淺析恒溫柜（Chiller）在探傷車檢測中的作用和改進(jìn)措施

王旭 朱永輝 王琦

【摘 要】隨著探傷車檢測速度的提高，輪式超聲探頭內(nèi)部部件換能器、擋聲板等與耦合介質(zhì)摩擦愈加劇烈，內(nèi)部溫升更加顯著，直接影響了系統(tǒng)的檢測質(zhì)量，造成電氣噪聲增大；耦合介質(zhì)聲學(xué)性能改變，為解決這些問題保證檢測效果增加恒溫柜（Chiller）輸出恒溫介質(zhì)通過輪探頭內(nèi)部裝置的熱交換器，使得輪探頭內(nèi)部溫度基本穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】輪探頭 超聲波 恒溫系統(tǒng)

1探傷車作用、發(fā)展概況

鋼軌探傷車是利用超聲波原理通過輪式超聲波傳感器，在不影響鋼軌使用性能的前提下，在較高速度運(yùn)行過程中同步檢測出車下鋼軌內(nèi)部存在的不均勻區(qū)域和裂紋等傷損。采用鋼軌探傷車能夠提高探傷檢測速度和傷損檢出率，降低錯、漏檢率，改善探傷工作人員工作條件，降低勞動強(qiáng)度，提高工作效率。

隨著全國鐵路提速進(jìn)程的加快和深入，以及高速鐵路的開通，鋼軌探傷車的檢測速度也在逐步提高，由原來的40km/h發(fā)展到60km/h，直到現(xiàn)在投入使用的附帶軌廓系統(tǒng)和巡檢系統(tǒng)檢測的新型探傷車，檢測速度達(dá)到了80km/h。

2恒溫柜（Chiller）在探傷車檢測中的作用

在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，隨著檢測速度的提高，輪式超聲探頭內(nèi)部部件換能器、擋聲板等與耦合介質(zhì)摩擦愈加劇烈，內(nèi)部溫升更加顯著，直接給整個檢測系統(tǒng)造成了電氣噪聲增大等一系列問題；伴隨著耦合介質(zhì)聲學(xué)性能改變，影響聲束傳輸；外膜軟化，強(qiáng)度下降，下壓量變化，超聲聲程改變，影響檢測結(jié)果；內(nèi)部液體的離心力會導(dǎo)致其變形乃至爆裂；降低換能器性能，同時導(dǎo)致其使用壽命急劇縮短甚至直接損壞；影響密封效果，引起輪探頭滲漏損壞；嚴(yán)重影響檢測效果，可能造成設(shè)備故障。

為了降低輪式超聲探頭的溫度，Sperry公司在實(shí)際應(yīng)用過程中通過采取增大輪探頭直徑至9英寸降低角速度、增加液體量等措施來減少摩擦溫升，但溫度控制的效果并不理想。

另外在低溫狀態(tài)下外膜材質(zhì)變硬變脆，為了保證探輪與鋼軌的耦合效果施以較大下壓力時，會導(dǎo)致探輪輪膜發(fā)生脆裂；檢測運(yùn)行過程中，輪探頭內(nèi)部溫度升高，外膜材料又會變軟，下壓壓力又要隨之調(diào)整，實(shí)際操作中諸多不便。

認(rèn)識到這些問題以后，Sperry公司在其1900系統(tǒng)中添加了恒溫系統(tǒng)，以期解決上述問題。車上恒溫柜（Chiller）輸出恒溫介質(zhì)，通過輪探頭內(nèi)部裝置的熱交換器，使得輪探頭內(nèi)部溫度基本穩(wěn)定。恒溫系統(tǒng)原理見圖一。

圖一

該系統(tǒng)的應(yīng)用比較完美地解決了60Km/h檢測速度下的探輪溫升問題。但是隨著GTC-80型鋼軌探傷車檢測速度的進(jìn)一步提高，輪探頭發(fā)熱量顯著增加，對此Sperry公司新車型的恒溫柜大幅提升了壓縮機(jī)功率，增加制冷能力。這帶來了新的問題：恒溫柜自身的散熱問題

