高建華 舒麟
傳統(tǒng)發(fā)電集裝箱的主要用途是作為地面應急電站和備用電源,其結(jié)構(gòu)往往并不嚴格受制于集裝箱角件限界。鐵路運輸發(fā)電集裝箱內(nèi)置柴油發(fā)電機組,柴油燃燒和發(fā)電機組散熱均需要大量冷空氣;因此,進氣百葉窗設計必不可少。因為鐵路運輸發(fā)電集裝箱需要頻繁起吊和移動,所以其結(jié)構(gòu)須嚴格按照集裝箱角件限界來設計;此外,受人工成本上漲的影響,鐵路運輸發(fā)電集裝箱無人值守模式逐步推廣應用,從而對進氣百葉窗防雨水、防風沙、防鼠等方面提出更高要求。傳統(tǒng)進氣百葉窗一般為上下結(jié)構(gòu)的百葉窗條形式,存在進氣面積小、防雨效果差和結(jié)構(gòu)超出集裝箱角件限界等問題。為此,本文設計利用回旋進風離心力排除雨水的進氣百葉窗,設置二次過濾多孔板以防塵、防鼠,并采用新型內(nèi)嵌式安裝方式,避免其超出集裝箱角件限界。
1 新型鐵路運輸發(fā)電集裝箱進氣百葉窗結(jié)構(gòu)及功能
1.1 進氣百葉窗結(jié)構(gòu)
新型鐵路運輸發(fā)電集裝箱進氣百葉窗(見圖1)由左邊框、右邊框、上邊框、下邊框、左護板、右護板、內(nèi)百葉窗條、外百葉窗條、上部多孔板以及側(cè)部多孔板等組成:左邊框、右邊框、上邊框和下邊框合圍形成封閉的百葉窗框,其中左邊框、右邊框和上邊框均設有出風口;左右護板分別焊接在百葉窗框外立面兩側(cè),內(nèi)百葉窗條和外百葉窗條沿前后方向豎直均布焊接在百葉窗框上;上部多孔板和側(cè)部多孔板采用鉚螺母布置在上邊框和左右邊框出風口處。
1.2 進氣百葉窗防雨、防塵原理
由圖2可見,新型鐵路運輸發(fā)電集裝箱進氣百葉窗進氣通道的進氣口即內(nèi)百葉窗條與外百葉窗條的間隙,混雜雨水、沙塵的空氣經(jīng)間隙處回旋進入百葉窗框內(nèi)部。在此過程中,由于離心力的作用,空氣中大部分雨水、沙塵沉淀下來而無法進入百葉窗框內(nèi)部,僅少量雨水、沙塵進入百葉窗框內(nèi)部后碰撞到下邊框豎直面(即雨水、沙塵沉淀面),然后順著雨水、沙塵沉淀面經(jīng)圓弧型導流腔向下通過外百葉窗條下端的排水孔排出。此時,進氣通道內(nèi)空氣中的雨水、沙塵含量進一步降低,不過,其進入發(fā)電集裝箱內(nèi)部還須經(jīng)過上部或側(cè)部的進氣口。當空氣從上部進氣口進入時,在重力作用下,雨水、沙塵順著雨水、沙塵沉淀面向下經(jīng)過導流腔從左右側(cè)護板下部的排水孔排出;當空氣從兩側(cè)進氣口進入時,須經(jīng)過一段較長的距離,同樣由于重力的作用,雨水、沙塵向下經(jīng)過導流腔最終從左右側(cè)護板下部的排水孔排出。側(cè)部多孔板是空氣中雨水、沙塵的最后一道防線,其開孔直徑不大于5mm,可有效過濾雨水、沙塵并防鼠,且經(jīng)校核計算的開孔率(不低于65%)能有效保證進氣量。多孔板采用鉚螺母安裝,便于拆卸和維護。
2 新型鐵路運輸發(fā)電集裝箱進氣百葉窗安裝方式
進氣百葉窗安裝在發(fā)電集裝箱的側(cè)墻,1臺柴油發(fā)電機組對應安裝2扇進氣百葉窗。傳統(tǒng)進氣百葉窗采取由外向內(nèi)推入的安裝方式,導致百葉窗框以及安裝螺栓易超出發(fā)電集裝箱側(cè)墻外側(cè),從而造成進氣百葉窗超出集裝箱角件限界。新型鐵路運輸發(fā)電集裝箱進氣百葉窗采用內(nèi)嵌式安裝方式(見圖3)。
(1)設置百葉窗安裝立柱和加強筋。立柱為異型件,其外立面與發(fā)電集裝箱側(cè)墻外立面一致。百葉窗安裝面向內(nèi)縮入,加強筋可增加結(jié)構(gòu)剛度,保證立柱不變形。
(2)安裝前在密封膠條上涂密封膠,然后通過螺栓螺母墊圈將百葉窗框與立柱連接。螺栓為周圈布置,間隔約185mm。密封膠條可有效防止雨水進入。安裝螺栓不會超出發(fā)電集裝箱側(cè)墻外立面,滿足限界要求。
3 新型鐵路運輸發(fā)電集裝箱進氣百葉窗進氣面積校核計算
發(fā)電集裝箱的柴油發(fā)電機組布置在箱內(nèi),其在工作時需要消耗氧氣,并產(chǎn)生一定的熱量;因此,要確保發(fā)電集裝箱正常工作,須滿足一定進氣要求。為此,需要對發(fā)電集裝箱進氣百葉窗進氣面積進行校核計算,以便在滿足柴油發(fā)電機組工作需要的同時,將其工作時產(chǎn)生的熱量排到箱外,避免因箱內(nèi)溫度升高而影響其額定功率的發(fā)揮。
每臺柴油發(fā)電機組對應安裝2扇進氣百葉窗,據(jù)此對進氣百葉窗的進氣面積進行校核計算,具體過程如下。
(1)柴油發(fā)電機散熱器截面積 散熱器直徑為660mm,則散熱器截面積為
(2)百葉窗外表面進氣口面積 2根百葉窗條的最小間距為29mm,高度為1420mm,總共8個間隙,則百葉窗外表面進氣口面積為
(3)百葉窗內(nèi)表面進氣口面積 內(nèi)側(cè)面開口高度為1200mm,寬度為154mm,上部開口長度為1260mm,寬度為100mm,內(nèi)表面覆蓋多孔網(wǎng)(通過效率取65%),則百葉窗內(nèi)表面進氣口面積為
(4)百葉窗有效進氣口面積 百葉窗有效進氣口面積為
根據(jù)計算結(jié)果,新型鐵路運輸發(fā)電集裝箱進氣百葉窗滿足有效進氣口面積(0.64428m2)大于柴油發(fā)電機散熱器截面積1.8倍(1.8×S1=0.6155028m2)的設計要求。