六軸雙源制電力調(diào)車機(jī)車通風(fēng)系統(tǒng)

1 調(diào)車機(jī)車通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)冷卻系統(tǒng)是電力機(jī)車重要的輔助系統(tǒng)，作用是對(duì)機(jī)車上需要進(jìn)行通風(fēng)冷卻的發(fā)熱電氣部件和機(jī)械間進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，以保證其正常工作和運(yùn)行。雙源制調(diào)車機(jī)車通風(fēng)系統(tǒng)采用獨(dú)立通風(fēng)方式。

靖神雙源制調(diào)車機(jī)車上需要進(jìn)行通風(fēng)冷卻的主要部件有牽引電機(jī)、油水散熱器（牽引變壓器油散熱器和牽引變流器的純水/防凍劑混合液散熱器）、輔助變壓器、壓縮機(jī)等。通風(fēng)系統(tǒng)支路主要包括牽引電機(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、機(jī)械間通風(fēng)支路、空調(diào)通風(fēng)支路。通風(fēng)系統(tǒng)示意圖見圖1。

1.1 通風(fēng)口說(shuō)明

①牽引電機(jī)通風(fēng)支路進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在車體側(cè)墻上、輔助變壓器柜通風(fēng)支路的進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在車體側(cè)墻上的斜面處。牽引電機(jī)通風(fēng)支路進(jìn)風(fēng)口處安裝有2個(gè)進(jìn)風(fēng)口百葉窗，輔助變壓器柜通風(fēng)支路進(jìn)風(fēng)口處安裝有4個(gè)進(jìn)風(fēng)口百葉窗。百葉窗為慣性過(guò)濾器，可以過(guò)濾掉空氣中的大部分粉塵、雨、雪等雜物。牽引風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口百葉窗結(jié)構(gòu)見圖2，輔助變壓器柜進(jìn)風(fēng)口百葉窗結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2 牽引風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口百葉窗

圖3 輔助變壓器柜進(jìn)風(fēng)口百葉窗

②機(jī)械間有3個(gè)排風(fēng)口，排風(fēng)口位置見圖1。機(jī)械間排風(fēng)口設(shè)計(jì)在車體側(cè)墻上的斜面處。百葉窗的通風(fēng)量與機(jī)車壓縮機(jī)的工作狀態(tài)有關(guān)。

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

③冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在車體頂蓋上，與冷卻塔的位置相對(duì)應(yīng)。進(jìn)風(fēng)口處安裝有不銹鋼編織網(wǎng)板壓型的過(guò)濾網(wǎng)，可以有效防止空氣中的樹葉等物體進(jìn)入冷卻塔內(nèi)。冷卻塔過(guò)濾網(wǎng)見圖4。

圖4 冷卻塔過(guò)濾網(wǎng)

1.2 牽引電機(jī)通風(fēng)支路

牽引電機(jī)通風(fēng)支路的作用是冷卻牽引電機(jī)。每臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)三臺(tái)牽引電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，一臺(tái)調(diào)車機(jī)車車共有2個(gè)牽引電機(jī)通風(fēng)支路。環(huán)境冷風(fēng)經(jīng)側(cè)墻百葉窗過(guò)濾，牽引風(fēng)機(jī)增壓，牽引風(fēng)道分配后通過(guò)軟風(fēng)道從牽引電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端的風(fēng)口進(jìn)入，冷卻牽引電機(jī)后從驅(qū)動(dòng)端的排風(fēng)口流出。牽引電機(jī)通風(fēng)支路示意圖見圖5。

圖5 牽引電機(jī)通風(fēng)支路

變流器為牽引風(fēng)機(jī)提供變頻、變壓電源。機(jī)車控制系統(tǒng)根據(jù)牽引電機(jī)的溫度、牽引變壓器油冷卻回路油溫和牽引變流器柜水冷卻回路水溫，自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，使風(fēng)量滿足于牽引電機(jī)的冷卻要求。

牽引風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 牽引風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

1.3 冷卻塔通風(fēng)支路

冷卻塔通風(fēng)支路的作用是冷卻牽引變流器水/防凍液散熱器和牽引變壓器的油散熱器組成的油水散熱器。在冷卻風(fēng)機(jī)的作用下，冷卻空氣通過(guò)車頂進(jìn)口處的過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入，從冷卻塔的頂部流向底部，經(jīng)過(guò)冷卻液/空氣－油/空氣雙回路熱交換器后，冷卻系統(tǒng)的熱量散發(fā)到環(huán)境空氣中。一臺(tái)調(diào)車機(jī)車有1個(gè)冷卻塔通風(fēng)支路，冷卻塔通風(fēng)支路示意圖見圖6。

圖6 冷卻塔通風(fēng)支路

一臺(tái)調(diào)車機(jī)車有1個(gè)冷卻塔，帶有膨脹水箱、副油箱和干燥器。冷卻塔設(shè)計(jì)為雙循環(huán)冷卻系統(tǒng)，牽引變壓器冷卻環(huán)路和牽引變流器的冷卻環(huán)路是分開的。冷卻塔有系列的管網(wǎng)聯(lián)接，并帶有電動(dòng)風(fēng)機(jī)。整體的油水散熱器由兩個(gè)隔開的流體回路組成，一個(gè)空氣隔離區(qū)貫穿整個(gè)散熱器，這種方法可防止泄漏時(shí)兩種冷卻劑的接觸。冷卻塔系統(tǒng)示意圖見圖7。

