出口某國內燃機車散熱器的研制

蔡忠全 馬明 景旭 楊添植

摘 要

本文闡述了出口某國內燃機車冷卻系統(tǒng)的工作原理和機車新型散熱器的研制過程。該新型散熱器采用整塊式結構，簡統(tǒng)化設計，水平置頂式安裝方式，不同于國內機車V形鋼結構加散熱單節(jié)的冷卻形式。

關鍵詞

內燃機車;冷卻系統(tǒng);散熱器;整塊式;簡統(tǒng)化;研制

中圖分類號： U262 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

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

0 前言

某國鐵路改造項目是中國和某國兩國政府友好合作框架下最重要的項目，也是某國振興國家鐵路規(guī)劃的重點項目。中國中車股份有限公司專門為此改造項目研制出口某國內燃機車，并由中國中車旗下多家機車公司共同承擔制造，發(fā)動機采用MTU16V4000R43型柴油機，最大功率2200kW，額定轉速1800rpm。本文所闡述的新型整塊式簡統(tǒng)化散熱器是大連通鐵熱動力股份有限公司針對出口某國內燃機車冷卻水系統(tǒng)需求而設計開發(fā)和研制的。

1 出口某國內燃機車冷卻系統(tǒng)原理

在內燃機車正常行進中，柴油發(fā)動機等許多零部件在工作過程中會受熱，需要為此設置專門的冷卻系統(tǒng)對其進行冷卻，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轉的柴油機及相關零部件，機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，冷卻風扇對散熱器芯體內部已升溫的冷卻水進行強迫通風冷卻，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?shù)臏囟确秶抡＿\轉，使柴油發(fā)動機提供平穩(wěn)可靠的輸出功率，并提高其耐久性和經(jīng)濟性，進而保證機車的正常運行。

出口某國內燃機車的冷卻水系統(tǒng)分為高溫冷卻水系統(tǒng)和低溫冷卻水系統(tǒng)兩個循環(huán)系統(tǒng)。高溫冷卻水系統(tǒng)是柴油機冷卻水的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由高溫散熱器、風扇、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：在柴油機工作時，在高溫冷卻水泵的驅動下，冷卻水流入柴油機要冷卻的部件（如氣缸缸套水腔，氣缸蓋等），流出時帶走熱量并升溫，后經(jīng)管路流入高溫散熱器，在風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)是為機油熱交換器及柴油機增壓空氣而設的冷卻水系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由空氣冷卻器（中冷器）、機油熱交換器、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：在柴油機工作時，在低溫冷卻水泵的驅動下，冷卻水流入中冷器，與中冷器內的增壓空氣進行熱交換，增壓空氣得到冷卻，冷卻水升溫并從中冷器流出，經(jīng)管路進入機油熱交換器，與機油進行熱交換，機油得到冷卻，冷卻水再次升溫并從機油熱交換器流出，然后流進低溫散熱器，在風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 出口某國內燃機車散熱器性能參數(shù)要求

額定功率情況下，柴油發(fā)動機高、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構與簡統(tǒng)化設計

目前，國內大部分內燃機車冷卻系統(tǒng)一般采用V形鋼結構加散熱單節(jié)組合的冷卻形式，通常散熱單節(jié)分兩排安裝在機車冷卻室鋼結構上，并與水平面成一定角度呈V形布置。冷卻風扇安裝在冷卻室鋼結構的頂部或底部，通過風扇的轉動，將冷空氣導向并穿過散熱器，進行強迫通風冷卻。

出口某國內燃機車與現(xiàn)有大部分車型不同，采用了整體大塊散熱器置頂安裝結構，考慮柴油機采用雙水泵設計，高溫、低溫冷卻系統(tǒng)各自獨立冷卻的要求，最終選定的技術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構的優(yōu)點是取消了傳統(tǒng)散熱單節(jié)的角度安裝，并將因此浪費的空間全部轉化為散熱器的有效迎風面積，使散熱器的散熱能力得以最大發(fā)揮。同時，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。散熱器兩側安裝有側護板，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風筒的下部連接板，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，也為冷卻室其他設備預留出更多的布置空間。

從結構上，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，側護板，密封件，緊固件等零部件組成。散熱器芯體采用進口高頻焊接黃銅管，散熱片采用強化型銅翅片，以提高傳熱性能。考慮到機車運行的嚴苛條件，通水管端部與主片之間采用先進的機械脹接技術，能夠更好的承受機械振動和熱應力。

為了便于維保及檢修，某國業(yè)主要求機車的設計制造過程中應盡可能對機車大部件進行簡統(tǒng)。考慮到中國中車旗下多家機車公司機車設計方案的不同，導致冷卻系統(tǒng)安裝空間，位置，尺寸都有所不同，為滿足產品互換性，滿足用戶多樣性和個性化需求，散熱器產品采用模塊化設計，將產品設計成主體和附件兩大模塊，其中主體設計保證散熱器散熱性能滿足多家客戶的需要;附件設計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。散熱器的簡統(tǒng)成果是明顯的，給用戶帶來了維護及檢修上的便利，也使我公司散熱器產品以最優(yōu)性能得以應用。

4 散熱器型式試驗

與該新型散熱器芯體結構相同的模型樣件，已在中鐵檢驗認證（大連）機車檢驗站有限公司進行了傳熱性能，空氣阻力特性試驗，樣件按機車常規(guī)散熱單節(jié)外形尺寸選取和設計;測試方法執(zhí)行TB/T1160-2013《內燃機車用散熱器》的規(guī)定;試驗結果符合相關技術標準和客戶要求。

5 結論

2016年3月至4月，出口某國內燃機車散熱器通過了中國中車集團旗下多家機車公司的首件評審認定工作;5月至8月，在中車戚墅堰機車有限公司完成了裝車運行試驗，并批量裝車運用。截止目前，裝載本散熱器的機車已經(jīng)馳騁在某國高原，運用狀況良好，產品的可靠性，安全性以及可維護性得到客戶的高度認可。

參考文獻

[1]戴繁榮.《內燃機車冷卻裝置》.（第一版）中國鐵道出版社.1993.

[2]楊世銘，陶文銓.《傳熱學》.北京：高等教育出版社.2010.

[3]江太宏，等.《內燃機車產品簡統(tǒng)化設計的研究》.中車資陽機車有限公司.