3恒溫柜散熱不好造成的問題

過高的內(nèi)部溫度會使恒溫柜自身保護(hù)電路啟動，恒溫系統(tǒng)停止工作，使得整個檢測系統(tǒng)無法運(yùn)行，在實(shí)際工作過程中時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了檢測設(shè)備安全運(yùn)行。實(shí)測壓縮機(jī)工作溫度超過60℃，接近保護(hù)臨界值，水泵外殼溫度可達(dá)80℃以上。

恒溫系統(tǒng)工作效率降低，達(dá)不到設(shè)計要求，無法保證檢測系統(tǒng)正常工作；

壓縮機(jī)持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)影響壽命。

4分析原因

分析恒溫柜內(nèi)部風(fēng)路設(shè)計，覺得其傾向于維持機(jī)柜內(nèi)較高溫度，可能是該公司位于美國北部，常年處于低溫環(huán)境，對高溫環(huán)境的考量不足。

車上放置恒溫柜的房間空間過于狹窄，熱容量太小應(yīng)該是主要原因之一，而最重要的原因是該房間空調(diào)器的制冷功率嚴(yán)重不足。查空調(diào)參數(shù)可知其額定輸入功率為1430W，據(jù)相關(guān)資料，氣溫40℃時空調(diào)的制冷效率約為2，此時其制冷量約為2.9kW。較早使用的恒溫柜壓縮機(jī)的制冷量為10000BTU，換算成公制單位為2.93kW，與高氣溫下空調(diào)器的制冷量基本相符，這就是早期的恒溫柜高氣溫環(huán)境下雖然不能有效控制探輪溫度，但自身沒有出現(xiàn)問題的原因。新版的恒溫柜壓縮機(jī)制冷量為15000BTU，主機(jī)廠沒有相應(yīng)提高空調(diào)器制冷量與之相配，而是沿用了原先的型號，才導(dǎo)致了前述現(xiàn)象。

電源頻率帶來的問題，中美兩國市電電源標(biāo)準(zhǔn)是不同的，恒溫柜內(nèi)壓縮機(jī)、循環(huán)泵均專為美國60Hz電源頻率設(shè)計，用于中國50Hz電源環(huán)境時，雖然能夠工作，但是由于感抗的下降，工作效率降低，自身溫升高。

5建議改進(jìn)措施

（1）柜內(nèi)部件密集，流動不暢，風(fēng)壓損失較大，在機(jī)柜外殼后部、上部添加排風(fēng)扇加強(qiáng)排風(fēng)；（2）冷凝器前增加風(fēng)機(jī)加大進(jìn)風(fēng)壓力；（3）改善室內(nèi)環(huán)境，在門窗上添加風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)室內(nèi)外空氣交換，增大空調(diào)功率，降低恒溫柜外部溫度；（4）將冷凝器移至車下，熱空氣直接排至車外大氣；（5）換50Hz高效壓縮機(jī)，提高制冷效率，降低自身發(fā)熱量；（6）更換大功率空調(diào)器。

這樣能更好的改善恒溫柜（Chiller）使用效果，提高設(shè)備使用率，降低材料損耗和勞動強(qiáng)度，保證檢測質(zhì)量，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

作者簡介：王旭（1965年4月），男，山東濟(jì)南人，學(xué)歷：青島理工大學(xué)05級計算機(jī)與技術(shù)專業(yè)，研究方向：鋼軌傷損發(fā)展規(guī)律；朱永輝（1974年4月），男，山東濟(jì)南人，學(xué)歷：北京交通大學(xué)05級電氣工程及其自動化專業(yè)，研究方向：鐵道工務(wù)檢測方向；王琪 （1981年6月），男，山東泰安人，學(xué)歷：蘭州交通大學(xué)05級計算機(jī)與科學(xué)專業(yè)，研究方向：鐵道工務(wù)檢測方向。