历史、社会等方面因素的影响，经济基础薄
24、弱，经济发展水平较低，亟待开发建设。 同时，它与缅甸、不丹、锡金、尼泊尔、印度、巴基斯坦、阿富汗、塔 吉克斯坦等国接壤，边境线长达3842km，为我国扼南亚次大陆的重要门 户。它的开发和建设将是我国西部在下个世纪乃至更长时期经济能否持 续稳定发展的条件之一，关系到国家完整统一，其经济和战略地位十分重要。2青藏铁路建设前期科研工作回顾 面对高原这一块资源丰富，经济欠发达，而战略地位极为重要的地区，要缩小差距，消灭贫困，实现共同富裕；要加强民族团结，打击敌对分子的分裂活动，维护稳定；要发展经济，开发资源，扩大与南亚次 大陆的国际贸易；要巩固边陲，加强军事的后勤保障；必需有与内地牢固联结起来的运能大
25、、运费低、速度快、可靠度高的钢铁运输线进藏铁路。 为了发展经济，巩固国防，促进民族团结，加速西部民族经济的发展，从50年代开始，国家就开始着手进藏铁路的建设，并将青藏铁路的 建设纳入国民经济发展计划，并于5060年代对线路进行了勘察、选 线、定测等前期工作。60年代末、70年代初，根据勘测设计工作的 要求，成立了由中国科学院、铁道部、一机部、铁道兵、青海省、西藏 自治区等有关领导同志组成的青藏铁路科研工作领导小组，下设盐湖冻 土、高原机电设备、通信信号及施工等四个协作组，组织了全国九个部 门与十九个省、市、自治区的68个工厂、部队、研究所、设计院和大专院校，共一千七百多名科技人员，开展青藏铁路
26、科研工作大会战。截止70年代末，部分科研成果陆续提出，80年代初审查鉴定完毕， 但部分项目还应进一步加深研究。高原机电设备部分的科研项目因条件 所限，仅完成部分项目，许多项目有待进一步深入研究。 青藏铁路一期工程建设及前期科研工作大会战，取得了一定的成果，解决了一些施工中存在的问题，但同时也留给我们许多思考和教训。 由于历史的局限，当时铁路科研工作采用大会战的形式，提出“边施工、边设计、边科研”等口号，使科研工作远远滞后。在科研准备不 足的情况下，进行施工建设，严重地影响了工程质量、进度和效益，造 成重大经济损失，付出了巨大的人员伤亡代价，给我们留下的教训是深 刻的。因此，在青藏铁路二期及滇藏
27、铁路工程即将上马之时，有必要回顾青藏铁路一期工程的科研工作，转变方式，加大前期科研工作的力度， 研制、改造、选择适应高原施工的机电装备。尤其是青藏铁路二期工程 建设的自然条件较一期更为严酷，所处地区海拔高、人烟稀少，必须依 靠机械化施工。机械设备的高原适应性问题将更为突出，科研准备工作 更显重要。3青藏、滇藏铁路沿线基本情况青藏铁路是我国铁路网的重要组成部分，全长1925km。一期工程由青海省西宁出发，越日月山，沿祁连山西行到达西部重镇格尔木市，已于80年代建成营运。二期工程起点是格尔木市，经昆仑山、可可西里山、风火山、唐古拉山及念青唐古拉山等山脉，途经西大滩、五道梁、风火 山、托托河、温泉、
28、安多、那曲、当雄、羊八井，终点为西藏自治区首 府拉萨市，长约1100km，此段铁路将纵贯高原腹地，沿线气候条件严酷，海拔高度均在4000米以上，预算投资约150亿元，计划7年完成。 滇藏铁路起点为云南省大理，途经丽江、边塘、昌都、波密、林芝，终点为西藏自治区首府拉萨市，全长2000km，平均海拔高度3000米以上，预算投资560亿元，计划10年完成。滇藏铁路桥涵隧道多，投资大，工期长，工程量大，对施工机械要求品种多、质量高。4高原环境对施工机械的影响 随海拔升高，大气压下降，空气密度、含氧量相应降低；平均气温低，昼夜温差大，年低温期长；有大面积的长年冻土带；气候干燥，降水量少，蒸发量大，紫外线
29、辐射强，风沙大；条件十分艰苦，对道路施 工用机电设备造成了极大的影响。由于高原特殊环境的影响，使得工程 机械及其电器、仪表、材料性能下降，直接影响到整机的使用效率、可靠性、耐久性和经济性，甚至许多普通机械装备根本无法进行正常工作。4.1对以内燃机为动力的工程机械的影响 随海拔升高大气压下降，空气密度减小，空气中的含氧量随之减少，对以内燃机为动力的机械影响十分突出。对自然吸气的内燃机，由于过量空气系数减少，燃烧恶化，功率、扭矩相应下降，排温、比油耗、烟 度值增高，机械作业效率下降、油耗高。试验表明，海拔每升高1000米， 内燃机的功率、扭矩下降8%13，油耗上升6%9，热强度增加2%5，从 而使