圖7 冷卻塔系統(tǒng)示意圖

變流器為冷卻塔風(fēng)機(jī)提供變頻、變壓電源。機(jī)車控制系統(tǒng)根據(jù)牽引變壓器油冷卻回路油溫和牽引變流器水冷卻回路水溫，自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，使風(fēng)量滿足于牽引變壓器與牽引變流器的冷卻要求。油泵與水泵保持恒定不變的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

冷卻塔風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 冷卻塔風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

1.4 輔助變壓器柜通風(fēng)支路

輔助變壓器柜通風(fēng)支路的作用是冷卻輔助變壓器和機(jī)械間，維持機(jī)械間正壓。調(diào)車機(jī)車有1個(gè)輔助變壓器柜通風(fēng)支路，輔助變壓器柜通風(fēng)支路示意圖見圖8。

圖8 輔助變壓器柜通風(fēng)支路

輔助變壓器柜體上部裝有1臺(tái)離心風(fēng)機(jī)，下部裝有1臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，柜體內(nèi)部裝有2臺(tái)輔助變壓器。電氣部件安裝在柜體內(nèi)部的端子盒中，輔助變壓器柜柜采用雙層通風(fēng)結(jié)構(gòu)。

輔助變壓器柜通風(fēng)支路由兩條通風(fēng)支路組成：機(jī)械間通風(fēng)支路和輔助變壓器通風(fēng)散熱支路，冷卻原理見圖8。

輔助變壓器通風(fēng)采用機(jī)械間內(nèi)循環(huán)，機(jī)械間內(nèi)空氣（約0.8m/s）由輔變風(fēng)機(jī)吸入，冷卻輔助變壓器后排到機(jī)械間。

調(diào)車機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)機(jī)械間通風(fēng)：冷空氣（約1.8m/s）從機(jī)車外部通過(guò)百葉窗過(guò)濾器由輔變柜風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)道，約1.65m/s的空氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器過(guò)濾后進(jìn)入機(jī)械間，約0.15m/s的空氣經(jīng)車體底架排灰口排出車外。

輔助變壓器柜風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 輔助變壓器柜風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

1.5 壓縮機(jī)通風(fēng)支路

壓縮機(jī)通風(fēng)支路的作用是冷卻壓縮機(jī)散熱器，一臺(tái)調(diào)車機(jī)車有2個(gè)壓縮機(jī)通風(fēng)支路。壓縮機(jī)散熱風(fēng)扇從機(jī)械間吸入冷空氣，冷卻壓縮機(jī)散熱器后通過(guò)壓縮機(jī)風(fēng)道排至車外。壓縮機(jī)通風(fēng)支路示意圖見圖9。

圖9 壓縮機(jī)通風(fēng)支路

1.6 機(jī)械間通風(fēng)支路

機(jī)械間通風(fēng)支路的作用是用來(lái)冷卻機(jī)械間空氣溫度，并維持機(jī)械間正壓，見圖1。機(jī)械間正壓可以有效防止車外灰塵、雨雪等雜物進(jìn)入車內(nèi)。約1.65m/s的車外冷卻空氣通過(guò)輔助變壓器柜進(jìn)入機(jī)械間，吸收機(jī)械間熱量后，經(jīng)機(jī)械間排風(fēng)口和壓縮機(jī)散熱排風(fēng)口排出車外。機(jī)械間內(nèi)保持微正壓約50-150Pa。

1.7 過(guò)濾裝置

1.7.1 牽引電機(jī)通風(fēng)支路過(guò)濾

牽引通風(fēng)支路采用進(jìn)風(fēng)口百葉窗過(guò)濾（慣性過(guò)濾器）。百葉窗外形見圖10，內(nèi)部過(guò)濾結(jié)構(gòu)見圖11。

圖10 牽引風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口百葉窗

圖11 進(jìn)風(fēng)口百葉窗過(guò)濾結(jié)構(gòu)

1.7.2 冷卻塔通風(fēng)支路過(guò)濾

冷卻塔通風(fēng)支路采用半圓形17目不銹鋼絲過(guò)濾網(wǎng)，網(wǎng)格為1mm×1mm，見圖12。

圖12 冷卻塔過(guò)濾網(wǎng)

1.7.3 機(jī)械間通風(fēng)支路過(guò)濾

機(jī)械間通風(fēng)系統(tǒng)采用三級(jí)過(guò)濾除塵。一級(jí)過(guò)濾為百葉窗（慣性過(guò)濾器），二級(jí)過(guò)濾為破孔聚氨酯泡沫，三級(jí)過(guò)濾為旋風(fēng)除塵器。一級(jí)、二級(jí)過(guò)濾集成在百葉窗過(guò)濾器內(nèi)，過(guò)濾器采用鉸鏈結(jié)構(gòu)，朝外部打開后，過(guò)濾棉可以直接取出清洗或更換。百葉窗過(guò)濾器和旋風(fēng)除塵器具有自動(dòng)排灰功能，不需要定期清洗維護(hù)。百葉窗過(guò)濾器見圖13，旋風(fēng)除塵器見圖14。

