和諧型大功率電力機(jī)車?yán)鋮s塔過(guò)濾網(wǎng)設(shè)計(jì)

和諧型大功率電力機(jī)車?yán)鋮s塔過(guò)濾網(wǎng)設(shè)計(jì)摘要：冷卻塔過(guò)濾網(wǎng)將安裝在冷卻塔內(nèi)部，用于解決其換熱器堵塞，難以清洗的問(wèn)題，此過(guò)濾網(wǎng)具有易安裝，易維護(hù)，易清洗的特點(diǎn)。通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證，安裝過(guò)濾網(wǎng)對(duì)換熱器的影響在允許范圍之內(nèi)。關(guān)鍵詞：過(guò)濾網(wǎng);機(jī)車?yán)鋮s塔;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;散熱性能Abstract:Thecoolingtowerfilterswillbeinstalledinsidethecoolingtower,heatexchangerisusedtosolvetheblockage,difficulttoclean,thisfilterareeasytoinstall,easytomaintain,easytocleancharacteristics.Verifiedbycalculation,thefilterisinstalledontheheatexchangerwithintheallowablerange.Keywords:filter;locomotivecoolingtower;structuraloptimization;thermalperformance中圖分類號(hào)：TU8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）01-0020-021引言近階段，我國(guó)自主研制開(kāi)發(fā)了9600千瓦大功率電力機(jī)車。如此大功率的機(jī)車，對(duì)于機(jī)車主變流元器件散熱有非常嚴(yán)格的要求。由于我國(guó)北方具有獨(dú)特的生態(tài)地理環(huán)境與氣候條件，每到春夏交替之季，空中會(huì)有許多的柳絮等雜質(zhì)。機(jī)車?yán)鋮s塔上部與火車頂蓋相通，機(jī)車在運(yùn)行之中就會(huì)不可避免的吸入許多的柳絮等雜物，對(duì)冷卻塔的散熱效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，必須對(duì)換熱器進(jìn)行清潔，然而機(jī)車機(jī)械間操作空間狹小，不便于維護(hù)，柳絮等雜物附著在換熱器上也十分難以清洗。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)了冷卻塔過(guò)濾網(wǎng)，從而加強(qiáng)了冷卻塔的使用壽命，同時(shí)過(guò)濾網(wǎng)本身具有易安裝，易維護(hù)，易清洗，可拆卸等特點(diǎn)。通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證，安裝過(guò)濾網(wǎng)對(duì)冷卻塔的散熱能力沒(méi)有影響。2過(guò)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)濾網(wǎng)安裝在風(fēng)機(jī)出風(fēng)方向，換熱器表面。如圖1所示：換熱器的上表面長(zhǎng)為1294，寬為1014，機(jī)架下端面與換熱器接觸表面長(zhǎng)為1277，寬為994，另外在機(jī)架內(nèi)還焊接有4個(gè)風(fēng)機(jī)支撐座，其與換熱器上表面距離為28，風(fēng)機(jī)電機(jī)與換熱器上表面距離為189。在如此苛刻的條件下，需要在換熱器上安裝過(guò)濾網(wǎng)板，其結(jié)構(gòu)要求十分嚴(yán)格。圖1過(guò)濾網(wǎng)安裝位置示意圖本次設(shè)計(jì)采取4塊網(wǎng)板的結(jié)構(gòu)形式。簡(jiǎn)圖如圖2所示。圖2過(guò)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖此方案解決了網(wǎng)板太大的問(wèn)題，網(wǎng)板分成了4塊小的網(wǎng)板，分別為左前網(wǎng)板，右前網(wǎng)板，左后網(wǎng)板，右后網(wǎng)板。另外增加了橫梁槽鋼以對(duì)過(guò)濾網(wǎng)板進(jìn)行固定。左前網(wǎng)板與右前網(wǎng)板結(jié)構(gòu)一致，并在一短邊框上開(kāi)腰孔。腰孔寬16，直徑為6。左后網(wǎng)板與右后網(wǎng)板的結(jié)構(gòu)也一致，且在一長(zhǎng)邊框上開(kāi)腰孔。腰孔寬16，直徑為6。換熱器的支腳數(shù)目為4，為安裝橫梁槽鋼以及支撐前網(wǎng)板所用。橫梁槽鋼上開(kāi)有8個(gè)M5螺紋孔，分別對(duì)應(yīng)網(wǎng)板上的腰孔。大塊網(wǎng)板長(zhǎng)680，寬630。小塊網(wǎng)板長(zhǎng)630，寬300。邊框的結(jié)構(gòu)為U型不銹鋼片中間加壓板和過(guò)濾篩網(wǎng)鉚接成一體。另邊框外圍套橡膠墊，各處支腳經(jīng)過(guò)折彎處理，防止過(guò)濾網(wǎng)板對(duì)換熱器翅片進(jìn)行損壞。其他具體尺寸與安裝尺寸參照過(guò)濾網(wǎng)板結(jié)構(gòu)圖2。