崔啟超，王旭海，金磊

（中車(chē)大同電力機(jī)車(chē)有限公司研究院，山西大同037038）

引言

機(jī)車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)主要作用是對(duì)車(chē)上發(fā)熱量大的電器部件進(jìn)行冷卻，如牽引電機(jī)、牽引變壓器、主變流器等，使其工作溫升不超過(guò)允許值，從而保證系統(tǒng)正常可靠地運(yùn)行。另外一個(gè)作用是對(duì)機(jī)車(chē)內(nèi)的溫度、壓力、風(fēng)速等氣候參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，為司乘人員提供一個(gè)舒適、潔凈的作業(yè)環(huán)境。

1 通風(fēng)系統(tǒng)組成

160 km/h機(jī)車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)采用側(cè)墻獨(dú)立通風(fēng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、進(jìn)風(fēng)面積大、風(fēng)阻小、各通風(fēng)支路風(fēng)量分配均勻等特點(diǎn)。主要由牽引通風(fēng)支路、機(jī)械間通風(fēng)支路、復(fù)合冷卻塔通風(fēng)支路、濾波柜通風(fēng)支路、壓縮機(jī)通風(fēng)支路、供電柜通風(fēng)支路和司機(jī)室空調(diào)通風(fēng)支路組成。160 km/h機(jī)車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)走向見(jiàn)圖1[1]。

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)走向圖

1.1 牽引通風(fēng)支路

160 km/h機(jī)車(chē)共有4組牽引通風(fēng)支路，其中1、4位為1拖1結(jié)構(gòu)，分別給1、6位牽引電機(jī)通風(fēng)冷卻；2、3位為1拖2結(jié)構(gòu)，分別給2、3位和4、5位牽引電機(jī)通風(fēng)冷卻。

牽引通風(fēng)支路冷卻空氣走向?yàn)椋涵h(huán)境空氣→側(cè)墻過(guò)濾器→過(guò)渡風(fēng)道→牽引風(fēng)機(jī)→風(fēng)道支架→軟風(fēng)道→牽引電機(jī)→車(chē)底大氣[2]。

側(cè)墻過(guò)濾器由一級(jí)水過(guò)濾器、二級(jí)除塵裝置和過(guò)渡風(fēng)道組成。側(cè)墻過(guò)濾器見(jiàn)圖2。

圖2 側(cè)墻過(guò)濾器

第一級(jí)水過(guò)濾器采用豎式S型結(jié)構(gòu)，具有阻水、慮塵效率高、阻力小、免維護(hù)和自清潔的特點(diǎn)。其過(guò)濾原理見(jiàn)圖3。

圖3 一級(jí)水過(guò)濾器結(jié)構(gòu)和原理圖

第二級(jí)除塵裝置采用纖維層過(guò)濾器，主要由骨架、濾料（無(wú)紡布）組成。根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)要求采用G3、G4級(jí)濾料，具有拆裝方便、濾料易更換、自動(dòng)排塵等特點(diǎn)。牽引通風(fēng)支路走向見(jiàn)下頁(yè)圖4。

為驗(yàn)證牽引通風(fēng)機(jī)性能及優(yōu)化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了葉輪有限元分析及空氣流場(chǎng)分析。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，牽引通風(fēng)機(jī)可以滿(mǎn)足使用要求。

葉輪有限元分析如下頁(yè)圖5所示。

圖4 牽引通風(fēng)和機(jī)械間通風(fēng)示意圖

圖5 最大等效應(yīng)力、主應(yīng)力云圖

牽引通風(fēng)機(jī)流場(chǎng)分析如圖6所示。

圖6 風(fēng)機(jī)靜壓分布及葉輪內(nèi)近蓋側(cè)速度矢量分布

1.2 機(jī)械間通風(fēng)支路

機(jī)械間1、4位牽引電機(jī)通風(fēng)支架上設(shè)有機(jī)械間風(fēng)機(jī)，與牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)共用第一、第二級(jí)過(guò)濾器，然后由過(guò)渡風(fēng)道分出一路進(jìn)入機(jī)械間通風(fēng)機(jī)，再經(jīng)第三級(jí)過(guò)濾器后吹入機(jī)械間，空氣質(zhì)量可達(dá)G4級(jí)。機(jī)械間設(shè)有壓差傳感器和自動(dòng)排風(fēng)裝置，控制機(jī)械間的壓力在50～150 Pa之間，以保持機(jī)械間的微正壓，有效防止灰塵吸入，提供一個(gè)舒適、干凈的工作環(huán)境。

