動車組變流器冷卻系統(tǒng)檢修技術(shù)研究及實現(xiàn)

李永富，易鐵航，高樂銘

（中車大連機車研究所有限公司，遼寧大連 116000）

0 引言

2008 年8 月，首列CRH3C 型動車組正式投入運營使用，截至目前全國在運營中的CRH3 系列動車組（包括中車唐山機車車輛有限公司和中車長春軌道客車股份有限公司的CRH3C、CRH380B 型動車組、CRH380BL 型動車組、CRH380BG 型動車組和CRH3CL 型動車組），共有760 列左右，其中大部分已經(jīng)或即將進(jìn)入拆解修修程。實施檢修業(yè)務(wù)初期，主機廠實行“原造原修”原則，即原配件廠家檢修自家產(chǎn)品。牽引變流器冷卻系統(tǒng)大部分是外資企業(yè)生產(chǎn)，檢修費用高，檢修技術(shù)壟斷。集團公司對打破壟斷，降低檢修費用，培植國內(nèi)能夠?qū)M(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)行檢修和技術(shù)改造的企業(yè)非常重視。通過達(dá)成的技術(shù)協(xié)議，中車大連機車研究所有限公司開始對進(jìn)口的CRH3 系列動車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)檢修技術(shù)和檢修方案進(jìn)行研究，并承接拆解檢修任務(wù)及相應(yīng)產(chǎn)品改進(jìn)任務(wù)。

1 技術(shù)要求

1.1 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

環(huán)境溫度-25～+40 ℃，高寒環(huán)境溫度-40～+40 ℃，散熱量67 kW，冷卻空氣輸入溫度40 ℃，冷卻液體積流量190～200 L/min，冷卻液輸出溫度57 ℃，變流器進(jìn)出口壓力損失0.08±0.02 MPa（0.8±0.2 bar）。

1.2 結(jié)構(gòu)簡介

CRH3 系列動車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)包括空氣過濾器、散熱器、風(fēng)機組、中間風(fēng)筒、膨脹水箱、諧振電感、水泵、進(jìn)水管、中間水管和出水管等幾大部件，如圖1 所示。工作時，在風(fēng)機作用下，冷卻空氣從列車側(cè)面進(jìn)入，經(jīng)過過濾器、散熱器，與散熱器內(nèi)腔中的乙二醇溶液進(jìn)行熱交換，一部分高溫空氣垂直排向車下，另外一部分空氣經(jīng)過中間風(fēng)筒后與諧振電感進(jìn)行熱交換后排向車下。

冷卻裝置縱、橫梁與動車車架通過彈性固定器連接到車輛底梁上，風(fēng)機箱體、水泵和散熱器分別通過減振器連接在縱梁和橫梁上。其他各部件均通過螺栓剛性連接。

2 核心部件替代、整改方案研究

替代性拆解修最大的技術(shù)難點是散熱器的更換問題。散熱器是冷卻系統(tǒng)的核心部件。從以往拆解修的統(tǒng)計中得知，冷卻系統(tǒng)四級修散熱器的更換頻率替代一般在12%左右。因此，實現(xiàn)替代修必須實現(xiàn)散熱器的國產(chǎn)化替代。散熱器設(shè)計方案的微小變動就可能影響冷卻系統(tǒng)整體的散熱器空氣阻力以及與風(fēng)機的匹配性能，直接影響散熱器性能。另一方面散熱器液體側(cè)的設(shè)計或工藝差別又可能影響到冷卻系統(tǒng)的液體流動阻力，進(jìn)而影響系統(tǒng)整體的液體流量、壓差控制等一系列問題。其中任何一項出現(xiàn)不匹配都可能直接影響替代修后冷卻系統(tǒng)的性能匹配或整車邏輯控制。綜上所述，冷卻系統(tǒng)拆解檢修后，需要進(jìn)行散熱器替換后整體性能試驗和液體壓差試驗進(jìn)行綜合驗證。

2.1 散熱器初選型

通過對散熱器匹配車型、接口尺寸和散熱器功率等條件的對比篩選，初步鎖定可以用大連所生產(chǎn)，在CRH3C 型動車組上通過運用考核的JHRLX67-344 型散熱器進(jìn)行替代安裝。

2.2 冷卻系統(tǒng)性能試驗

2.2.1 試驗?zāi)康?/p>

試驗?zāi)康氖菫榱藱z驗替換國產(chǎn)化散熱器后冷卻系統(tǒng)冷卻能力、流體壓力損失特性和功率消耗與技術(shù)規(guī)范的符合性。

2.2.2 試驗依據(jù)GB/T 25331—2010《電力機車、電力動車組主變流器用水散熱器產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)》。

