HXD3C通風冷卻系統過濾器自清潔功能研究

劉真　李瑜

摘 要：文章介紹了HXD3C機車通風冷卻系統的風路及空氣過濾裝置的工作原理。分析了機車實際應用過程中空氣過濾裝置堵塞造成大功率設備熱保護而產生機車運用故障的原因，提出了解決大功率設備冷卻不良的方法和機車改造方案。

關鍵詞：HXD3C；通風冷卻系統；空氣過濾器；自清潔

引言

HXD3C 型是在HXD3 型和HXD3B 型電力機車基礎上研制的交流傳動六軸7200kW 干線客運電力機車。為降低車載大功率設備的溫升及實現機械間微正壓，機車配備了通風系統。但是，春秋季節植物產生的各種絮狀物體漂浮在空氣中，在通風系統作用下進入氣道過濾裝置和風道，嚴重影響冷卻系統的冷卻效果。文章針對上述問題進行了研究，提出了通風系統過濾器自清潔功能的實現方案。

1 HXD3C機車通風系統簡述

HXD3C機車通風系統主要負責牽引電動機、主變壓器、牽引變流器復合冷卻塔、輔助變流器、列車供電柜、司機室、空氣壓縮機和機械間等系統的供風和冷卻，保證大功率電器設備和空氣制動系統正常、可靠工作。

該系統有三條主通風路徑，各通風路徑有相對獨立的通風管道[1]。三條主要通風系統的通風路徑為：

（1）牽引電機通風冷卻系統。該通風系統由兩臺軸流通風機提供風源，從機車頂蓋夾層進風。每臺通風機冷卻三臺牽引電機。每組牽引電機通風支路空氣走向如下：車外大氣→離心沉降式過濾器→棕纖維過濾器→車頂進氣間→通風機→風機底座→車體風道→連接軟管→牽引電機→大氣。

（2）復合冷卻器通風冷卻系統。兩臺安裝軸流通風機的復合冷卻通風機組分別對兩臺復合冷卻器進行冷卻，每臺復合冷卻通風支路的空氣走向如下：車外空氣→離心沉降式過濾器→側墻板式粗濾器→車頂進氣間→復合冷卻器風機組→異徑風道→復合冷卻器→車底大氣。

（3）輔助變流器通風冷卻系統

每臺牽引變流器內部安裝有一臺輔助變流器，其具有獨立的通風冷卻系統，輔助變流器通風支路的空氣走向如下：車外空氣→離心沉降式過濾器→棕纖維過濾器→車頂進氣間→輔助變流器裝置柜進風口→通道→離心通風機→各散熱元件→風道→柜出風口→車底大氣。

2 HXD3C機車空氣過濾裝置工作原理及存在的問題

牽引電機和輔助變流器冷卻通風支路，采用離心沉降式過濾器+棕纖維過濾器的二級過濾空氣[2]。機械間進氣支路和復合冷卻器進氣支路采用離心沉降式過濾器+側墻板式粗濾器過濾空氣[2]。

2.1 離心沉降式過濾器

空氣在進風件的風口處加速，加速后的灰塵和水滴因含有較高的質量而進入過濾件1和過濾件2并減速，由于自身的重力而下墜并匯集到下部排塵槽中排出車外。離心沉降式過濾器斷面結構如圖1所示。

2.2 棕纖維過濾器

棕纖維過濾器作為通風系統中的精濾器，其過濾精度在灰塵顆粒大小為2～40？滋m之間效率可達到80%（迎面風速：1m/s）以上，并且阻力小，容塵量大。濾器采用板狀結構，其主要過濾材料為噴涂乳膠的棕纖維，噴涂乳膠主要是使松散的棕纖維更加緊密，密度、孔隙均勻，并且乳膠還具有一定的粘接能力，使過濾精度更高。

2.3 側墻板式粗濾器

側墻板式粗濾器安裝在復合冷卻器通風支路中，其主要作用是夏季可以有效地過濾空氣中的柳絮及漂浮物。

2.4 HXD3C空氣過濾裝置運用中存在的問題

HXD3C機車在春夏交替季節，經常出現因主變流器、主變壓器溫度高而造成的報警，甚至跳主斷路器保護而造成機破事故的發生。故障機車經檢查發現其主要原因是綜纖維過濾器及側墻板式粗過濾器表面吸附的柳絮、粉塵、絨毛類的雜物和雨水混合后板結，大大降低了進風量，影響冷卻效果。在檢修過程中，拆除過濾器并用高壓水槍沖洗后，上述故障得以排除。分析故障原因認為，雜物堵塞空氣過濾裝置，導致進風量下降，大功率設備不能有效降溫，溫度過高引起故障。為此，在柳絮較多的季節機務段成立專門的清洗隊，對入庫機車過濾裝置進行清洗。但隨著機車交路不斷延長，使得機車不能及時入庫清洗而造成大功率設備高溫報警的事故時有發生，嚴重影響鐵路運輸安全。

3 HXD3C通風冷卻系統過濾器自潔功能原理及改造方案

3.1 空氣過濾器自清潔原理

針對上述空氣過濾裝置在實際應用過程中發現的問題，考慮為HXD3C機車通風系統增加自清潔功能。如果讓牽引電機通風機和復合冷卻器通風機反轉，綜纖維過濾器及側墻板式粗過濾器變成出風口，高壓風由內向外對過濾網進行吹掃，實現過濾器的自清潔。

牽引電機通風機和復合冷卻器通風機均采用軸流式通風機。實現軸流式通風機反轉只需要改變三相異步電機的的相序即可。通過改變軸流風機葉片傾斜角及安裝角度，軸流風機反風風量可達到正風風量的70%，且車頂進氣間的容積很小，產生的風壓足夠吹落過濾器上的臟物。因此，該方案切實可行。

3.2 HXD3C通風冷卻系統過濾器改造方案

第一、改進軸流風機風葉及安裝角度，使軸流風機正向旋轉達到規定的風量，反向風量不得低于正向風量的50%。

第二、為了將過濾網表面吹落的灰塵、羽毛和柳絮排到離心沉降式過濾器外，去掉離心沉降式過濾器上的鎖，用風缸對其進行控制，自潔吹掃時打開，吸風冷卻時關閉。同時要加強過濾網的固定及四周的密封。

第三、在操縱臺上加裝過濾器自潔開關，自潔開關接通后向TCMS發送自潔指令，TCMS輸出指令完成封鎖主變流器輸出、隔離空壓機、打開離心沉降式過濾器、改變牽引電機通風機和復合冷卻器通風機三相電源相序等控制功能。

4 結束語

空氣過濾器自潔功能不受場地條件的限制，在發生冷卻設備送風量不足而高溫報警故障時，司乘人員可迅速停車，啟動空氣過濾器自潔功能，減少機破事故發生，保障行車安全。

參考文獻

[1]鐵道部運輸局機務部.HXD3C型電力機車[M].中國鐵道出版社.

[2]北京鐵路局.HXD3C型電力機車原理與操作[M].中國鐵道出版社.