淺談神華號(hào)交流電力機(jī)車(chē)?yán)鋮s塔通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

李玲

摘 要

結(jié)合神華號(hào)交流電力機(jī)車(chē)主冷卻塔通風(fēng)系統(tǒng)的功能及構(gòu)成，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用過(guò)程中對(duì)冷卻塔的工作原理及現(xiàn)場(chǎng)使用中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，查找出問(wèn)題所在原因，提出解決方案和措施，并對(duì)實(shí)施過(guò)程及應(yīng)用效果進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞

交流電力機(jī)車(chē);冷卻塔;復(fù)合散熱器;過(guò)濾裝置

中圖分類號(hào)： U264 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.036

0 引言

隨著朔黃鐵路運(yùn)能高速攀升，于2009年開(kāi)始規(guī)?；_(kāi)行組合萬(wàn)噸重載列車(chē)。自2013年起朔黃公司開(kāi)始采用國(guó)家能源集團(tuán)公司與中國(guó)中車(chē)共同研制的國(guó)產(chǎn)化神華號(hào)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)（以下簡(jiǎn)稱：神華號(hào)交流機(jī)車(chē)）。神華號(hào)交流機(jī)車(chē)以動(dòng)力單元為基礎(chǔ)，模塊化設(shè)計(jì)，單軸功率大、軸重大，牽引性能優(yōu)越，自投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，運(yùn)行情況良好，由于其牽引功率大、智能化程度高，較大的提升了運(yùn)輸能力，有效的緩解運(yùn)能不足的壓力，該車(chē)型現(xiàn)已成為國(guó)家能源集團(tuán)公司鐵路運(yùn)輸?shù)闹髁?chē)型。

神華號(hào)交流機(jī)車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了一系列重大優(yōu)化，由直流機(jī)車(chē)的車(chē)體通風(fēng)方式改為獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。由于受外界自然環(huán)境的影響，機(jī)車(chē)投入使用后在經(jīng)過(guò)第3個(gè)春夏季時(shí)發(fā)生多起主變壓器油溫和主變流器水溫過(guò)高等保護(hù)事件，造成機(jī)車(chē)功率限制甚至導(dǎo)致列車(chē)停在途中的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)其工作原理及結(jié)構(gòu)組成分析，查找出問(wèn)題的原因所在，并制定詳細(xì)措施進(jìn)行預(yù)防和處置。

1 神華號(hào)交流機(jī)車(chē)?yán)鋮s塔通風(fēng)系統(tǒng)

1.1 機(jī)車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)概況

機(jī)車(chē)分成兩節(jié)車(chē)廂，每節(jié)車(chē)廂內(nèi)均有一套相同且獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。其主要作用是對(duì)機(jī)車(chē)上需要進(jìn)行散熱的電氣設(shè)備（或其熱交換器）進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，使其工作溫度在許可范圍內(nèi)，從而保證機(jī)車(chē)的可靠工作。共有4個(gè)部件的通風(fēng)支路：牽引電機(jī)通風(fēng)支路、冷卻塔通風(fēng)支路、輔助變壓器柜通風(fēng)支路、壓縮機(jī)通風(fēng)支路。

1.2 冷卻塔通風(fēng)支路

（1）組成：復(fù)合散熱器、副油箱、主冷風(fēng)機(jī)、除濕器、水膨脹箱、冷卻水泵、布赫繼電器、金屬軟管等。

（2）工作原理：冷卻系統(tǒng)采用雙循環(huán)系統(tǒng)形式結(jié)構(gòu)，即由變壓器冷卻循環(huán)系統(tǒng)和主變流器冷卻循環(huán)系統(tǒng)組成。兩個(gè)環(huán)路的冷卻介質(zhì)流經(jīng)彼此隔離的散熱器通道，采用一個(gè)風(fēng)機(jī)、共用一個(gè)進(jìn)風(fēng)通道、機(jī)架及底座，對(duì)流經(jīng)散熱器的介質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。

（3）復(fù)合散熱器：在冷卻塔中熱交換的核心部件為復(fù)合散熱器。復(fù)合散熱器分上下兩層，即上層主變流器冷卻循環(huán)系統(tǒng)和下層變壓器冷卻循環(huán)系統(tǒng)。兩個(gè)環(huán)路的冷卻介質(zhì)流經(jīng)彼此隔離的散熱器通道，但是空氣通道是上下貫通的。

