某型鋼軌打磨列車作業(yè)發(fā)電機(jī)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)及試驗(yàn)

李勝男，秦文娟

（太原中車時(shí)代軌道工程機(jī)械有限公司北京分公司，北京 100000）

1 概述

近10年前生產(chǎn)的十列某型鋼軌打磨列車，在投入運(yùn)用以來(lái)，取得了很好的成績(jī)與口碑，同時(shí)客戶也反映出一些問(wèn)題，作業(yè)發(fā)電機(jī)燒損是其中之一。

通過(guò)研究與考察，得出發(fā)電機(jī)燒損的主要原因是由于作業(yè)發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)使冷卻氣流將空氣中的粉塵以及打磨過(guò)程中的鐵屑進(jìn)入室內(nèi)，發(fā)電機(jī)冷卻進(jìn)風(fēng)口吸入含金屬粉塵的空氣，造成發(fā)電機(jī)燒損。據(jù)統(tǒng)計(jì)，十列某型鋼軌打磨列車的30 臺(tái)作業(yè)發(fā)電機(jī)中，有13 臺(tái)發(fā)生不同程度的燒損，燒損率達(dá)43%之多，因此非常有必要對(duì)現(xiàn)有的作業(yè)發(fā)電機(jī)室結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

為過(guò)濾金屬粉塵，在作業(yè)發(fā)電機(jī)室側(cè)墻百葉窗上加裝了過(guò)濾海綿與濾網(wǎng)等過(guò)濾材料。但是過(guò)濾材料增加了空氣流通阻力，降低了冷卻空氣流量，影響作業(yè)發(fā)電機(jī)組冷卻能力，同時(shí)造成作業(yè)發(fā)電機(jī)室內(nèi)負(fù)壓很大，進(jìn)出作業(yè)發(fā)電機(jī)室的門開閉困難，存在安全隱患。為了減輕負(fù)壓，在作業(yè)發(fā)電機(jī)室頂蓋上增加了天窗。天窗的設(shè)置一定程度上減輕了負(fù)壓，但是又帶來(lái)了漏雨的問(wèn)題。因此，增加過(guò)濾材料和設(shè)置天窗，并不能很好地解決發(fā)電機(jī)燒損的問(wèn)題，必須提出更有效的改進(jìn)方案。

針對(duì)作業(yè)發(fā)電機(jī)室的改進(jìn)，主要有兩個(gè)方向的改進(jìn)思路，其一是將冷卻風(fēng)扇移到作業(yè)發(fā)電機(jī)室外，直接消除打磨作業(yè)金屬粉塵進(jìn)入室內(nèi)根源，但是這種改進(jìn)方案技術(shù)難度大、成本高，尤其是對(duì)于現(xiàn)已投入使用的十列列車進(jìn)行改造，具有很大的難度；其二是將發(fā)電機(jī)隔在一個(gè)相對(duì)比較封閉、負(fù)壓比較小的空間，這樣可以有效減少發(fā)電機(jī)所處空間內(nèi)粉塵含量，改善發(fā)電機(jī)的工作環(huán)境，增加使用壽命；同時(shí)降低柴油機(jī)冷卻空氣流通阻力，提高冷卻能力，改善柴油機(jī)工作環(huán)境條件。

本項(xiàng)目充分考慮實(shí)施的方便性、有效性、經(jīng)濟(jì)性，提出為作業(yè)發(fā)電機(jī)室增加隔墻的設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效改進(jìn)。

2 理論分析

增加隔墻后，作業(yè)發(fā)電機(jī)室被分為發(fā)電機(jī)間與柴油機(jī)間。發(fā)電機(jī)間消除了冷卻風(fēng)扇的影響，將有效改善發(fā)電機(jī)的工作環(huán)境，加上現(xiàn)有窗戶上過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)及發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口處的過(guò)濾海綿的過(guò)濾作用，進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部的循環(huán)空氣質(zhì)量將有很好的改善，直接增加發(fā)電機(jī)的使用壽命。柴油機(jī)間較改造前空氣循環(huán)空間變小，負(fù)壓情況更加惡劣，為了保證氣流量，有必要拆除柴油機(jī)間的窗戶過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)。本項(xiàng)目將設(shè)計(jì)11 個(gè)試驗(yàn)方案，通過(guò)增加隔墻前后的對(duì)比試驗(yàn)對(duì)以上的理論分析加以驗(yàn)證。

