【摘 要】CKD8G型內(nèi)燃機(jī)車(chē)是為阿根廷國(guó)家鐵路開(kāi)發(fā)研制的客、貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)裝用MTU 16V4000R43柴油機(jī)，裝車(chē)功率2200kW，機(jī)車(chē)最大起動(dòng)牽引力384 kN，最高運(yùn)行速度120 km/h。介紹了CKD8G型內(nèi)燃機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)的原理組成和各主要部件的技術(shù)性能參數(shù)，采用了傳統(tǒng)散熱單節(jié)V形布置結(jié)構(gòu)和整體鑄鋁冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】?jī)?nèi)燃機(jī)車(chē) 冷卻水系統(tǒng) 機(jī)械脹接式散熱器 整體鑄鋁冷卻風(fēng)扇

一、前言

眾所周知，機(jī)車(chē)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在柴油機(jī)氣缸內(nèi)的燃燒溫度高達(dá)2000～2500℃。高溫燃?xì)夂瓦\(yùn)動(dòng)件摩擦生成的熱量，導(dǎo)致活塞﹑活塞環(huán)﹑汽缸套﹑汽缸蓋﹑和氣門(mén)等零件溫度升高，引起熱負(fù)荷增大，導(dǎo)致熱變形和熱應(yīng)力的增加，使機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性下降，破壞潤(rùn)滑油膜的正常功能。若不給以科學(xué)合理的冷卻，會(huì)使柴油機(jī)受熱包容件造成過(guò)熱，致使柴油機(jī)的充氣系數(shù)下降，燃燒不正常，造成機(jī)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(jī)的動(dòng)力性能﹑經(jīng)濟(jì)性，可靠性和耐久性均出現(xiàn)惡化。因此，科學(xué)而合理的冷卻，是不可缺少的。

機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)的作用是對(duì)柴油機(jī)工作在高溫條件下的零部件、機(jī)油及增壓空氣進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，使這些零部件工作在適當(dāng)?shù)臏囟认?，使機(jī)油能保持正常工作粘度和性能，保證柴油機(jī)發(fā)出所要求的功率，提高柴油機(jī)的耐久可靠性。

根據(jù)柴油機(jī)所需冷卻的零部件、機(jī)油和增壓空氣的冷卻要求，機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)把冷卻柴油機(jī)缸套、汽缸蓋、增壓器及機(jī)油的冷卻水稱(chēng)為一個(gè)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(chēng)為另一個(gè)冷卻水系統(tǒng)，即低溫冷卻水系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

裝用了MTU16V4000R43型柴油機(jī)的CKD8G型內(nèi)燃機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)由一個(gè)高溫冷卻水系統(tǒng)和一個(gè)低溫冷卻水系統(tǒng)組成。其中柴油機(jī)高溫散熱量為1275KW，低溫散熱量為260KW。

CKD8G型內(nèi)燃機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)由6排管改進(jìn)型機(jī)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(gè)直徑1400mm整體鑄鋁軸流式冷卻風(fēng)扇和膨脹水箱等主要部件組成。冷卻室鋼結(jié)構(gòu)為V型結(jié)構(gòu)，散熱單節(jié)布置在冷卻室鋼結(jié)構(gòu)兩側(cè)，其余組成系統(tǒng)的部件安裝在鋼結(jié)構(gòu)框架上。