30、内燃机的动力性、经济性大幅下降。在建设黄河上游龙羊峡水电站时，工程机械、运输机械的功率损失达31，ZL40装载机只能在海拔2800米的工地勉强工 作，而在海拔3000米的工地作业时，铲斗举升能力下降一半，作业效率大大降低，无法正常使用；格尔木地区驻军某管线团使用的6135-64kW柴油发电机组，由于“高原反应”，供电不足；武警103部队装备的D8012日本产推土机在海拔较低 的新疆地区使用性能满意，而用于唐古拉山修路时，空车运行都感吃力；铁路CX-80机车在西宁地区能牵引3节50吨的货车，到锡铁山只能勉强牵引2节50 吨的 货车。因此，高原环境对内燃机动力性能的影响十分严重。4.2对起动性能的
31、影响 由于高原地区气压低，含氧量减少，气温低，昼夜温差大，寒冷冬季长，使内燃机的压缩压力和温度随海拔升高而降低。试验结果显示：海拔平均每升高1000米，内燃机压缩压力降低17，温度下降23，原机最低极限起动温度提高2左右。同时，辅助装置在高原使用时，凡 涉及到在高原点火、燃烧、耗氧性能等均存在不同程度的不适应性，有些在海拔3000米以上就无法使用。4.3对各类机械用材料的影响 高原低温、低气压及紫外线辐射强，对各类机械用材料也造成影响。橡胶密封材料容易老化、脆裂、磨损，可靠性下降；金属材料存在着严重的低温冷脆问题，从而影响到工程施工机械的正常施工。在龙羊峡水电站施工时，使用较多的装载机工作油缸
32、活塞杆和油缸连杆头经常断裂，传动轴工作不超过500小时就发生断裂；WY100挖掘机在额定工作压力以下工作时，12台班高压油管就发生爆裂。4.4对通用机械的影响 高原环境不仅对工程机械造成极大影响，并且对通用机械，如压缩机、风机、锅炉等也造成了影响。由于高原气压低，空气密度小，海拔 高度每升高1000米，压缩机容积排气量减少2%3、重量排气量减少11%12，且排气温度升高，性能下降；对于风机，重量流量减少，机械 出力不够，风压、风量不足，效率下降；高原气压低、空气稀薄等因素造成锅炉进风不足，燃烧不良，加之炉膛内热辐射、热传导的影响，致使蒸发量和热效率明显下降，即使在海拔2000米的西宁地区运行蒸
33、发量 只能达到额定值的70左右，有的甚至只能达到50，热效率一般低于 60，有的只能达到50，而且海拔越高，蒸发量和热效率下降得越多。 高原特殊环境极大地影响到工程施工的质量、效率、经济性和高原经济的发展，造成巨大的损失。因此，解决工程施工机械高原适应性问题，对青藏铁路、滇藏铁路和其它高原铁路的建设至关重要。5高原环境适应性技术发展现状 70年代初，由于青藏铁路动工建设，许多机电产品对高原低温环境不适应，产生了多种问题。为摸清这一规律，改进高原机电产品的性能，国家组建了一批科研院所，对青藏铁路建设中工程施工机械的高原特殊环境适应性问题开展了大量的试验研究，取得了许多原始数据资料，对高原特殊环境
34、对机电产品的特殊要求有了进一步的认识，也积累了一定的工作经验。 在此基础上，科研人员对高原特殊环境及其对工程机械和其它机电产品的影响进行了多年持续深入的研究。通过对工程机械用柴油机在不同海拔高度进行了试验研究，摸清了高原环境对工程机械动力性能影响规律；通过对柴油机冷却系统在高原冷却效果的研究和柴油机空滤器的研究，摸清了柴油机散热性能及热负荷随海拔高度变化的规律；通过对柴油机在不同海拔高度、不同环境温度的起动试验，摸清了低温低气压 综合因素对工程机械起动性能的影响规律。这些研究成果为研制在高原 特殊环境下正常使用的工程机械及关键零部件技术攻关积累了资料，提 供了依据。在掌握规律的基础上，将部分研
