蔡忠全 馬明 景旭 楊添植

摘 要

本文闡述了出口某國(guó)內(nèi)燃機(jī)車?yán)鋮s系統(tǒng)的工作原理和機(jī)車新型散熱器的研制過程。該新型散熱器采用整塊式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)統(tǒng)化設(shè)計(jì)，水平置頂式安裝方式，不同于國(guó)內(nèi)機(jī)車V形鋼結(jié)構(gòu)加散熱單節(jié)的冷卻形式。

關(guān)鍵詞

內(nèi)燃機(jī)車;冷卻系統(tǒng);散熱器;整塊式;簡(jiǎn)統(tǒng)化;研制

中圖分類號(hào)： U262 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 35

0 前言

某國(guó)鐵路改造項(xiàng)目是中國(guó)和某國(guó)兩國(guó)政府友好合作框架下最重要的項(xiàng)目，也是某國(guó)振興國(guó)家鐵路規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目。中國(guó)中車股份有限公司專門為此改造項(xiàng)目研制出口某國(guó)內(nèi)燃機(jī)車，并由中國(guó)中車旗下多家機(jī)車公司共同承擔(dān)制造，發(fā)動(dòng)機(jī)采用MTU16V4000R43型柴油機(jī)，最大功率2200kW，額定轉(zhuǎn)速1800rpm。本文所闡述的新型整塊式簡(jiǎn)統(tǒng)化散熱器是大連通鐵熱動(dòng)力股份有限公司針對(duì)出口某國(guó)內(nèi)燃機(jī)車?yán)鋮s水系統(tǒng)需求而設(shè)計(jì)開發(fā)和研制的。

1 出口某國(guó)內(nèi)燃機(jī)車?yán)鋮s系統(tǒng)原理

在內(nèi)燃機(jī)車正常行進(jìn)中，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等許多零部件在工作過程中會(huì)受熱，需要為此設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行冷卻，冷卻系統(tǒng)通常為封閉式加壓水循環(huán)系統(tǒng)，冷卻水將在高溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)及相關(guān)零部件，機(jī)油和增壓空氣積聚的熱量帶走，水溫升高，流經(jīng)散熱器芯體時(shí)，冷卻風(fēng)扇對(duì)散熱器芯體內(nèi)部已升溫的冷卻水進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，使冷卻水溫度降到合理溫度，之后冷卻水流回水泵，完成循環(huán)。通過冷卻水的連續(xù)循環(huán)，可以使這些部件在適當(dāng)?shù)臏囟确秶抡＿\(yùn)轉(zhuǎn)，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供平穩(wěn)可靠的輸出功率，并提高其耐久性和經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而保證機(jī)車的正常運(yùn)行。

出口某國(guó)內(nèi)燃機(jī)車的冷卻水系統(tǒng)分為高溫冷卻水系統(tǒng)和低溫冷卻水系統(tǒng)兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。高溫冷卻水系統(tǒng)是柴油機(jī)冷卻水的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由高溫散熱器、風(fēng)扇、膨脹水箱、高溫冷卻水泵以及一些閥、管路、連接件等組成。高溫冷卻水系統(tǒng)的工作原理：在柴油機(jī)工作時(shí)，在高溫冷卻水泵的驅(qū)動(dòng)下，冷卻水流入柴油機(jī)要冷卻的部件（如氣缸缸套水腔，氣缸蓋等），流出時(shí)帶走熱量并升溫，后經(jīng)管路流入高溫散熱器，在風(fēng)扇提供的冷空氣冷卻作用下，將熱量散發(fā)到空氣中，溫度下降，再經(jīng)管路流回到高溫冷卻水泵，完成循環(huán)。低溫冷卻水系統(tǒng)是為機(jī)油熱交換器及柴油機(jī)增壓空氣而設(shè)的冷卻水系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由空氣冷卻器（中冷器）、機(jī)油熱交換器、低溫散熱器、膨脹水箱、低溫冷卻水泵以及一些閥、管路、連接件等組成。低溫冷卻水系統(tǒng)的工作原理：在柴油機(jī)工作時(shí)，在低溫冷卻水泵的驅(qū)動(dòng)下，冷卻水流入中冷器，與中冷器內(nèi)的增壓空氣進(jìn)行熱交換，增壓空氣得到冷卻，冷卻水升溫并從中冷器流出，經(jīng)管路進(jìn)入機(jī)油熱交換器，與機(jī)油進(jìn)行熱交換，機(jī)油得到冷卻，冷卻水再次升溫并從機(jī)油熱交換器流出，然后流進(jìn)低溫散熱器，在風(fēng)扇提供的冷空氣冷卻作用下，將熱量散發(fā)到空氣中，溫度下降，再經(jīng)管路流回到低溫冷卻水泵，完成循環(huán)。

2 出口某國(guó)內(nèi)燃機(jī)車散熱器性能參數(shù)要求

額定功率情況下，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)高、低溫水循環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)要求見表1。