圖13 百葉窗過(guò)濾器

圖14 旋風(fēng)除塵器

2 司機(jī)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)的作用是通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，使司機(jī)室達(dá)到合適的溫度,并通過(guò)過(guò)濾裝置，提高司機(jī)室的空氣潔凈度，改善司機(jī)室的環(huán)境，給司乘人員舒適的人工環(huán)境。

空調(diào)機(jī)組位于調(diào)車機(jī)車司機(jī)室車頂?？照{(diào)通風(fēng)支路有兩個(gè)獨(dú)立的空氣支路：空氣處理支路和壓縮冷凝支路，即通常所說(shuō)的室內(nèi)空氣循環(huán)和室外空氣循環(huán)?？照{(diào)通風(fēng)支路示意圖如圖15所示。

圖15 空調(diào)通風(fēng)支路示意圖

2.1 室內(nèi)空氣循環(huán)

空調(diào)送風(fēng)通過(guò)送風(fēng)口送入司機(jī)室，用來(lái)調(diào)節(jié)司機(jī)室內(nèi)溫度。為合理組織室內(nèi)空氣流動(dòng)，室內(nèi)送風(fēng)口采用分布式布置，均勻布置在前窗玻璃與操縱臺(tái)之間（正副司機(jī)側(cè)）以及司機(jī)室前端左右側(cè)梁處，送風(fēng)口均可開關(guān)?；仫L(fēng)口布置在司機(jī)室車頂。在空調(diào)機(jī)組的側(cè)面設(shè)有一個(gè)新風(fēng)進(jìn)口，室外新風(fēng)通過(guò)該進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入蒸發(fā)室。

2.2 室外空氣循環(huán)

室外空氣循環(huán)的空氣從機(jī)組側(cè)面進(jìn)入，首先經(jīng)過(guò)空調(diào)冷凝器，吸收冷凝器的熱量，然后進(jìn)入冷凝室，吸收壓縮機(jī)的熱量，再由冷凝風(fēng)機(jī)加壓后，從機(jī)組上部排出。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

3.1 一拖三牽引通風(fēng)系統(tǒng)

六軸雙源制調(diào)車機(jī)車使用了蓄電池作為動(dòng)力來(lái)源之一。為保證調(diào)車機(jī)車?yán)m(xù)航能力，蓄電池組需占用大量機(jī)械間空間。若牽引通風(fēng)系統(tǒng)沿用原六軸電力機(jī)車為每臺(tái)牽引電機(jī)配備一臺(tái)牽引通風(fēng)機(jī)，將占用大量機(jī)械間空間影響機(jī)車?yán)m(xù)航能力。因此，原六軸電力機(jī)車使用的一拖一式牽引通風(fēng)系統(tǒng)已不再適用于該車。為解決此問(wèn)題，本機(jī)車采用了一拖三式牽引通風(fēng)系統(tǒng)，每臺(tái)牽引風(fēng)機(jī)同時(shí)為三臺(tái)牽引電機(jī)提供冷卻風(fēng)量。這樣可以大大提高機(jī)車機(jī)械間的空間利用率，在滿足牽引電機(jī)冷卻風(fēng)量的前提下節(jié)省大量空間給其他設(shè)備。同時(shí)，經(jīng)過(guò)仿真優(yōu)化的風(fēng)道系統(tǒng)阻力較低，這降低了牽引通風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源的節(jié)約。

3.2 頂置空調(diào)系統(tǒng)

原機(jī)車空調(diào)系統(tǒng)成熟方案為空調(diào)機(jī)組位于機(jī)械間內(nèi)，通過(guò)風(fēng)道將新鮮空氣送入司機(jī)室。本項(xiàng)目為節(jié)省機(jī)械間空間，將空調(diào)機(jī)組改為了頂置式，并通過(guò)三段風(fēng)道將新鮮空氣送入司機(jī)室。風(fēng)道過(guò)長(zhǎng)會(huì)使得送風(fēng)阻力增大，影響送風(fēng)量。為了解決該問(wèn)題，空調(diào)機(jī)組首次引入了無(wú)蝸殼后向離心送風(fēng)機(jī)。這種風(fēng)機(jī)靜壓大，噪聲低，能在送風(fēng)阻力增大的情況下保證司機(jī)室的送風(fēng)量，同時(shí)將司機(jī)室噪聲維持在原有水準(zhǔn)，為司乘人員提供了舒適的工作環(huán)境。

4 結(jié)論

六軸雙源制電力調(diào)車機(jī)車通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，能在良好滿足各部件通風(fēng)冷卻要求與司乘人員舒適度的前提下充分節(jié)省機(jī)械間空間，提高機(jī)車的空間利用率，是一種值得推廣的設(shè)計(jì)理念。