HXN5B型調(diào)車機(jī)車散熱器泄漏失效原因分析及改進(jìn)措施

楊添植 馬明 王堯 蔡忠全

摘 ?要：本文針對HXN5B型調(diào)車機(jī)車投入運(yùn)用以來，散熱器發(fā)生多起故障，進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、故障分析及相關(guān)試驗(yàn)，制定了相應(yīng)的治理措施并實(shí)施，取得了較好的效果。

關(guān)鍵字：HXN5B型;調(diào)車機(jī)車;散熱器;故障;措施

中圖分類號(hào)：TD72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??文章編號(hào)：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)10年代，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，鐵路貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量高速增長，貨運(yùn)量也不斷增加，目前我國的DF5、DF7系列調(diào)車使用年限普遍較長，已經(jīng)無法滿足需要。2012年，中車戚墅堰機(jī)車有限公司（以下簡稱QLW）提出了“中等功率交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車技術(shù)平臺(tái)及280系列柴油機(jī)技術(shù)提升研究 ”立項(xiàng)申請并獲得批準(zhǔn)，平臺(tái)涵蓋了4400馬力交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車、貨運(yùn)機(jī)車、客運(yùn)機(jī)車。2012年5月，首臺(tái)HXN5B型樣車下線。同年9月底完成廠內(nèi)調(diào)試和正線試驗(yàn)。該車型分為兩批次生產(chǎn)，第一批生產(chǎn)95臺(tái)（含樣車），第二批生產(chǎn)100臺(tái)，目前已生產(chǎn)195臺(tái)，并已投入運(yùn)行使用。該195臺(tái)調(diào)車機(jī)車分布面廣，配屬在國內(nèi)10個(gè)鐵路局，包括成都、西安、蘭州、廣鐵、哈爾濱、上海、南昌、南寧、昆明、烏魯木齊鐵路局，運(yùn)行段達(dá)到19個(gè)機(jī)務(wù)段。

HXN5B型大功率交流傳動(dòng)調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車是一款為適應(yīng)中國鐵路現(xiàn)代化，重載化，一體化和系列化而設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的和諧系列大功率干線機(jī)車的后生車型。它可以用于大中規(guī)模的站線編組作業(yè)，也可以對應(yīng)應(yīng)急的干線客貨運(yùn)需求，作為調(diào)車機(jī)車，它為中國鐵路在交流傳動(dòng)和大功率機(jī)車設(shè)計(jì)概念提供了良好的見證。HXN5B型大功率交流傳動(dòng)調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車具有牽引力大、啟動(dòng)加速快的特點(diǎn)。柴油機(jī)油耗低，標(biāo)定工況燃油消耗率為198g/kW·h。機(jī)車優(yōu)化了冷卻水系統(tǒng)控制參數(shù)，并采用由牽引電機(jī)溫度控制通風(fēng)量等新技術(shù)，有效降低了基礎(chǔ)輔助功率。在機(jī)車待命狀態(tài)下可停止柴油機(jī)工作，采用蓄電池為機(jī)車生活設(shè)施及輔助設(shè)備供電。機(jī)車采用燃油電控噴射技術(shù)、高壓比可變噴嘴增壓等技術(shù)，排放達(dá)TierⅡ水平。機(jī)車裝用6A監(jiān)控系統(tǒng)，以確保行車安全。機(jī)車?yán)鋮s系統(tǒng)主要由散熱器、中冷器、熱交換器、水泵、風(fēng)扇及電機(jī)，其中散熱器采用先進(jìn)的大板塊干式冷卻，放置于機(jī)車?yán)鋮s室頂部兩側(cè)。

1 散熱器簡介

HXN5B型調(diào)車機(jī)車的大板塊散熱器采用機(jī)械聯(lián)接式，其主要特點(diǎn)是將散熱管與管板（主片）之間的連接由傳統(tǒng)的釬焊連接改為機(jī)械脹接。機(jī)械脹接，顧名思義，就是將扁銅管擴(kuò)圓后，將之與主片用機(jī)械的方法脹緊。這種機(jī)械聯(lián)接方式可以極好的承受柴油機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力、疲勞應(yīng)力以及消除機(jī)械振動(dòng)對散熱器主片與管根連接處的負(fù)面影響，徹底解決了釬焊式散熱器管根處易破裂從而產(chǎn)生泄漏的問題。此類散熱器在國內(nèi)各大主機(jī)廠的出口機(jī)車上廣泛使用，使用效果良好。

2 故障信息

HXN5B機(jī)車在上述10個(gè)鐵路局運(yùn)用至今，從出廠1年后，陸續(xù)發(fā)生了數(shù)起散熱器泄漏事件。而HXN5B調(diào)車機(jī)車散熱器出廠前進(jìn)行兩次壓力試驗(yàn)，到QLW安裝時(shí)進(jìn)行一次壓力試驗(yàn)，整車在水阻臺(tái)上進(jìn)行一次壓力試驗(yàn)。散熱器從生產(chǎn)到機(jī)車出廠經(jīng)過多次壓力試驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)泄漏，排除了產(chǎn)品自身工藝質(zhì)量的問題。因此為控制事態(tài)進(jìn)一步惡化，找到泄漏原因并采取有效措施刻不容緩。

以下是對泄漏散熱器的拆解檢查中，采集的資料及分析：

2.1 泄漏散熱器拆解

（1）對散熱器的拆解中發(fā)現(xiàn)存在大量顆粒物雜質(zhì)，大部分分布在散熱器通水管口處，有的在水室內(nèi)，最大尺寸能達(dá)到3×20mm，見圖1-2。

