CKD8G型內(nèi)燃機車冷卻水系統(tǒng)設計

【摘 要】CKD8G型內(nèi)燃機車是為阿根廷國家鐵路開發(fā)研制的客、貨運內(nèi)燃機車，機車裝用MTU 16V4000R43柴油機，裝車功率2200kW，機車最大起動牽引力384 kN，最高運行速度120 km/h。介紹了CKD8G型內(nèi)燃機車冷卻水系統(tǒng)的原理組成和各主要部件的技術性能參數(shù)，采用了傳統(tǒng)散熱單節(jié)V形布置結(jié)構和整體鑄鋁冷卻風扇的設計。

【關鍵詞】內(nèi)燃機車 冷卻水系統(tǒng) 機械脹接式散熱器 整體鑄鋁冷卻風扇

一、前言

眾所周知，機車柴油機運轉(zhuǎn)時，在柴油機氣缸內(nèi)的燃燒溫度高達2000～2500℃。高溫燃氣和運動件摩擦生成的熱量，導致活塞﹑活塞環(huán)﹑汽缸套﹑汽缸蓋﹑和氣門等零件溫度升高，引起熱負荷增大，導致熱變形和熱應力的增加，使機械強度和耐磨性下降，破壞潤滑油膜的正常功能。若不給以科學合理的冷卻，會使柴油機受熱包容件造成過熱，致使柴油機的充氣系數(shù)下降，燃燒不正常，造成機油變質(zhì)和燒損，活塞環(huán)﹑活塞和缸套間的磨損加劇，使柴油機的動力性能﹑經(jīng)濟性，可靠性和耐久性均出現(xiàn)惡化。因此，科學而合理的冷卻，是不可缺少的。

機車冷卻水系統(tǒng)的作用是對柴油機工作在高溫條件下的零部件、機油及增壓空氣進行適當?shù)睦鋮s，使這些零部件工作在適當?shù)臏囟认?，使機油能保持正常工作粘度和性能，保證柴油機發(fā)出所要求的功率，提高柴油機的耐久可靠性。

根據(jù)柴油機所需冷卻的零部件、機油和增壓空氣的冷卻要求，機車冷卻水系統(tǒng)把冷卻柴油機缸套、汽缸蓋、增壓器及機油的冷卻水稱為一個冷卻水系統(tǒng)，即高溫冷卻水系統(tǒng)；冷卻增壓空氣的冷卻水系統(tǒng)稱為另一個冷卻水系統(tǒng)，即低溫冷卻水系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)設計原理

裝用了MTU16V4000R43型柴油機的CKD8G型內(nèi)燃機車冷卻水系統(tǒng)由一個高溫冷卻水系統(tǒng)和一個低溫冷卻水系統(tǒng)組成。其中柴油機高溫散熱量為1275KW，低溫散熱量為260KW。

CKD8G型內(nèi)燃機車冷卻水系統(tǒng)由6排管改進型機械脹接式散熱器（由高溫32組和低溫12組散熱單節(jié)組成）、兩個直徑1400mm整體鑄鋁軸流式冷卻風扇和膨脹水箱等主要部件組成。冷卻室鋼結(jié)構為V型結(jié)構，散熱單節(jié)布置在冷卻室鋼結(jié)構兩側(cè)，其余組成系統(tǒng)的部件安裝在鋼結(jié)構框架上。

冷卻水系統(tǒng)工作原理如圖1所示，柴油機起動后，系統(tǒng)中的高低溫冷卻水分別由柴油機高、低溫水泵驅(qū)動在各自水系統(tǒng)中循環(huán)。

高溫水經(jīng)過柴油機機油熱交換器、缸套、汽缸蓋及增壓器后，從柴油機高溫冷卻水出口流出，進入高溫散熱器，將柴油機產(chǎn)生的大量熱量傳給高溫散熱器（1275KW），由冷卻風扇吸風冷卻將熱量帶走，冷卻后的高溫水再進入柴油機高溫水泵，如此循環(huán)，保證了柴油機的正常工作溫度。

低溫水經(jīng)過柴油機中冷器，將增壓空氣的熱量吸收，然后經(jīng)過柴油機低溫冷卻水出口，進入低溫散熱器，將熱量傳給低溫散熱器，由冷卻風扇吸風冷卻將熱量帶走，冷卻后的低溫水再進入柴油機低溫水泵，如此循環(huán)。

車下設有上水管，為整個冷卻水系統(tǒng)補水，膨脹水箱下部設有補水管，分別為高低溫水系統(tǒng)補水，保證泵前正壓。散熱器的排氣管連到膨脹水箱，通過水箱壓力閥排出，保證冷卻水系統(tǒng)的封閉性。