圖1 進(jìn)氣真空度測(cè)試測(cè)點(diǎn)

表1 進(jìn)氣真空度試驗(yàn)方案

表2 進(jìn)氣真空度試驗(yàn)方案 單位：Pa

3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)用到的主要儀器是智能壓力風(fēng)速風(fēng)量?jī)x。它可以通過(guò)比較兩個(gè)塑料管內(nèi)的空氣壓力得到壓力差。本試驗(yàn)將兩個(gè)塑料管的一端置于車體外側(cè)5m 外，近似代表標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；另一端放在作業(yè)發(fā)電機(jī)室內(nèi)的不同測(cè)點(diǎn)。顯示器上即可得到兩個(gè)位置的壓力差，近似作為室內(nèi)測(cè)點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓差，也就是所謂的負(fù)壓值。

4 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)

為了更準(zhǔn)確評(píng)估作業(yè)發(fā)電機(jī)室內(nèi)的負(fù)壓情況，本試驗(yàn)選取了室內(nèi)10 個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別是靠近走廊側(cè)的6 扇窗戶窗內(nèi)的中部、柴油機(jī)風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口附近、柴油機(jī)進(jìn)氣濾清器附近、發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口附近以及頂蓋天窗通風(fēng)口內(nèi)側(cè)，如圖1 所示。

5 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)分為兩個(gè)部分，第一部分是在原有基礎(chǔ)上針對(duì)過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)和車頂天窗進(jìn)行不同的組合，模擬不同的方案；第二部分是進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，增加一簡(jiǎn)易輕型隔墻，同時(shí)針對(duì)過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)和車頂天窗進(jìn)行不同的組合，提供更多的改進(jìn)可能性方案，具體方案描述如表1 所示。

6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)針對(duì)以上11 個(gè)方案分別測(cè)量了各測(cè)點(diǎn)的負(fù)壓值，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

如圖2 所示，測(cè)點(diǎn)9 反應(yīng)的是發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口附近的負(fù)壓值，是本試驗(yàn)最為關(guān)注的測(cè)點(diǎn)，也是最能反應(yīng)作業(yè)發(fā)電機(jī)室室內(nèi)平均氣壓的測(cè)點(diǎn)，不同的測(cè)量方案中，測(cè)點(diǎn)9的負(fù)壓變化值如圖2 所示。