1.3 存在的問(wèn)題

神華號(hào)交流機(jī)車(chē)全車(chē)功率達(dá)到9600kW，整流逆變系統(tǒng)中的電源側(cè)采用四象限斬波整流器，電機(jī)側(cè)采用電壓型逆變器，在使用中會(huì)產(chǎn)生較大的熱量，同時(shí)主變壓器和逆變系統(tǒng)對(duì)其工作溫度要求又比較高。當(dāng)機(jī)車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)出現(xiàn)通風(fēng)不暢就會(huì)造成設(shè)備溫度過(guò)高，啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制致使機(jī)車(chē)功率的發(fā)揮受限或者封鎖功率輸出，最終造成列車(chē)不能正常運(yùn)行。交流機(jī)車(chē)在投入使用后經(jīng)過(guò)第3個(gè)春夏季來(lái)臨時(shí)部分機(jī)車(chē)開(kāi)始發(fā)生主變壓器油溫或者變流器水溫報(bào)警，并且故障發(fā)展趨勢(shì)過(guò)快，嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)輸秩序，并且造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。故障發(fā)生趨勢(shì)、故障延時(shí)、發(fā)生時(shí)間等具體情況如表1。

2 原因分析

機(jī)車(chē)入庫(kù)后，首先對(duì)機(jī)車(chē)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)故障機(jī)車(chē)的油溫和水溫較其他新購(gòu)機(jī)車(chē)工作溫度整體偏高10-15℃，隨后對(duì)故障機(jī)車(chē)?yán)鋮s塔下方的出風(fēng)口風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障機(jī)車(chē)的出風(fēng)口風(fēng)速較新購(gòu)機(jī)車(chē)的風(fēng)速下降達(dá)到60%以上，分析為冷卻塔風(fēng)速不夠造成的溫度過(guò)高保護(hù)。針對(duì)風(fēng)速不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)故障機(jī)車(chē)的冷卻塔拆解檢查發(fā)現(xiàn)復(fù)合散熱器上方覆蓋滿滿一層絮狀物質(zhì)和炭粉。

通過(guò)對(duì)絮狀物質(zhì)的成分分析主要為柳絮和楊絮，原因?yàn)樗伏S沿線自然環(huán)境中種植著大量的柳樹(shù)和楊樹(shù)，在春季這兩種樹(shù)都會(huì)生長(zhǎng)出大量的樹(shù)絮，由于車(chē)頂進(jìn)風(fēng)口防護(hù)網(wǎng)孔較大不具備攔截樹(shù)絮功能，當(dāng)樹(shù)絮被吸入冷卻塔后由于散熱器通風(fēng)孔比較細(xì)密造成樹(shù)絮被散熱器翅片攔住，結(jié)合發(fā)生故障的季節(jié)和月份特點(diǎn)分析朔黃線自東向西存在一定的季節(jié)差，在4-6月全線先是有柳絮再到楊絮持續(xù)3個(gè)月的不斷飄浮，加上北方春季雨水較少不能通過(guò)自然條件對(duì)散熱器進(jìn)行及時(shí)和經(jīng)常性的沖洗，造成長(zhǎng)期積累導(dǎo)致風(fēng)路堵塞。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 功能分析

機(jī)車(chē)在設(shè)計(jì)之初未能全面考慮到機(jī)車(chē)運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，沒(méi)有考慮細(xì)小物質(zhì)堵塞散熱器的問(wèn)題。因此，需要實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)散熱器翅片不被堵塞，可以通過(guò)對(duì)冷卻塔進(jìn)風(fēng)口及散熱器表面進(jìn)行防護(hù)，減少細(xì)小絮狀物質(zhì)進(jìn)入散熱器，防止散熱器堵塞。

3.2 系統(tǒng)方案

（1）針對(duì)既有機(jī)車(chē)?yán)鋮s塔進(jìn)風(fēng)口防護(hù)網(wǎng)網(wǎng)孔較大問(wèn)題，需要在保證冷卻塔通風(fēng)量不被衰弱的條件下在車(chē)頂既有濾網(wǎng)上加裝相應(yīng)的過(guò)濾裝置，進(jìn)行一次過(guò)濾從而減少細(xì)小物質(zhì)被吸入。

（2）針對(duì)散熱器翅片不便于經(jīng)常清洗且檢修周期較長(zhǎng)的問(wèn)題，采取的方案為在保證通風(fēng)量的條件下在散熱器上方也增加一組過(guò)濾裝置，進(jìn)行車(chē)頂過(guò)濾后的二次過(guò)濾，從而解決散熱器堵塞故障。