（2）散熱器主片和水室上附著了雜質(zhì)，潔凈度非常差，散熱器主片已被腐蝕嚴(yán)重，見圖3。

（3）散熱器冷卻水水樣可明顯看出渾濁并有雜質(zhì)，見圖4。

對所取水樣依據(jù)TB/T 1750-2006《內(nèi)燃機(jī)車用冷卻液》標(biāo)準(zhǔn)，對氯離子、苯駢三氮唑兩種元素濃度進(jìn)行檢測。檢驗(yàn)結(jié)果見表1

在冷卻水的檢測數(shù)據(jù)（表1）中可以看出，所取的三份水樣中苯駢三氮唑濃度都沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，最低的濃度為14.9 mg/l，不足標(biāo)準(zhǔn)的1/3氯離子濃度只有水樣2符合標(biāo)準(zhǔn)，水樣1的濃度已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)近3倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出運(yùn)用中冷卻液報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。

苯駢三氮唑是一種銅保護(hù)劑，冷卻液中的苯駢三氮唑會(huì)在運(yùn)用過程中，在散熱器內(nèi)部形成難以溶解的保護(hù)膜。而冷卻液中含有氯離子濃度過高也會(huì)破壞銅管內(nèi)壁的保護(hù)膜，促進(jìn)腐蝕的發(fā)生。若冷卻液使用不當(dāng)，會(huì)影響保護(hù)膜的形成，進(jìn)而影響散熱器使用壽命。結(jié)合圖片及檢測結(jié)果可以判斷，散熱器的銅管是被腐蝕泄漏，原因?yàn)楸今壢驖舛冗^低，減少對冷卻管內(nèi)壁的保護(hù)作用，加速腐蝕，最終導(dǎo)致泄漏。

2.2 散熱器泄漏位置銅管內(nèi)部解剖

（1）從解剖圖片5-6能夠發(fā)現(xiàn)，腐蝕是從管內(nèi)壁開始的，蝕孔在管內(nèi)壁萌生、生長，進(jìn)而向管外壁發(fā)展、延伸，直至穿孔。

（2）散熱器銅管是否存在應(yīng)力腐蝕問題的實(shí)驗(yàn)，第三方檢測機(jī)構(gòu)對散熱器銅管試樣進(jìn)行應(yīng)力檢測。按照GB/T 10567.2-2007《銅及銅合金加工材料殘余應(yīng)力檢驗(yàn)方法 氨熏試驗(yàn)法》標(biāo)準(zhǔn)，采用氯化銨試驗(yàn)法進(jìn)行檢測。試驗(yàn)后，采用20倍光學(xué)顯微鏡分別檢查了散熱器銅管外壁表面和銅管內(nèi)壁表面是否有裂紋。觀察時(shí)，為了排除切取試樣或試樣表面有磕碰傷時(shí)所造成的局部應(yīng)力的影響，距試樣端部5mm以內(nèi)的裂紋忽略不計(jì)。圖7為試驗(yàn)后散熱器銅管試樣的觀察照片。其中圖7a、圖7b分別為散熱器銅管試樣外壁和內(nèi)壁表面。

經(jīng)檢驗(yàn)，散熱器銅管管壁表面平整，沒有出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋跡象。

3 分析結(jié)論

根據(jù)HXN5B機(jī)車散熱器的泄漏現(xiàn)象和統(tǒng)計(jì)分析，散熱器在運(yùn)用一年后開始陸續(xù)發(fā)生泄漏故障，發(fā)生故障的原因在于冷卻液成分不達(dá)標(biāo)，水系統(tǒng)內(nèi)部存在異物、顆粒狀雜質(zhì)等導(dǎo)致散熱器發(fā)生腐蝕泄漏，而根本原因即運(yùn)行過程中的冷卻液成分不達(dá)標(biāo)。結(jié)合以上，可以得出以下結(jié)論：冷卻液成分不達(dá)標(biāo)、水系統(tǒng)內(nèi)部存在異物、顆粒狀雜質(zhì)等，是當(dāng)銅管內(nèi)壁的保護(hù)性氧化層被破壞或消耗掉后，就會(huì)發(fā)生腐蝕侵蝕。

4 治理措施

HXN5B調(diào)車機(jī)車散熱器的泄漏原因與HXN5機(jī)車散熱器發(fā)生泄漏故障的情況相同，都是因?yàn)槔鋮s液不達(dá)標(biāo)，所以使用合格的冷卻液，并在運(yùn)行過程中及時(shí)更換不達(dá)標(biāo)的冷卻液可以有效控制散熱器的泄漏。QLW借鑒哈爾濱鐵路局針對HXN5機(jī)車散熱器泄漏的成功治理經(jīng)驗(yàn)，治理措施如下：（1）呼吁散熱器的供應(yīng)商、QLW與鐵路局各段三方面配合，對配屬的HXN5B機(jī)車散熱器，用去離子水進(jìn)行清洗。（2）QLW派出技術(shù)人員到各機(jī)務(wù)段進(jìn)行技術(shù)交流，加強(qiáng)水系統(tǒng)的清潔度，認(rèn)真貫徹執(zhí)行QLW在HXN5B機(jī)車維修手冊中規(guī)定的“冷卻液將冷卻液改進(jìn)后苯駢三啖唑的濃度要求由原來的60±10mg/L，提高至100±10mg/L。運(yùn)行中機(jī)車?yán)鋮s液中苯駢三氮唑濃度不得低于60mg/L”。（3）各機(jī)務(wù)段把保證新制冷卻水質(zhì)量、運(yùn)用冷卻后水質(zhì)量，兩個(gè)環(huán)節(jié)作為一個(gè)基礎(chǔ)性、長期性的工作。

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收稿日期：2019-07-19

作者簡介：楊添植（1987—），男，遼寧瓦房店人，碩士研究生，中級(jí)工程師，研究方向：換熱設(shè)備。