圖2 不同方案下發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口附近的負(fù)壓變化值

7 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）方案1 測(cè)試了現(xiàn)有情況下室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的負(fù)壓值，室內(nèi)各點(diǎn)均有較大的負(fù)壓，其中發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口（測(cè)點(diǎn)9）的負(fù)壓值為－102Pa。（2）與方案 1 相比，方案 2 用塑料布蓋住天窗，室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的負(fù)壓均有明顯加大，其中測(cè)點(diǎn)6（發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口）的負(fù)壓增大了30%，這說(shuō)明在用過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)蓋住百葉窗的情況下，天窗可以很好的緩解室內(nèi)的負(fù)壓。（3）與方案1 相比，方案3 拆除柴油機(jī)間8 個(gè)濾網(wǎng)，用塑料布蓋住天窗，用塑料布蓋住發(fā)電機(jī)間4 個(gè)濾網(wǎng)，合理模擬了加裝隔墻后的室內(nèi)情況，室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的負(fù)壓有很好的改善，其中測(cè)點(diǎn)9（發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口）的負(fù)壓只有－17 Pa，只有方案1 的17%，這說(shuō)明在拆除柴油機(jī)間8個(gè)過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)，沒(méi)有天窗的情況下，室內(nèi)負(fù)壓有劇烈的下降，過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)很大程度上增加了室內(nèi)的負(fù)壓。（4）方案4 是在加裝隔墻后，保持隔墻兩個(gè)門處于關(guān)閉狀態(tài)，拆除柴油機(jī)間8 個(gè)過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)，用塑料布蓋住天窗，與方案3 沒(méi)有太大的波動(dòng)，證明了方案3 模擬的準(zhǔn)確性。加裝隔墻后，室內(nèi)的平均負(fù)壓在－20Pa 左右，基本符合工作的要求，并且可以很好地保證作業(yè)發(fā)電機(jī)間的環(huán)境質(zhì)量。（5）與方案4 相比，方案5、6 試驗(yàn)了隔墻結(jié)構(gòu)門對(duì)室內(nèi)負(fù)壓情況的影響，室內(nèi)的平均負(fù)壓值雖然沒(méi)有明顯的改變，但是建議在使用過(guò)程中還是盡量保持門關(guān)閉，可以更好保持作業(yè)發(fā)電機(jī)間的空氣質(zhì)量。（6）與方案4 相比，方案7 用塑料布蓋住了測(cè)點(diǎn)2 的百葉窗，設(shè)想在測(cè)點(diǎn)2 改成透明玻璃的情形，室內(nèi)負(fù)壓有所增強(qiáng)，由原來(lái)的－20Pa 升至－27Pa 左右。雖然負(fù)壓有一定程度的增強(qiáng)，但是－27Pa 的負(fù)壓值仍然是可以接受的范圍，這說(shuō)明增開測(cè)點(diǎn)2 處的透明玻璃完全有可能性，可以在可能的范圍內(nèi)有效改善作業(yè)發(fā)電機(jī)間的采光情況，便于工作人員的巡視。（7）方案 8、9、10 與方案 4、5、6 相比，保留了原來(lái)結(jié)構(gòu)的頂蓋天窗，室內(nèi)的負(fù)壓有一定的波動(dòng)，雖然有的測(cè)點(diǎn)波動(dòng)較大，但是作為最能代表室內(nèi)平均負(fù)壓的測(cè)點(diǎn)9，其負(fù)壓值基本保持在－20Pa 左右。這說(shuō)明在加裝隔墻、拆除柴油機(jī)間過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)的情況下，頂蓋天窗對(duì)改善室內(nèi)負(fù)壓不再有顯著的作用，完全可以取消，與此同時(shí)，取消頂蓋天窗后可以徹底解決天窗漏雨的情況，消除隱患。（8）方案11 與方案1 相比增加了隔墻，沒(méi)有其他的相應(yīng)改變，室內(nèi)平均負(fù)壓在－77 左右，不足以改善作業(yè)發(fā)電機(jī)的進(jìn)風(fēng)空氣質(zhì)量，不能改善現(xiàn)有問(wèn)題。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)方案1 與方案4 的比較，增加隔墻后，作業(yè)發(fā)電機(jī)室發(fā)電機(jī)間的平均負(fù)壓由原來(lái)的－102Pa下降為－20Pa，負(fù)壓大大降低，同時(shí)在車窗過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)、發(fā)電機(jī)進(jìn)氣過(guò)濾海綿的共同作用下，能有效避免打磨金屬粉塵進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部的可能性，改善發(fā)電機(jī)工作條件，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)壽命。柴油機(jī)間在保留車窗過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)、天窗的情況下（如方案11），平均負(fù)壓（以柴油機(jī)進(jìn)氣濾清器附近測(cè)點(diǎn)8 為例）為－110Pa，柴油機(jī)冷卻條件沒(méi)有改善；在拆除柴油機(jī)間8 個(gè)過(guò)濾海綿、濾網(wǎng)，用塑料布蓋住天窗的情況下（如方案4），負(fù)壓值降為－24Pa，證明可以大大減少柴油機(jī)冷卻空氣流通阻力，保證柴油機(jī)冷卻空氣流量，改善了柴油機(jī)工作條件。試驗(yàn)數(shù)據(jù)充分證明增加隔墻技術(shù)方案理論分析的正確性和實(shí)際工作有效性。