出口某國內(nèi)燃機車散熱器的研制

蔡忠全 馬明 景旭 楊添植

摘 要

本文闡述了出口某國內(nèi)燃機車?yán)鋮s系統(tǒng)的工作原理和機車新型散熱器的研制過程。該新型散熱器采用整塊式結(jié)構(gòu)，簡統(tǒng)化設(shè)計，水平置頂式安裝方式，不同于國內(nèi)機車V形鋼結(jié)構(gòu)加散熱單節(jié)的冷卻形式。

關(guān)鍵詞

內(nèi)燃機車;冷卻系統(tǒng);散熱器;整塊式;簡統(tǒng)化;研制

中圖分類號： U262 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 35

0 前言

某國鐵路改造項目是中國和某國兩國政府友好合作框架下最重要的項目，也是某國振興國家鐵路規(guī)劃的重點項目。中國中車股份有限公司專門為此改造項目研制出口某國內(nèi)燃機車，并由中國中車旗下多家機車公司共同承擔(dān)制造，發(fā)動機采用MTU16V4000R43型柴油機，最大功率2200kW，額定轉(zhuǎn)速1800rpm。本文所闡述的新型整塊式簡統(tǒng)化散熱器是大連通鐵熱動力股份有限公司針對出口某國內(nèi)燃機車?yán)鋮s水系統(tǒng)需求而設(shè)計開發(fā)和研制的。

1 出口某國內(nèi)燃機車?yán)鋮s系統(tǒng)原理

在內(nèi)燃機車正常行進中，柴油發(fā)動機等許多零部件在工作過程中會受熱，需要為此設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)對其進行冷卻，冷卻系統(tǒng)通常為封閉式加壓水循環(huán)系統(tǒng)，冷卻水將在高溫條件下運轉(zhuǎn)的柴油機及相關(guān)零部件，機油和增壓空氣積聚的熱量帶走，水溫升高，流經(jīng)散熱器芯體時，冷卻風(fēng)扇對散熱器芯體內(nèi)部已升溫的冷卻水進行強迫通風(fēng)冷卻，使冷卻水溫度降到合理溫度，之后冷卻水流回水泵，完成循環(huán)。通過冷卻水的連續(xù)循環(huán)，可以使這些部件在適當(dāng)?shù)臏囟确秶抡＿\轉(zhuǎn)，使柴油發(fā)動機提供平穩(wěn)可靠的輸出功率，并提高其耐久性和經(jīng)濟性，進而保證機車的正常運行。

出口某國內(nèi)燃機車的冷卻水系統(tǒng)分為高溫冷卻水系統(tǒng)和低溫冷卻水系統(tǒng)兩個循環(huán)系統(tǒng)。高溫冷卻水系統(tǒng)是柴油機冷卻水的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由高溫散熱器、風(fēng)扇、膨脹水箱、高溫冷卻水泵以及一些閥、管路、連接件等組成。高溫冷卻水系統(tǒng)的工作原理：在柴油機工作時，在高溫冷卻水泵的驅(qū)動下，冷卻水流入柴油機要冷卻的部件（如氣缸缸套水腔，氣缸蓋等），流出時帶走熱量并升溫，后經(jīng)管路流入高溫散熱器，在風(fēng)扇提供的冷空氣冷卻作用下，將熱量散發(fā)到空氣中，溫度下降，再經(jīng)管路流回到高溫冷卻水泵，完成循環(huán)。低溫冷卻水系統(tǒng)是為機油熱交換器及柴油機增壓空氣而設(shè)的冷卻水系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由空氣冷卻器（中冷器）、機油熱交換器、低溫散熱器、膨脹水箱、低溫冷卻水泵以及一些閥、管路、連接件等組成。低溫冷卻水系統(tǒng)的工作原理：在柴油機工作時，在低溫冷卻水泵的驅(qū)動下，冷卻水流入中冷器，與中冷器內(nèi)的增壓空氣進行熱交換，增壓空氣得到冷卻，冷卻水升溫并從中冷器流出，經(jīng)管路進入機油熱交換器，與機油進行熱交換，機油得到冷卻，冷卻水再次升溫并從機油熱交換器流出，然后流進低溫散熱器，在風(fēng)扇提供的冷空氣冷卻作用下，將熱量散發(fā)到空氣中，溫度下降，再經(jīng)管路流回到低溫冷卻水泵，完成循環(huán)。

2 出口某國內(nèi)燃機車散熱器性能參數(shù)要求

額定功率情況下，柴油發(fā)動機高、低溫水循環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)要求見表1。