35、究成果运用于产业，先后研制出一些适应高原环境的改进部件和附加装置。采用了增压中冷技术的工程施工机械在高原使用时可达到原机出厂时的各项指标。功率得以恢复，热负荷也相应降低，供油率和燃油消耗状况等经济指标也有了较大的改善。而采用了低温起动辅助措施的工程机械较好地解决了高原低温 起动问题。经过改造的冷却系统、散热系统，使工程机械用内燃机冷却系统散热能力有明显改善。同时也开发研制了高原轮式装载机、高原轮 式推土机等高原型工程施工机械装备，多数用于国防工程建设和改善工 程兵装备，提高了国防保障能力，得到军方好评，取得了良好的社会效益。 在高原环境适应性研究开发中，西宁高原工程机械研究所作为工程机械高原低
36、温环境技术研究的归口单位，做了大量的工作。 通过研究开发，基本掌握了工程机械高原性能恢复成套技术和其它机电产品高原环境适应性技术，基本建立了机电产品高原环境适应性理 论体系，较大地推动了高原工程机械整机技术水平的发展。但是高原型工程机械还存在品种单一、规模较小及标准化、系列化、通用化程度较 差等问题，检测和试验手段还较落后，无法适应高原地区重点工程和经济建设的需要，高原型工程机械产品的开发生产远远落后于高原地区经济的发展。6青藏铁路二期工程及滇藏铁路建设科研必须先行 1994年，中共中央8 号文件提出“抓紧做好进藏铁路建设的论证和 勘查工作”，将进藏铁路工程建设提到了议事日程。目前，铁道部第一
37、、第二勘察设计院等有关单位正抓紧进行青藏铁路二期工程和滇藏铁路建 设的前期工作。因此，科研工作必须先行，以期在开展正式设计、施工、营运之前，取得成果，用以指导各项工作，达到少走弯路、减少损失、加快进度和高效营运的目的。 进藏铁路，不论是青藏铁路还是滇藏铁路，均在高原地区修筑，尤其是青藏铁路二期工程纵贯高原腹地，平均海拔4500米以上，建设条件较一期工程更为严酷，因此，必须使用适应高原特殊环境的施工机械，否则工程将无法顺利进行。为了保护环境，高原铁路建设必须摒弃青藏铁路一期工程路基建设时就近取土对环境破坏的做法，而采取远距离固定取土的方法，土方采 运量很大，必须采用大型机械化施工，且国内外尚无定
38、型完善、配套齐全的高原型大型施工机械。因此，必须研制配套齐全的高原型大型施工 机械，以满足施工的需要。铁路将穿越大量的高原无人区，线路站点的保障设施必须加强，必须建立各站点的发供电装置。因此，根据铁路运行的要求，每站点应有柴油发电机组，研制可靠的高原型柴油发电机组是线路运营的基本条件。 不仅线路施工需要采用机械化，线路营运后的养护、巡道和维修也必须实现机械化。因此，必须研制适合高原特点、具有较高可靠性的道 路养护、维修机械，以达到尽量减少维修养护机构和减轻劳动强度的目的。这同样也是保证铁路可靠、安全运营的基本条件。 在高原铁路施工建设中，不可避免要使用一些进口机械产品。尽管国外机械产品的质量和
39、性能较国产机械产品有一定的优势，但仍存在着高原不适应的问题。龙羊峡水电站建设及青藏公路改进施工时，曾使用过一些进口机械，在使用中无法达到生产企业承诺的性能，既影响工程施工的质量和进度，又不利于正常商贸活动，造成了不必要的损失。因此，必须尽快研究制定机械产品高原性能、检测方法等标准或规范，并以此为依据，对进入高原并在高原使用的机械产品，包括进口的机械产 品进行质量监督、检测，以便规范机械产品高原市场，减少工程建设的损失，维护国家利益，加快企业技术进步，促进高原地区经济发展；同时，也是高原铁路施工建设得以顺利进行的保证。 因此，高原铁路工程建设，科研必须先行。应针对高原铁路工程建设中存在的问题尽快
40、首先开展以下几方面的科研工作： 1.针对高原地区的特殊环境条件，从提高铁路建设和营运后的站线保障能力出发，应开展内燃机高原适应性研究，解决高原功率恢复问题，研制出高水平的高原型内燃机组及高原型柴油发电机组，装备铁路施工 单位和营运后各站点，从而提高保障能力。 2.满足高原铁路施工的需要，提高工程质量和缩短施工周期，尽可能降低工程费用和工程风险，应开展工程机械高原适应性研究，解决功 率下降、低温起动、液压系统性能降低、材料劣化等问题并改善机械驾 驶条件，应研制高原型推土机、高原型装载机、高原型挖掘机、高原型 钻孔机和高原型碾压机等高原型成套施工机械。 3.提高工程所需土石方的运输效率，更好地保护
