内燃机车冷却系统

内燃机车冷却系统日期：2007-7-9来源：中华铁道网内燃机车冷却系统（diesellocomotivecoolingsystem）内燃机运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等的温度均会不断地升高，若不加以冷却，将要影响到柴油机及传动装置的功率发挥，工作效率下降，润滑油老化变质，破坏润滑，影响机车零部件的使用寿命，甚至损坏。因此，在内燃机车上采取必要的冷却措施，设置一些装置来保证柴油机、传动装置工作时所产生的热量能及时适度地排放到大气中去，使其温度维持在允许的范围内，以改善零部件的热强度和润滑状况，提高内燃机车工作的经济性和可靠性，延长其使用寿命，这就是内燃机车冷却系统的主要任务。内燃机车的冷却，除电机、电器的通风冷却与空气有关外，其余柴油机冷却水、增压空气、润滑油和液力传动装置传动油等的冷却均与水有关。因此，内燃机车的诸多冷却，可概括分为通风冷却系统和水冷却系统两类。通风冷却系统为冷却主发电机、牵引电动机和电器专门设置的系统。该系统由通风机、进、排风道以及空气滤清装置等组成。按通风系统的结构特征可分为：自通风式、独立通风式、车内进气式、车外进气式、单独式、集中式和混合式等。自通风式是指通风机在牵引电机内部，安装在电机轴上。独立通风式是指通风机与电机分开安装。牵引电机、电器车内进气的空气温度比大气温度要高，显然，车外进气式牵引电机、电器的散热条件比车内进气式优越。因此，现代内燃机车多采用车外进气式，但在设计上要预先考虑到在恶劣气候条件下改为车内进气的临时措施。内燃机车电机通风系统有三种供风方式：①单独式。主发电机、牵引电动机和硅整流装置各有单独的通风机供给冷空气。②混合式。主发电机和硅整流装置各有一台通风机供给冷空气，而两组牵引电动机则分别有两台通风机集中供给冷空气。中国东风11型内燃机车采用类似混合式的通风方式，其不同点在于主硅整流柜与主发电机的通风串联在一起，共用一台通风机冷却。③集中式。主发电机、整流装置和牵引电动机均由一台集中通风机供风。集中通风系统的优点是通风机驱动装置简化，驱动装置的质量减轻，尺寸减小，占用空间少，同时可采用高效率、大容量通风机。其缺点是风道长，流动阻力大，驱动装置消耗功率也相应增大。在通用系统中普遍采用网式空气滤清器，也有用旋风式除尘器、玻璃纤维或氯丁橡胶纤维制成的空气滤清器等。空气滤清器安装在车体的侧壁上，安装位置与通风方式和进气系统有关。水冷却系统为冷却柴油机的冷却水、润滑油、增压空气和液力传动机车的传动油专门设置的系统。按水冷却系统的结构特征可分为∶①按循环水路分有独立循环水路、单循环水路和双循环水路系统。独立循环水路系统是指柴油机冷却水、润滑油和增压空气的冷却水分别有各自单独的循环水路系统。单循环水路系统是指柴油机、机油热交换器和增压空气的中冷器合用一个循环水路。双循环水路系统中柴油机冷却水为一个循环水路.称为主（高温）循环水路；而机油热交换器和中冷器的冷却水为另一个循环水路，称为次（低温）循环水路。在两个循环水路各有一个水泵，分别称为主水泵和次水泵。②按水温调节分有不可调节式、有限调节式和自动调节式三种。有限调节式为采用离合器驱动冷却风扇，根据冷却水的水温，确定离合器合上或者分离,使冷却风扇转动或者不转动来进行冷却。自动调节式是根据冷却水温度的变化，相应地改变冷却水的流量（冷却水分流），或改变冷空气的流量（改变百叶窗调节片的开度，调节冷却风扇叶片角度，或改变冷却风扇转速），或者采用两种调节方法共同使用的联合调节方式，以使冷却水温度稳定在某一最佳的范围内。③按水系统的封闭性分有开式和闭式两种水循环系统。开式水循环系统是指整个水冷却系统不承受附加压力，水系统中残存的气体由膨胀水箱排往大气。开式水循环系统允许最高水温不得超过360K.中国生的的各型内燃机车大部分采用开式水循环系统。闭式水循环系统是指该系统不与大气相通，并给系统施加一定的压力，这样可提高水的沸点。系统附加压力寸为0.04MPa时水的沸点为382K；附加压力为0.1MPa时水的沸点为394K。这种利用提高水的沸点，来强化内燃机车冷却效果的方法称为高温冷却。在采用高温冷却的内燃机车上，多采用双循环水路冷却系统。