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

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

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

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

1.柴油機(jī)、2.高溫水泵、3.低溫水泵、4.拉截塞門(mén)、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(fēng)扇安裝在鋼結(jié)構(gòu)的頂部，由靜液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，采用吸風(fēng)冷卻方式。膨脹水箱安裝固定在冷卻裝置靠近動(dòng)力室側(cè)的外側(cè)，處于冷卻系統(tǒng)的最高位置。機(jī)車(chē)的冷卻裝置采用了模塊化設(shè)計(jì)思路，將冷卻裝置設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立吊裝的整體，全部在車(chē)下生產(chǎn)組裝，然后整體固定在機(jī)車(chē)上。模塊化設(shè)計(jì)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(shí)也簡(jiǎn)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(jī)械脹接式散熱器。CKD8G型內(nèi)燃機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)散熱器為6排管改進(jìn)型機(jī)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(guò)聯(lián)接管的阻力也很高。根據(jù)MTU16V4000R43型柴油機(jī)的阻力要求，傳統(tǒng)8排管散熱單節(jié)不能滿足MTU柴油機(jī)要求。因此需要對(duì)傳統(tǒng)散熱單節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)8排管散熱單節(jié)改為6排管散熱單節(jié)，來(lái)達(dá)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(gòu)，增加聯(lián)接管截面積，來(lái)達(dá)到降低散熱器阻力的目的。經(jīng)過(guò)計(jì)算，高低溫均采用3個(gè)水流程，采用6排管改進(jìn)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(duì)照表，一個(gè)散熱單節(jié)阻力為0.1bar，3個(gè)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(jī)的熱量參數(shù)及水泵曲線，同時(shí)考慮到使用過(guò)程中散熱器上附著的灰塵會(huì)降低散熱效率等因素，在熱量計(jì)時(shí)留有10%的余量，利用對(duì)數(shù)溫差法進(jìn)行冷卻計(jì)算。計(jì)算得出在環(huán)境溫度45℃時(shí)，高溫水系統(tǒng)需要32組6排管散熱單節(jié)，3個(gè)流程；低溫水系統(tǒng)需要12組6排管散熱單節(jié)，3個(gè)流程。

（二）冷卻風(fēng)扇。根據(jù)CKD8G型機(jī)車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求，以及散熱器的參數(shù)等情況，選用了2個(gè)直徑1400mm的整體鑄鋁冷卻風(fēng)扇，安裝在冷卻室鋼結(jié)構(gòu)的頂部，由靜液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。冷卻風(fēng)扇最高轉(zhuǎn)速：1350r/min ，風(fēng)量Q=30m3/s ，風(fēng)壓P=1576Pa。與以往的焊接式冷卻風(fēng)扇相比，整體鑄鋁冷卻風(fēng)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(jī)車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的要求。

（三） 膨脹水箱。該型機(jī)車(chē)的膨脹水箱安裝在冷卻裝置靠近動(dòng)力室端，處于系統(tǒng)的最高位置。其結(jié)構(gòu)為不銹鋼板焊接箱體，安裝有壓力閥、液位計(jì)和液位開(kāi)關(guān)，連通水箱的有放氣管、補(bǔ)水管、溢水管和加水口。膨脹水箱分為高溫和低溫兩個(gè)部分，中間采用鋼板隔開(kāi)，鋼板底部開(kāi)φ10孔，當(dāng)一端缺水時(shí)，另一端可以及時(shí)為之補(bǔ)充。水箱上裝有相對(duì)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(dāng)水箱內(nèi)壓力高于大氣壓力1MPa時(shí)，壓力閥開(kāi)啟，使水箱內(nèi)壓力不致過(guò)高。膨脹水箱設(shè)有一個(gè)低水位報(bào)警裝置，當(dāng)水箱水位過(guò)低時(shí)，報(bào)警裝置向機(jī)車(chē)微機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，收到信號(hào)的微機(jī)控制柴油機(jī)緊急停機(jī)，司乘人員應(yīng)立即檢查冷卻系統(tǒng)是否有漏泄。這種設(shè)計(jì)能夠避免柴油機(jī)因缺水導(dǎo)致水溫過(guò)高，能夠更好的保護(hù)柴油機(jī)。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上介紹，說(shuō)明了CKD8G型機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和部件的性能，能夠滿足MTU 16V4000R43柴油機(jī)的工作需要。上排水管路布局合理，方便用戶(hù)補(bǔ)水和排水。膨脹水箱的改進(jìn)使高低溫水實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，壓力調(diào)節(jié)閥和低水位報(bào)警器的運(yùn)用增強(qiáng)了膨脹水箱的功能性和可控性。

通過(guò)在水阻試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)CKD8G型機(jī)車(chē)的檢驗(yàn)和在實(shí)際運(yùn)用中的檢測(cè)，冷卻水系統(tǒng)的各部件均能正常工作，保證了柴油機(jī)的正常工作。

參考文獻(xiàn)：

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