41、环境，应开展大型运输车辆高原适应性研究，研制1535吨高原型载重汽车，以适应高原 铁路建设的需要。 4.在高原特殊环境条件下，提高铁路营运的可靠性，确保青藏铁路 成为名副其实的钢铁运输线，应开展适合高原环境特点的道路养护、维 修机械试验研究，实现高原铁路养护、维修机械化。 5.为保证高原铁路建设工程顺利进行和今后高原地区经济发展，应尽快制定高原机械产品性能、质量、检测及使用的标准、规范体系，建立相应的监督、检测机构，健全法规、减少损失、规范市场，促进高原铁路工程建设和高原地区国民经济的发展，为下世纪国民经济实现可持 续发展打下良好的基础。 高原铁路建设遇到的问题及需要开展的科研项目，涉及面很广
42、，许 多方面已超出了铁路范畴。70年代青藏铁路建设时，曾由国务院出面组织领导小组，开展科研工作大会战。今天，随着改革开放的深入，各企事业单位的体制、职能已经或即将发生重大变化。但是，高原铁路建 设一定要吸取青藏铁路一期工程建设的经验教训，应尽早开展科研工作，对高原铁路建设中可能出现的问题，进行扎实有效的工作，在高原铁路建设正式施工前，取得成果，用于铁路施工建设。建议国家组织有关单 位进行攻关，尽快解决高原铁路建设中的问题。这些工作不但有利于高 原铁路建设和我国科学技术的发展，而且有利于青藏地区改革开放和经济发 展，有利于我国西部边疆国防建设。第一作者简介： 张庆军(1964-)，男，安徽省人，
43、现任经营科研处副处长，高级工程师。作者单位：西宁高原工程机械研究所， 青海西宁810006参考文献:1青藏铁路建设用机电产品研究、试验报告汇编 青海铁路机电产品科研协调组、西宁高原工程机械研究所， 1980.92高原工程机械试验研究论文集 西宁高工程机械研究所， 1992.93青藏铁路二期工程预可研报告 铁道部一院文章编号：摘要介绍了所研制开发的燃油暖风机样机的结构及工作原理，建立了本样机热力系统的传热网络图，叙述了热力系统传热计算方法，利用自行编制的传热计算软件的计算结果，对影响燃油暖风机热力性能的各因素进行了较详细的机理分析，获得了各因素对本机组热力性能的影响规律，为本机组今后的结构优化、
44、环境适应性能提高及经济合理运行提供设计、运行参考。关键词燃油暖风机 换热网络 热力性能 影响因素 机理分析本文所讨论的燃油暖风机样机，是一种自行研制开发的用于部队野营帐篷冬季供暖的取暖装置。由于部队使用的一些特点，要求该装置有较好的机动性、野外环境的适应性等，因而有必要了解样机的热力性能状况，尤其应掌握各因素对机组性能的影响规律，为改进样机，减小体积及重量，提高环境的适应能力及经济合理运行等，提供设计及运行参考。一、燃油暖风机结构该燃油暖风机样机本体结构见图1所示。它主要由四部分组成：供油燃烧系统；送风换热系统；控制系统；壳体及附件。供油燃烧系统用于供油、燃烧及产生热量；送风换热系统用于将冷空
45、气变热，并将热风送入帐篷；控制系统用于控制、保护机器的正常运行；壳体及附件用于保温、防护及支撑等。图1 燃油暖风机结构示意图二、燃油暖风机热力系统计算1、暖风机换热系统的结果如图2所示。对于受热的空气侧，送风机出口的冷空气分三路并联进入三个换热通道（环形通道、换热管、外壳空间）被加热，加热后各通道出口的热空气先混合再由本体左上侧出风口进入送风管；对于放热的烟气侧，炉膛中的高温烟气放热后，再由本体左下侧的两根排烟短管进入换热管外的换热管空间进行散热，最后流经烟囱排入大气。图2 暖风机换热系统的结构示意图2、系统传热网络图空气侧与烟气侧的传热原理，可以用如图3所示的系统传热网络图加以说明。图3系统传热网络图图中各符号中，T表示绝对温度，Q表示换热量，其各下脚标意义如下分析所指。由系统换热网络图可见，炉膛内火焰（Thy）通过辐射换热（Qfl）和对