東風4B型機車冷卻水溫度過高的原因分析及防止措施研究

邵田++聶起超

【摘 要】論文系統分析了東風4B型機車冷卻水溫度過高的主要原因，并從東風4B型機車散熱器的傳熱機理方面進行研究，進而提出了有效的防止冷卻水溫度過高的措施，冷卻水溫度過高問題得到有效解決。

【Abstract】The main reason of ultra high temperature of cooling water for Dongfeng4B locomotives is analyzed systematically . And the heat transfer mechanism of Dongfeng 4B locomotive radiator is studied. According to the above analysis and research， paper puts forward effective measures to prevent the ultra high temperature of cooling water temperature. Then the temperature too high of cooling water is solved effectively.

【關鍵詞】東風4B型機車；冷卻水；溫度

【Keywords】Dongfeng 4B model locomotive； cooling water； temperature

【中圖分類號】U262 . 231 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）10-0188-02

1 引言

東風4B型內燃機車是國產單機功率較大的干線客貨運交直流電傳動的內燃機車，也是我國鐵路數量較多的國產主型內燃機車[1]。東風4B型機車柴油機的冷卻水系統分高溫水系統和低溫冷卻水系統兩個循環系統，前者用于冷卻柴油機機體、汽缸蓋、氣缸套、前后增壓器等部件，后者用于冷卻機油、靜液壓油和前后中冷器等。在柴油機工作時，高低溫冷卻水最終分別經各自的散熱器組（又名散熱單節），水流在散熱器水管內蛇形流動，將冷卻水中的一部分熱量散入大氣。

冷卻風扇的轉速由油、水管路上的溫度控制閥控制，以保證柴油機得到及時冷卻，使柴油機處于最佳工作狀態[2]。

所謂冷卻水溫過高現象，主要是指柴油機出口水溫達到或超過 88 ℃時 ， 產生水溫繼電器動作，使柴油機自動卸載。高溫水系統的水溫過高，同時還會造成機油溫度過高 ， 加速機油老化，引起柴油機磨損加劇。

2 原因分析

產生冷卻系統水溫過高的原因是多方面的，我們先對冷卻水通路進行分析，高、低溫冷卻水系統循環示意圖如下：

有關試驗表明，柴油機高溫水約帶走總發熱量的10%～ 11.4%，中冷水約帶走總熱量的 6%，機油及靜液壓工作油約帶走總熱量的5.2%～8%，這些熱量均需通過散熱裝置進行散熱冷卻[3]。

從散熱器的傳熱機理分析， 空氣流從散熱裝置中所帶走的熱量與散熱器結構、水溫及空氣溫度有如下關系：

Q=KFΔt

Q——散熱器組散熱量；

K ——傳熱系數；

F ——總散熱面積；

Δt ——換熱介質的對數平均溫差[4]。

在式中，傳熱系數K是評價散熱效能的重要參數，它表示在換熱介質之間的每1℃對數平均溫差單位傳熱面積所散逸的熱量。K值與散熱器結構、水的流速 、空氣質量流速、氣流擾動、散熱管焊接質量等許多因素有關。在相同的水溫與水流速度下，傳熱系數K隨著空氣質量流速（空氣流速與密度的乘積）的增加而提高。在水流速及空氣質量流速相同的條件下，隨著水溫的增高，K值也增大。

因東風4B型機車采用的是閉式、高溫循環冷卻方式，高低溫水系統的最高允許溫度已經確定，式中換熱介質的對數平均溫差Δt僅與外界空氣溫度有關，故這里只從換熱系數K及總散熱面積F兩方面并結合機車運用中的一些現象來加以分析。

2.1 水系統對散熱的影響

2.1.1 系統中空氣對散熱的影響

當向機車冷卻水系統加水時，如果沒有打開散熱器上方的放氣閥進行放氣，會使空氣堵塞在散熱器中，造成冷卻水循環受阻，影響散熱。我段1224號機車曾發生過此類現象。經檢查，由于該機車乘務員在向冷卻水系統補水時，未打開散熱器放氣閥進行排氣，致使冷卻水循環不暢，引起水溫過高。