3 新型整塊式散熱器結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)統(tǒng)化設(shè)計(jì)

目前，國(guó)內(nèi)大部分內(nèi)燃機(jī)車?yán)鋮s系統(tǒng)一般采用V形鋼結(jié)構(gòu)加散熱單節(jié)組合的冷卻形式，通常散熱單節(jié)分兩排安裝在機(jī)車?yán)鋮s室鋼結(jié)構(gòu)上，并與水平面成一定角度呈V形布置。冷卻風(fēng)扇安裝在冷卻室鋼結(jié)構(gòu)的頂部或底部，通過風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，將冷空氣導(dǎo)向并穿過散熱器，進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻。

出口某國(guó)內(nèi)燃機(jī)車與現(xiàn)有大部分車型不同，采用了整體大塊散熱器置頂安裝結(jié)構(gòu)，考慮柴油機(jī)采用雙水泵設(shè)計(jì)，高溫、低溫冷卻系統(tǒng)各自獨(dú)立冷卻的要求，最終選定的技術(shù)方案為高低溫散熱器分左右布置形式。采用新型整體大塊式散熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是取消了傳統(tǒng)散熱單節(jié)的角度安裝，并將因此浪費(fèi)的空間全部轉(zhuǎn)化為散熱器的有效迎風(fēng)面積，使散熱器的散熱能力得以最大發(fā)揮。同時(shí)，去除了冷卻裝置集流箱，而是在散熱器中用水室取代其功能，也減少了原來散熱單節(jié)與集流箱間的阻力。散熱器兩側(cè)安裝有側(cè)護(hù)板，在散熱器上部安裝有分別用于高、低溫系統(tǒng)的排氣管線，在散熱器下部安裝有用于連接導(dǎo)風(fēng)筒的下部連接板，使冷空氣可以有效地傳遞到散熱器。由于散熱器采用水平置頂安裝方式，也為冷卻室其他設(shè)備預(yù)留出更多的布置空間。

從結(jié)構(gòu)上，新型散熱器主要由散熱器芯體（包括通水扁管，傳熱翅片和主片），水室，側(cè)護(hù)板，密封件，緊固件等零部件組成。散熱器芯體采用進(jìn)口高頻焊接黃銅管，散熱片采用強(qiáng)化型銅翅片，以提高傳熱性能。考慮到機(jī)車運(yùn)行的嚴(yán)苛條件，通水管端部與主片之間采用先進(jìn)的機(jī)械脹接技術(shù)，能夠更好的承受機(jī)械振動(dòng)和熱應(yīng)力。

為了便于維保及檢修，某國(guó)業(yè)主要求機(jī)車的設(shè)計(jì)制造過程中應(yīng)盡可能對(duì)機(jī)車大部件進(jìn)行簡(jiǎn)統(tǒng)。考慮到中國(guó)中車旗下多家機(jī)車公司機(jī)車設(shè)計(jì)方案的不同，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)安裝空間，位置，尺寸都有所不同，為滿足產(chǎn)品互換性，滿足用戶多樣性和個(gè)性化需求，散熱器產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成主體和附件兩大模塊，其中主體設(shè)計(jì)保證散熱器散熱性能滿足多家客戶的需要;附件設(shè)計(jì)充分考慮了安裝位置，管線接口，下部連接板，易于裝卸等因素，將用戶的多樣性需求以及復(fù)雜繁多的零部件整合成幾種安裝模塊;使主體模塊和附件模塊可以自由組合搭配，契合冷卻室的安裝。散熱器的簡(jiǎn)統(tǒng)成果是明顯的，給用戶帶來了維護(hù)及檢修上的便利，也使我公司散熱器產(chǎn)品以最優(yōu)性能得以應(yīng)用。

4 散熱器型式試驗(yàn)

與該新型散熱器芯體結(jié)構(gòu)相同的模型樣件，已在中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證（大連）機(jī)車檢驗(yàn)站有限公司進(jìn)行了傳熱性能，空氣阻力特性試驗(yàn)，樣件按機(jī)車常規(guī)散熱單節(jié)外形尺寸選取和設(shè)計(jì);測(cè)試方法執(zhí)行TB/T1160-2013《內(nèi)燃機(jī)車用散熱器》的規(guī)定;試驗(yàn)結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和客戶要求。

5 結(jié)論

2016年3月至4月，出口某國(guó)內(nèi)燃機(jī)車散熱器通過了中國(guó)中車集團(tuán)旗下多家機(jī)車公司的首件評(píng)審認(rèn)定工作;5月至8月，在中車戚墅堰機(jī)車有限公司完成了裝車運(yùn)行試驗(yàn)，并批量裝車運(yùn)用。截止目前，裝載本散熱器的機(jī)車已經(jīng)馳騁在某國(guó)高原，運(yùn)用狀況良好，產(chǎn)品的可靠性，安全性以及可維護(hù)性得到客戶的高度認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

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