機(jī)械間通風(fēng)支路冷卻空氣走向?yàn)椋涵h(huán)境空氣→側(cè)墻過(guò)濾器→過(guò)渡風(fēng)道→機(jī)械間風(fēng)機(jī)→第三級(jí)過(guò)濾器→機(jī)械間→車(chē)內(nèi)取風(fēng)設(shè)備→車(chē)外大氣，其風(fēng)路走向見(jiàn)圖4。

1.3 復(fù)合冷卻塔通風(fēng)支路

復(fù)合冷卻塔通風(fēng)支路冷卻空氣走向?yàn)椋涵h(huán)境空氣→車(chē)頂過(guò)濾器→過(guò)渡風(fēng)道→冷卻塔風(fēng)機(jī)→波紋板式復(fù)合散熱器→車(chē)底大氣，其風(fēng)路走向見(jiàn)圖7。

復(fù)合冷卻塔通過(guò)管路分別與主變流器和牽引變壓器連接。復(fù)合散熱器由兩個(gè)隔開(kāi)的流體支路組成。上層為水散熱器，使用純凈水/乙二醇（45%/55%）的混合物為主變流器內(nèi)的功率模塊冷卻。下層為油散熱器，使用礦物質(zhì)油為牽引變壓器冷卻。

圖7 復(fù)合冷卻塔通風(fēng)示意圖

為驗(yàn)證復(fù)合冷卻塔通風(fēng)機(jī)性能及優(yōu)化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了葉輪有限元分析及空氣流場(chǎng)分析。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，復(fù)合冷卻塔通風(fēng)機(jī)可以滿(mǎn)足使用要求。

葉輪有限元分析如圖8所示。

復(fù)合冷卻塔通風(fēng)機(jī)流場(chǎng)分析如圖9所示。

圖8 最大等效應(yīng)力、主應(yīng)力云圖

圖9 復(fù)合冷卻塔通風(fēng)機(jī)通風(fēng)曲線(xiàn)

1.4 濾波柜通風(fēng)支路

濾波柜通風(fēng)有冬、夏季兩種模式。冬季通風(fēng)采用車(chē)內(nèi)吸風(fēng)車(chē)內(nèi)排風(fēng)的內(nèi)循環(huán)通風(fēng)方式，有利于維持機(jī)械間的溫度。夏季通風(fēng)采用車(chē)內(nèi)吸風(fēng)車(chē)頂排風(fēng)的獨(dú)立通風(fēng)方式，有利于降低機(jī)械間的溫度。

冬季通風(fēng)冷卻空氣走向?yàn)椋簷C(jī)械間內(nèi)環(huán)境空氣（柜體底部進(jìn)風(fēng)口）→濾波柜風(fēng)機(jī)→濾波柜出風(fēng)口→車(chē)內(nèi)大氣。

夏季通風(fēng)冷卻空氣走向?yàn)椋簷C(jī)械間內(nèi)環(huán)境空氣（柜體底部進(jìn)風(fēng)口）→濾波柜風(fēng)機(jī)→濾波柜出風(fēng)口→過(guò)渡風(fēng)道→車(chē)頂大氣。