3.3 實(shí)施方案

（1）冷卻塔車(chē)頂過(guò)濾裝置

由2片1291mm*521mm*30mm的過(guò)濾網(wǎng)分別扣在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口側(cè)面，兩邊用固定螺絲進(jìn)行緊固。結(jié)構(gòu)圖及安裝圖（如圖1所示）。

技術(shù)參數(shù)：尺寸：1291mm*521mm*30mm;目數(shù)：18;材質(zhì)：304不銹鋼。

（2）散熱器上方過(guò)濾裝置

散熱器進(jìn)風(fēng)口空氣過(guò)濾網(wǎng)，由2片680*610mm的過(guò)濾網(wǎng)和2片610*310mm的過(guò)濾網(wǎng)和中間連接支架組成，直接放置在散熱器上部。結(jié)構(gòu)圖及安裝圖（如圖2所示）

技術(shù)參數(shù)：尺寸680mm*610mm，610mm*310mm;目數(shù)：18;材質(zhì)：304不銹鋼

（3）完善冷卻塔系統(tǒng)日常維護(hù)管理制度，主要是機(jī)車(chē)技術(shù)管理部門(mén)制定相關(guān)技術(shù)管理規(guī)范及相關(guān)技術(shù)作業(yè)要求，即每年4月1日至7月31日每五天清潔一次，其他時(shí)間每月清潔一次。

4 優(yōu)化效果

4.1 冷卻塔通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)

針對(duì)上述方案在冷卻塔車(chē)頂及散熱器上方均安裝了過(guò)濾裝置，對(duì)冷卻塔下出風(fēng)口進(jìn)行風(fēng)速測(cè)試，測(cè)得風(fēng)速比參數(shù)最低值為92.04%，符合散熱器風(fēng)速比不低于10%的要求，對(duì)比數(shù)據(jù)如表2所示。

4.2 機(jī)車(chē)故障件數(shù)

從2016年下半年開(kāi)始逐步推進(jìn)機(jī)車(chē)改造，機(jī)車(chē)故障途停件數(shù)明顯減少，并有效得到控制最終實(shí)現(xiàn)零故障，具體數(shù)據(jù)如圖3所示。

4.3 過(guò)濾裝置過(guò)濾絮狀物質(zhì)效果

1）冷卻塔車(chē)頂過(guò)濾效果

經(jīng)過(guò)3年春季機(jī)車(chē)運(yùn)行的冷卻塔車(chē)頂過(guò)濾裝置及散熱器上方過(guò)濾裝置的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤寫(xiě)實(shí)，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾裝置起到明顯過(guò)濾作用，如2019年5月13日，神華號(hào)8003機(jī)車(chē)運(yùn)行1600公里后入庫(kù)車(chē)頂濾網(wǎng)外側(cè)攔截絮狀物質(zhì)，如圖4所示。

2）散熱器過(guò)濾效果

在對(duì)機(jī)車(chē)?yán)鋮s塔過(guò)濾效果跟蹤寫(xiě)實(shí)的同時(shí)對(duì)散熱器狀態(tài)也進(jìn)行寫(xiě)實(shí)，在修程中發(fā)現(xiàn)散熱器翅片中間杜絕堵塞問(wèn)題，具體效果如圖5所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述的優(yōu)化，神華號(hào)交流機(jī)車(chē)?yán)鋮s塔系統(tǒng)因各種物質(zhì)導(dǎo)致散熱器堵塞造成冷卻系統(tǒng)通風(fēng)量不足致使機(jī)車(chē)過(guò)熱保護(hù)的問(wèn)題有效得到了治理，經(jīng)過(guò)3年的使用情況對(duì)比，目前基本杜絕了因?yàn)榧竟?jié)原因?qū)е碌臋C(jī)車(chē)散熱器堵塞問(wèn)題，為朔黃線重載運(yùn)輸提供了優(yōu)質(zhì)機(jī)車(chē)，有效保證了運(yùn)輸暢通，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供充足的能源。

參考文獻(xiàn)

[1] 溫中建，顏罡.和諧HXD1型大功率交流電力機(jī)車(chē)網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2007（1）.

[2]榮林.神華號(hào)八軸交流電力機(jī)車(chē)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.12.

[3]神華重載運(yùn)輸大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2015.12.