3 新型整塊式散熱器結(jié)構(gòu)與簡統(tǒng)化設(shè)計

目前，國內(nèi)大部分內(nèi)燃機車?yán)鋮s系統(tǒng)一般采用V形鋼結(jié)構(gòu)加散熱單節(jié)組合的冷卻形式，通常散熱單節(jié)分兩排安裝在機車?yán)鋮s室鋼結(jié)構(gòu)上，并與水平面成一定角度呈V形布置。冷卻風(fēng)扇安裝在冷卻室鋼結(jié)構(gòu)的頂部或底部，通過風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，將冷空氣導(dǎo)向并穿過散熱器，進行強迫通風(fēng)冷卻。

出口某國內(nèi)燃機車與現(xiàn)有大部分車型不同，采用了整體大塊散熱器置頂安裝結(jié)構(gòu)，考慮柴油機采用雙水泵設(shè)計，高溫、低溫冷卻系統(tǒng)各自獨立冷卻的要求，最終選定的技術(shù)方案為高低溫散熱器分左右布置形式。采用新型整體大塊式散熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是取消了傳統(tǒng)散熱單節(jié)的角度安裝，并將因此浪費的空間全部轉(zhuǎn)化為散熱器的有效迎風(fēng)面積，使散熱器的散熱能力得以最大發(fā)揮。同時，去除了冷卻裝置集流箱，而是在散熱器中用水室取代其功能，也減少了原來散熱單節(jié)與集流箱間的阻力。散熱器兩側(cè)安裝有側(cè)護板，在散熱器上部安裝有分別用于高、低溫系統(tǒng)的排氣管線，在散熱器下部安裝有用于連接導(dǎo)風(fēng)筒的下部連接板，使冷空氣可以有效地傳遞到散熱器。由于散熱器采用水平置頂安裝方式，也為冷卻室其他設(shè)備預(yù)留出更多的布置空間。

從結(jié)構(gòu)上，新型散熱器主要由散熱器芯體（包括通水扁管，傳熱翅片和主片），水室，側(cè)護板，密封件，緊固件等零部件組成。散熱器芯體采用進口高頻焊接黃銅管，散熱片采用強化型銅翅片，以提高傳熱性能?？紤]到機車運行的嚴(yán)苛條件，通水管端部與主片之間采用先進的機械脹接技術(shù)，能夠更好的承受機械振動和熱應(yīng)力。

為了便于維保及檢修，某國業(yè)主要求機車的設(shè)計制造過程中應(yīng)盡可能對機車大部件進行簡統(tǒng)?？紤]到中國中車旗下多家機車公司機車設(shè)計方案的不同，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)安裝空間，位置，尺寸都有所不同，為滿足產(chǎn)品互換性，滿足用戶多樣性和個性化需求，散熱器產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，將產(chǎn)品設(shè)計成主體和附件兩大模塊，其中主體設(shè)計保證散熱器散熱性能滿足多家客戶的需要;附件設(shè)計充分考慮了安裝位置，管線接口，下部連接板，易于裝卸等因素，將用戶的多樣性需求以及復(fù)雜繁多的零部件整合成幾種安裝模塊;使主體模塊和附件模塊可以自由組合搭配，契合冷卻室的安裝。散熱器的簡統(tǒng)成果是明顯的，給用戶帶來了維護及檢修上的便利，也使我公司散熱器產(chǎn)品以最優(yōu)性能得以應(yīng)用。

4 散熱器型式試驗

與該新型散熱器芯體結(jié)構(gòu)相同的模型樣件，已在中鐵檢驗認(rèn)證（大連）機車檢驗站有限公司進行了傳熱性能，空氣阻力特性試驗，樣件按機車常規(guī)散熱單節(jié)外形尺寸選取和設(shè)計;測試方法執(zhí)行TB/T1160-2013《內(nèi)燃機車用散熱器》的規(guī)定;試驗結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和客戶要求。

5 結(jié)論

2016年3月至4月，出口某國內(nèi)燃機車散熱器通過了中國中車集團旗下多家機車公司的首件評審認(rèn)定工作;5月至8月，在中車戚墅堰機車有限公司完成了裝車運行試驗，并批量裝車運用。截止目前，裝載本散熱器的機車已經(jīng)馳騁在某國高原，運用狀況良好，產(chǎn)品的可靠性，安全性以及可維護性得到客戶的高度認(rèn)可。

參考文獻

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[3]江太宏，等.《內(nèi)燃機車產(chǎn)品簡統(tǒng)化設(shè)計的研究》.中車資陽機車有限公司.