1.5 壓縮機(jī)、供電柜通風(fēng)支路

壓縮機(jī)和供電柜都采用車(chē)內(nèi)吸風(fēng)車(chē)內(nèi)排風(fēng)的內(nèi)循環(huán)方式。

1.6 司機(jī)室空調(diào)通風(fēng)支路

司機(jī)室空調(diào)通風(fēng)有兩個(gè)獨(dú)立的空氣支路，空氣處理系統(tǒng)和壓縮冷凝系統(tǒng)，即室內(nèi)空氣循環(huán)和室外空氣循環(huán)。司機(jī)室空調(diào)通風(fēng)見(jiàn)圖10。

圖10 司機(jī)室空調(diào)通風(fēng)示意圖

室內(nèi)空氣循環(huán)：室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)有兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口，一個(gè)是空調(diào)混合風(fēng)道側(cè)面的新風(fēng)進(jìn)口，另一個(gè)是操縱臺(tái)副臺(tái)柜內(nèi)的室內(nèi)循環(huán)空氣進(jìn)口，室內(nèi)循環(huán)空氣和新風(fēng)比例由新風(fēng)風(fēng)門(mén)控制。

混合的空氣通過(guò)回風(fēng)濾網(wǎng)進(jìn)入蒸發(fā)器和電加熱器，由控制器決定空氣是被加熱或是被冷卻。被處理過(guò)的空氣經(jīng)空調(diào)出風(fēng)口及設(shè)置在操縱臺(tái)前端、司機(jī)室兩側(cè)的出風(fēng)口送入司機(jī)室內(nèi)部。

操縱臺(tái)前端區(qū)域采用分布式出風(fēng)口，且出風(fēng)口設(shè)有可以調(diào)節(jié)風(fēng)向及風(fēng)量的開(kāi)關(guān)，有助于均衡室內(nèi)速度場(chǎng)及溫度場(chǎng)，降低室內(nèi)微風(fēng)速度，并具有良好的氣流組織，有效地提供了司機(jī)室的舒適度。

室外空氣循環(huán)：室外循環(huán)系統(tǒng)的空氣從司機(jī)室前端整流罩上的進(jìn)風(fēng)口進(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，進(jìn)入空調(diào)下方的冷凝風(fēng)排風(fēng)道，最后排向車(chē)底大氣[3]。

冷凝排風(fēng)道為獨(dú)立風(fēng)道，有效避免了冷凝進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)的混流，提高了空調(diào)工作能力。

2 通風(fēng)系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

1）160km/h機(jī)車(chē)采用側(cè)墻獨(dú)立通風(fēng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通風(fēng)面積大、進(jìn)入風(fēng)量不需要二次分配、系統(tǒng)集成度高、互換性好、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

2）機(jī)械間通風(fēng)采用三級(jí)過(guò)濾，另外設(shè)有壓差傳感器和自動(dòng)排風(fēng)裝置，控制機(jī)械間的壓力在50～150 Pa之間，有效阻滯了灰塵侵入，保持了機(jī)械間的清潔度，減少了電器件的故障率。

3）復(fù)合散熱器采用整體波紋板式翅片，翅片沒(méi)有接口，散熱面積大，灰塵容易通過(guò)且便于清洗維護(hù)。

4）空調(diào)通風(fēng)采用分布式出風(fēng)口、風(fēng)向及風(fēng)量可調(diào)，新風(fēng)量可控的通風(fēng)方式，大大提高了司機(jī)室人工氣候的舒適度。

3 結(jié)語(yǔ)

160 km/h機(jī)車(chē)通風(fēng)采用側(cè)墻獨(dú)立通風(fēng)，系統(tǒng)集成度、模塊化程度高，部件可互換性、維護(hù)性好，機(jī)車(chē)通風(fēng)方式及通風(fēng)量設(shè)計(jì)合理，完全可以滿(mǎn)足機(jī)車(chē)正常運(yùn)行需要，是一種值得推廣的機(jī)車(chē)通風(fēng)方式。

[1]任廣慧.HXD2B型機(jī)車(chē)的通風(fēng)系統(tǒng)[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2011（3）：78.

[2]肖云華.和諧HXD1型大功率交流電力機(jī)車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2007（1）：45.

[3]孫一堅(jiān)，沈恒根.工業(yè)通風(fēng)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.