四塊網(wǎng)板結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)在于易安裝，易拆卸。增加了橫梁槽鋼，解決了過(guò)濾網(wǎng)無(wú)法固定的問(wèn)題，使得網(wǎng)板能固定在換熱器的上表面，在機(jī)車運(yùn)行時(shí)不會(huì)進(jìn)行橫向與縱向的移動(dòng)。3冷卻塔換熱器散熱能力計(jì)算過(guò)濾網(wǎng)安裝在換熱器表面上，這無(wú)疑對(duì)換熱器的散熱能力造成一定的影響。下面通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證安裝過(guò)濾網(wǎng)對(duì)換熱器的影響是否在允許范圍之內(nèi)。3.1冷卻塔技術(shù)要求：3.11設(shè)計(jì)要求冷卻塔在規(guī)定環(huán)境條件下運(yùn)行，未安裝過(guò)濾網(wǎng)時(shí)冷卻塔要達(dá)到的設(shè)計(jì)要求。主變流器換熱功率：125kW入口溫度：+62.5出口溫度：+55.0冷卻液的循環(huán)量：17.2m3/h主變壓器散熱功率：168KW入口油溫：82.5冷卻介質(zhì)：45#變壓器油冷卻液的循環(huán)量：40m3/h進(jìn)口空氣溫度：40冷卻空氣流量：10.5m3/s靜壓:1600Pa3.2驗(yàn)證是否對(duì)冷卻塔造成較大影響空氣總溫升：水路空氣溫升：油路空氣溫升：在未裝過(guò)濾網(wǎng)時(shí)，冷卻塔能滿足前面所提出的技術(shù)要求。在空氣流量為10.5m3/s的狀況下，空氣進(jìn)口溫度設(shè)為40，冷卻液離開(kāi)變流器最高溫度為62.4，冷卻液進(jìn)入變流器最高溫度為55。（以下變量下標(biāo)w，o分別代表水路、油路。）3.2.1額定點(diǎn)的空氣溫升計(jì)算水路冷卻液溫升計(jì)算：變壓器油溫升計(jì)算：計(jì)算平均溫壓：3.2.2額定點(diǎn)過(guò)濾網(wǎng)壓力損失計(jì)算當(dāng)換熱器表面安裝過(guò)濾網(wǎng)時(shí)。由實(shí)際測(cè)量可以得知，過(guò)濾網(wǎng)的面積為1.05m2。已知條件當(dāng)流量為10.5m3/s時(shí)，通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)的空氣速度為：由過(guò)濾網(wǎng)供應(yīng)廠家提供過(guò)濾網(wǎng)阻力系數(shù)為：=0.2過(guò)濾網(wǎng)的壓力損失為：(40時(shí)空氣密度為1.12kg/m3)3.2.3換熱器流道內(nèi)實(shí)際風(fēng)速由風(fēng)機(jī)特性曲線可以知道，在安裝過(guò)濾網(wǎng)后，風(fēng)機(jī)實(shí)際靜壓需達(dá)到1611.2Pa。此時(shí)對(duì)應(yīng)的空氣流量為實(shí)際流量。Q實(shí)=10.42m3/s在實(shí)際流量時(shí)，換熱器內(nèi)空氣流速計(jì)算公式為：通道的橫截面積為：V=10.42/0.8692=12m/s.3.2.4換熱系數(shù)計(jì)算3.2.4.1雷洛數(shù)計(jì)算換熱器流道當(dāng)量直徑為：10-3m3根據(jù)空氣熱物力性質(zhì)表，水路平均溫度為45時(shí)，根據(jù)差值法算得：17.5410-6m2/s則有水路空氣側(cè)雷洛數(shù)：Rew=2340油路平均溫度為57時(shí)，根據(jù)差值法算得：18.7110-6m2/s則有油路空氣側(cè)雷洛數(shù)：Reo=2193.43.2.4.2努賽爾數(shù)計(jì)算由換熱器設(shè)計(jì)可知，L/De=360/3.42=105.250,且空氣平均溫度，與壁面溫度相差不大，不考慮熱流方向的影響，對(duì)直通道本次設(shè)計(jì)計(jì)算努賽爾數(shù)采用下面的表達(dá)式：水路平均溫度為45時(shí)，根據(jù)差值法算得：Prw=0.710則有：=0.02323400.80.710.4=10.08水路平均溫度為45時(shí)，根據(jù)差值法算得：w=2.7510-2W/mk換熱系數(shù)為：W/（m2k）那么冷卻塔在預(yù)留15%的余量之后，所需要的散熱面積為：油路平均溫度為57.47時(shí)，根據(jù)差值法算得：Pro=0.709則有Nuo=0.023=0.0232193.40.80.7090.4=9.48油路平均溫度為57.47時(shí)，根據(jù)差值法算得：o=2.8310-2W/mk換熱系數(shù)為：W/（m2k）那么冷卻塔在預(yù)留15%的余量之后，所需要的散熱面積為：3.2.5換熱器理論面積與實(shí)際面積對(duì)比由設(shè)計(jì)尺寸可知，換熱器實(shí)際的散熱面積為。F1為水路實(shí)際散熱面積，F(xiàn)2為油路實(shí)際散熱面積。通過(guò)計(jì)算可知F1Fw，F(xiàn)2Fo。即冷卻塔在安裝過(guò)濾網(wǎng)后對(duì)冷卻塔的散熱效果不影響。4結(jié)論冷卻塔增加過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾效果良好，能過(guò)濾掉柳絮、煤灰等雜物，保護(hù)了換熱器，延長(zhǎng)了冷卻塔使用壽命。過(guò)濾網(wǎng)制造簡(jiǎn)單，成本低廉，使用起來(lái)十分方便。以往需要使用很長(zhǎng)的時(shí)間才能將冷卻塔換熱器清理干凈，增加了過(guò)濾網(wǎng)板后，可以直接將網(wǎng)板拿出車外清洗，不但大