2.1.2 系統水流量對散熱的影響

由于系統管路阻力過大或冷卻水泵故障， 使冷卻水流量減少甚至受阻，使進入散熱器的水流速大大降低， 從而影響散熱管散熱， 造成水溫過高。我段7378號機車曾因水泵葉輪破損， 使冷卻水不能流通， 造成水溫過高。

2.2 空氣流速對散熱的影響

流經散熱器的空氣由冷卻風扇提供，因此控制冷卻風扇運轉的溫度控制閥恒溫元件與靜液壓工作油安全閥作用好壞直接影響散熱狀況。機車水系統恒溫元件作用不良，造成冷卻風扇在規定的溫度時不工作或轉動太慢 ， 使空氣流通緩慢，空氣流速下降，換熱效率降低，水溫升高。

2.3 散熱器對散熱的影響

散熱器外部有大量污垢 ，會造成冷卻空氣通過阻力增大，空氣質量流速和散熱面積F減小，使散熱量降低。東風4B型機車的冷卻風扇安裝在散熱器組的V形空間內，通過靜液壓系統工作油來驅動其運轉，經常造成散熱器單節上沾油，加之冷卻風扇的抽吸作用，使空氣中的灰塵等極易粘附在散熱片上，使散熱片之間空氣通道堵塞，空氣通過能力減弱，散熱能力大大降低。

3 防止措施

從以上分析可見，要避免出現水溫過高現象，關鍵是要強化操作技能，提高檢修質量。可以總結為以下四個方面：

①完善運用準備操作工序。在日常運用過程中 ，一定要嚴格按照操作工序 ， 檢查閥門開閉位置是否正確，以使系統中空氣得到充分排除和及時補充。否則，在上水時，如果忘了打開放氣閥，水中存有空氣，容易造成補水不足而引起水溫過高。②定期對冷卻水泵進行檢查。水泵的檢查要求水溫在 60～80℃，進氣真空度為 19. 3～20kPa、水泵轉速分別為2150r/min和1965r/min時，流量應分別達到115kL和100kL ，出口水壓應分別達到0. 28MPa和0. 18MPa。若達不到要求，應做必要檢查，找出原因。③在柴油機冷卻水溫過高時，發現冷卻風扇轉得太慢或不轉，可調整溫度控制閥上的調節螺釘，順時針擰動，使靜液壓油路打開，冷卻風扇便能轉動，若無變化，則為安全閥故障，應進行更換。

內燃機車的冷卻水雖經過處理，但仍含有一定量鈣、鎂的重碳酸鹽、氯鹽、硫酸鹽，這些鹽類不可避免地要沉積生成水垢，由于水垢的導熱性極差，即使是很薄的水垢亦必須及時清除。

對于散熱單節，可采用稀鹽酸沖洗。碳酸鈣、碳酸鎂和硫酸鈣能和鹽酸起作用而生成可溶的氯化鈣。

酸洗時，采用5 %的工業鹽酸（加2. 5 %的水玻璃）溶，將其加熱到50 ～ 60 ℃用耐酸泵循環輸入冷卻管道內，溶液的流向應和實際工作時冷卻水流向相反。酸洗結束后，應放凈酸溶液，用碳酸鈉中和，然后用清水沖洗干凈。

從以上采取的措施可以看出，水溫高的原因有很多，其中有的很容易發現，有的則不然，這就需要處理者認真觀察分析，逐步排查找到問題的根本原因。

4 總結

在我段用車實際情況中，已經采取了以上措施，機車水溫高現象已經得到了有效控制。但同時也應該注意到：在處理問題過程中，應盡量提高乘務員判斷故障的能力，盡量避免重復的檢查判斷，同時提高檢修作業標準，減少機車故障率，提高用車質量。

【參考文獻】

【1】陸修涵.柴油機[M].北京：中國鐵道出版社，1986.

【2】葉嵐，黃運良.東風4B型內燃機車16V240ZJB型柴油機[M] .大連：大連機車車輛工廠，1987.

【3】王夏鑒，王振和.內燃機車制造與修理工藝基礎[M].北京：中國鐵道出版社，1989.

【4】王補宣.熱工基礎[M].北京： 高等教育出版社，1991.endprint