2.2.3 試驗方法

（1）測試系統(tǒng)組成。性能試驗測試系統(tǒng)由水系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)組成，流量、溫度、壓力測試儀器儀表測點布置見圖2，空氣溫度測點、空氣動壓測點均勻布置。

（2）試驗內(nèi)容。2 個風(fēng)機同時高速運行，保持2 個風(fēng)機以高速運行；保持冷卻系統(tǒng)進(jìn)口水溫度tw1=64 ℃；保持水流量Vw=12 m3/h（±5%）；保持進(jìn)口氣溫tai1=40 ℃；堵塞散熱器進(jìn)口面積10%；測量冷卻系統(tǒng)進(jìn)口各測點空氣動壓hd1、hd2、…、hd12；測量散熱器進(jìn)口各測點空氣溫度tai1、tai2、tai3、…、tai9；測量冷卻系統(tǒng)風(fēng)機出口各測點空氣溫度tao1、tao2、tao3、tao4；測量冷卻系統(tǒng)進(jìn)口水溫度tw1、冷卻系統(tǒng)出口水溫度tw2；測量水流量Vw；測量冷卻系統(tǒng)進(jìn)口水壓力Pi和出口水壓力Po；計算空氣流量、水流量、散熱量、水壓力損失和電機功率。

（3）數(shù)據(jù)采集和處理判定。冷卻系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)整理計算結(jié)果見表1，冷卻系統(tǒng)應(yīng)滿足表1 技術(shù)要求。

2.3 流量流阻試驗

為拆解修冷卻系統(tǒng)替換JHRLX67-344 型散熱器，保持原系統(tǒng)中水泵及管路等不變。保持冷卻系統(tǒng)內(nèi)冷卻液溫度為50±2 ℃。模擬變流器進(jìn)出水口壓力損失為0.08 MPa（0.8 bar）時，測量系統(tǒng)冷卻液流量滿足12 m3±5%的要求。

表1 10%堵塞時冷卻能力試驗結(jié)果（2 風(fēng)機高速）

（1）試驗準(zhǔn)備。將冷卻系統(tǒng)進(jìn)出水口用帶流量調(diào)節(jié)閥與流量計的軟管連接，進(jìn)出法蘭側(cè)壓力和溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集器連接，水泵與電源線連接。

（2）試驗內(nèi)容。冷卻系統(tǒng)內(nèi)冷卻液溫度逐步加熱至50±2 ℃，待溫度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)變流器進(jìn)出水口壓力損失，使壓力損失在0.08 MPa（0.8 bar）左右選取4 個測量值，分別記錄壓力損失與流量的對應(yīng)值。當(dāng)流量存在小量超差時，可通過調(diào)節(jié)旁通系統(tǒng)的方法適當(dāng)調(diào)節(jié)流量值。通過調(diào)節(jié)后，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)關(guān)系，模擬出流量隨壓力損失變化的模擬函數(shù)曲線。

（3）計算結(jié)果。根據(jù)測試點得出的模擬函數(shù)曲線見圖3。

（4）試驗評定。變流器進(jìn)出口壓力損失為0.08 MPa（0.8 bar）時，冷卻系統(tǒng)水流量為11.04 m3/h，不滿足12 m3±5%的要求。

（5）系統(tǒng)改進(jìn)。通過對冷卻系統(tǒng)性能和壓差試驗結(jié)果數(shù)據(jù)的綜合分析，對冷卻系統(tǒng)主循環(huán)及旁通循環(huán)進(jìn)行調(diào)試改進(jìn)，并重復(fù)2.3 中（2）的試驗內(nèi)容，重新測試點得出的模擬函數(shù)曲線見圖4。

（6）改進(jìn)后試驗評定。冷卻系統(tǒng)流量為12 m3/h 時，變流器進(jìn)出口壓力損失為0.073 MPa（0.73 bar），滿足0.08±0.02 MPa（0.8±0.2 bar）的要求。模擬變流器進(jìn)出口壓力損失為0.08 MPa（0.8 bar）時，水流量為11.72 m3/h，滿足12 m3±5%的要求。

3 配機試驗及裝車運用考核

為了檢驗檢修后的CRH3 系列動車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)可以滿足實際運行要求，對產(chǎn)品進(jìn)行裝車運用考核。經(jīng)過30 萬公里運用考核后，產(chǎn)品運用狀態(tài)良好，滿足運用要求。