闭式高冷却水系统专为冷却柴油机气缸套、气缸盖等部件之用。柴油机出口水温的最高允许值从目前的360K提高到380K～400K。另一个开式水循环系统用来冷却机油及增压空气。采用高温冷却，可使散热器单节的平均温差提高0.8～1.5倍，在冷却风扇功率保持不变的情况下，可相应地减少散热器单节数目。这点对于大功率内燃机车尤为重要。目前，高温冷却在国际上已广泛应用，中国生产的东风6型内燃机车也采用高温冷却。闭式高温冷却水系统产生压力的方法有三种：①在闭式高温冷却系统中增设活塞式辅助泵，膨胀水箱的水经吸水阀进入水泵，加压后经压水阀进入散热器，多余的水经吸排水阀和蛇形凝汽空流入膨胀水箱。此方法比较复杂。②利用膨胀水箱蒸汽空气垫产生压力。膨胀水箱上部空间的蒸汽和空气的压力，随水温上升而升高，直至蒸汽空气阀动作为止。系统内压力由蒸汽空气阀调节。此方法简单，只需要添加一个蒸汽空气阀即可。但缺点是水循环管路内不但有汽囊存在，而且在蒸汽空气间动作时，要损失一部分冷却水。③利用机车制动系统的压缩空气进入膨胀水箱，用减压阀使膨胀水箱压缩空气保持一定的压力。此法简便易行，世界上许多国家的内燃机车都有采用此方法，一般开式水冷却系编印可方便地转变成闭式高温冷却系统。高温冷却与通常中温冷却相比，其明显优点是有色金属和冷却风扇功率消耗降低。当最高冷却水温从360K提高到390K时,可使散热器单节数目减少40%，而冷却风扇功率消耗只有中温冷却的30%。高温冷却时，柴油机在低负荷工况下气缸内的温度比中温冷却时要高，这不但有利于柴油机低负荷工况下燃烧状况的改善，而且缸套的热变形和穴蚀状况亦有所减弱。它的缺点是柴油机零件热强度增大，机油温度升高，加速其老化，油膜易破坏，磨损加剧。所以，采用高温冷却，对柴油机机油、活塞环与缸套的配合间隙和加工精度、散热器单节的焊接质量及高温冷却闭式水系统的密封性等提出了更高有要求。内燃机车冷却水系统流程见下图。系统为开式双循环,冷却水最高工作水路为88℃。冷却水系统由冷却水泵、中冷器、机油热交换器、散热器、冷却风扇、静液压油热交换器、膨胀水箱、阀门管路及仪表等组成。①高温水循环系统。柴油机工作时驱动高温水泵.将冷却水压入柴油机左、右两侧气缸套和气缸盖及柴油机前、后涡轮增压器出气壳。冷却后出来的热水汇合进入散热器，被冷空气冷却后经止回阀又回到高温水泵.②低温水循环系统。柴油机工作时低温水泵转动，将冷却水送入前、后中冷器，机油热交换器出来的热水在散热器被冷空气冷却后，进入静液压油热交换器，最后经逆止阀又进入低温水泵。③冬季司机室需要取暖和燃油需要预热时，可打开柴油机热水总管中的截止阀，使部分热水进入司机室的热风机和燃油预热器，出来的热水流回高温水泵吸水管。膨胀水箱安装在水冷却系统的最高处,它的作用是给冷却水系统自动补水（水的泄漏、蒸发），清除系统中产生的汽泡和使冷却水受热后有膨胀的余地等。管片式散热器由连接箱、扁铜管、管板、支撑管、侧护板等组成。扁铜管和散热片组成散热器的冷却芯。散热片上冲有许多小凸球或其他的结构形状，以增强空气统湍流特性，提高传热系数。冷却芯两端焊接在补强板和管板的扁孔内，两端的连接箱和管板焊接，连接箱与管板之间构成的空间，为冷却水进、出流动的水腔。散热器通常呈V形布置，安装在机车冷却室钢骨架的集流管上。内燃机车上使用的散热器有管片式、强化型管片式，管带式、板翅式（铝）和新型管带式双流道散热器等。内燃机车散热器采用单节型式,有利于内燃机车配件的标准化，给制造检修部门带来方便。检修时如发现损坏，可更换有关单节。不同功率的机车可采用不同数量或者不同结构而安装尺寸相同的单节，这对制造检修部门非常有利。内燃机车上所用散热器单节数目的多少，要根据机车功率的大小、应散走的热量多少计算而定。冷却风扇为扭曲叶片的轴流式风扇。由轮毂、叶片、流线罩组成，有钢板焊接结构和整体铸造结构两种，内燃机车的高温、低温水冷系统，各有一个冷却风扇。风扇组装后需对风扇半径、中片顶部之间的距离、顶部的高度及安装角进行检查，并进行静平衡和超速试验。冷却风扇安装在冷却室钢结构的顶部，与两侧的散热器构成V字形空间。当冷却风扇转动时，将冷空气从撤热器机外侧吸进，并穿过散热片与散热器的热水进行热交换，然后向车顶排出。