1.柴油機、2.高溫水泵、3.低溫水泵、4.拉截塞門、5.高溫散熱器、6.低溫散熱器、7.油水熱交換器、8膨脹水箱

圖1 冷卻水系統(tǒng)工作示意圖

圖2為冷卻裝置的組成示意圖，散熱單節(jié)以V型排列在冷鋼兩側(cè)，冷卻風扇安裝在鋼結(jié)構的頂部，由靜液壓馬達驅(qū)動，采用吸風冷卻方式。膨脹水箱安裝固定在冷卻裝置靠近動力室側(cè)的外側(cè)，處于冷卻系統(tǒng)的最高位置。機車的冷卻裝置采用了模塊化設計思路，將冷卻裝置設計成一個獨立吊裝的整體，全部在車下生產(chǎn)組裝，然后整體固定在機車上。模塊化設計不僅優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，可以更好地保證模塊小單元的正確組裝，同時也簡化了組裝工序。

圖2 冷卻裝置示意圖

三、冷卻系統(tǒng)的主要部件及性能

（一）機械脹接式散熱器。CKD8G型內(nèi)燃機車冷卻水系統(tǒng)散熱器為6排管改進型機械脹接式散熱器（由高溫32組和低溫12組散熱單節(jié)組成）。傳統(tǒng)8排管散熱單節(jié)的內(nèi)部阻力較高，而且散熱單節(jié)通過聯(lián)接管的阻力也很高。根據(jù)MTU16V4000R43型柴油機的阻力要求，傳統(tǒng)8排管散熱單節(jié)不能滿足MTU柴油機要求。因此需要對傳統(tǒng)散熱單節(jié)進行優(yōu)化設計，將傳統(tǒng)8排管散熱單節(jié)改為6排管散熱單節(jié)，來達到降低散熱器水阻力的目的。減少散熱器行程，從而降低散熱器阻力的目的。改變散熱器聯(lián)接箱結(jié)構，增加聯(lián)接管截面積，來達到降低散熱器阻力的目的。經(jīng)過計算，高低溫均采用3個水流程，采用6排管改進型散熱單節(jié)，可以將高低溫水流速控制在0.75m/s，根據(jù)阻力與流速對照表，一個散熱單節(jié)阻力為0.1bar，3個流程阻力為0.3bar，加上管路阻力，可以基本滿足要求。

根據(jù)MTU16V4000R43型柴油機的熱量參數(shù)及水泵曲線，同時考慮到使用過程中散熱器上附著的灰塵會降低散熱效率等因素，在熱量計時留有10%的余量，利用對數(shù)溫差法進行冷卻計算。計算得出在環(huán)境溫度45℃時，高溫水系統(tǒng)需要32組6排管散熱單節(jié)，3個流程；低溫水系統(tǒng)需要12組6排管散熱單節(jié)，3個流程。

（二）冷卻風扇。根據(jù)CKD8G型機車冷卻系統(tǒng)設計的總體要求，以及散熱器的參數(shù)等情況，選用了2個直徑1400mm的整體鑄鋁冷卻風扇，安裝在冷卻室鋼結(jié)構的頂部，由靜液壓馬達驅(qū)動。冷卻風扇最高轉(zhuǎn)速：1350r/min ，風量Q=30m3/s ，風壓P=1576Pa。與以往的焊接式冷卻風扇相比，整體鑄鋁冷卻風扇具有更好的安全性和可靠性，可避免由于焊接質(zhì)量和焊接工藝等不良因素而造成的安全隱患，能更好地滿足機車冷卻系統(tǒng)的要求。

（三） 膨脹水箱。該型機車的膨脹水箱安裝在冷卻裝置靠近動力室端，處于系統(tǒng)的最高位置。其結(jié)構為不銹鋼板焊接箱體，安裝有壓力閥、液位計和液位開關，連通水箱的有放氣管、補水管、溢水管和加水口。膨脹水箱分為高溫和低溫兩個部分，中間采用鋼板隔開，鋼板底部開φ10孔，當一端缺水時，另一端可以及時為之補充。水箱上裝有相對壓力1MPa的壓力調(diào)節(jié)閥，形成加壓封閉式循環(huán)水系統(tǒng)，既使冷卻水循環(huán)保持一定正壓，又避免冷卻水汽化流失。當水箱內(nèi)壓力高于大氣壓力1MPa時，壓力閥開啟，使水箱內(nèi)壓力不致過高。膨脹水箱設有一個低水位報警裝置，當水箱水位過低時，報警裝置向機車微機發(fā)出報警信號，收到信號的微機控制柴油機緊急停機，司乘人員應立即檢查冷卻系統(tǒng)是否有漏泄。這種設計能夠避免柴油機因缺水導致水溫過高，能夠更好的保護柴油機。

四、結(jié)束語

通過以上介紹，說明了CKD8G型機車冷卻水系統(tǒng)的設計和部件的性能，能夠滿足MTU 16V4000R43柴油機的工作需要。上排水管路布局合理，方便用戶補水和排水。膨脹水箱的改進使高低溫水實現(xiàn)互補，壓力調(diào)節(jié)閥和低水位報警器的運用增強了膨脹水箱的功能性和可控性。

通過在水阻試驗過程中對CKD8G型機車的檢驗和在實際運用中的檢測，冷卻水系統(tǒng)的各部件均能正常工作，保證了柴油機的正常工作。

參考文獻：

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