內(nèi)燃機車冷卻系統(tǒng)畢業(yè)論文設(shè)計

1、摘 要隨著內(nèi)燃機車向單機大功率方向不斷開展，要求機車冷卻系統(tǒng)散逸的熱量越來越 大，其性能直接影響機車的經(jīng)濟性和可靠性。由于受機車軸重和結(jié)構(gòu)空間尺寸的限制， 冷卻系統(tǒng)設(shè)計和冷卻裝置結(jié)構(gòu)布置與機車總體布置之間遇到了較大的技術(shù)難題。散熱器數(shù)量的增加，使得冷卻系統(tǒng)流程數(shù)也相應(yīng)增大，導(dǎo)致機車冷卻系統(tǒng)通水阻力和水系統(tǒng)壓 力都大幅度提高。傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)形式和散熱器結(jié)構(gòu)難以滿足大功率機車的開展要求。 在常規(guī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計方法的根底上，研究提出了多流程散熱器。該多流程冷卻系統(tǒng)具有 冷卻效率高、結(jié)構(gòu)簡單、水泵消耗的輔助功率小與冷卻系統(tǒng)部件工作可靠性高等優(yōu)點。 本文分別介紹了機車冷卻系統(tǒng)與其作用、 現(xiàn)有的幾種冷卻技術(shù)

2、以與對多流程散熱器進展 了研究與分析計算，并將三流程散熱器與單流程散熱器進展了試驗比擬。本課題針對 CKD型內(nèi)燃機車冷卻系統(tǒng)的設(shè)計要求，提出一種新型的多流程散熱器結(jié)構(gòu)方案。該方案 有效利用散熱器冷卻水與冷卻空氣的溫差，達到提高散熱量的目的。關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機車；冷卻系統(tǒng)；散熱器；流程；比照；ABSTRACTWith the developme nt of diesel lootive to sin gle high-power,the displaceme nt of motorcycle cooli ng system has bee n n eeded much larger.Its qual

3、ity affects the economy and reliability of lootive directly.Because of the lootive axle weight and constraints of space size, there are many tech ni cal problems betwee n cooli ng system desig n and cooli ng system device and the whole arran geme nt of leotive.With the in crease of the nu mber of ra

4、diators,the qua ntity of flow has in creased ,which made the water-resista nee of cooli ng system and the pressure of water system to a great exte nt.Traditi onal form of the cooli ng system and structure of radiators cannot meet requireme nts of the developme nt of high-power lootives. On basis of

5、conven ti onal method of making cooli ng system, we make multi-process radiators. These multi-process radiators have advantages of high efficiency of cooling, simple structures, little power of water pump and high reliability of cooling system. This text in troduced the cooli ng system and fun ctio

6、n of lootives,several existi ng cooli ng tech no logies and an alysis and calculati on of multi-process radiators respectively and make a tested paris on betwee n tri-flow radiators and sin gle-flow radiators.Accordi ng to the requests of desig ning a cooling system of CKD9 diesel lootive, we e up w

7、ith a stuctural program of multi-flow radiators.This program use the temperature differe nee betwee n cooli ng water and cooli ng air effectively to get the target of in creas ing displaceme nt of heat.Key words: diesel lootive;cooling system;radiator;flow;contrast;第一章緒論4第二章機車冷卻系統(tǒng)5冷卻系統(tǒng)的作用52.2冷卻系統(tǒng)的分類

8、6冷卻系統(tǒng)的主要部件6散熱器6油水熱交換器7冷卻風(fēng)扇7本章小結(jié)7第三章冷卻系統(tǒng)設(shè)計83.1現(xiàn)有的幾種冷卻技術(shù)8常規(guī)冷卻技術(shù)8雙流道散熱冷卻技術(shù)8高溫冷卻技術(shù)9干式冷卻技術(shù)9本章小節(jié)10第四章多流程散熱器的研究11結(jié)構(gòu)方案的提出11新的冷卻系統(tǒng)設(shè)計方法13通水阻力分析與沖刷腐蝕14本章小節(jié)15!未定義書簽第五章CKD9型內(nèi)燃機車用三流程散熱器設(shè)計錯誤5.1冷卻系統(tǒng)設(shè)計要求錯誤!未定義書簽。5.2冷卻系統(tǒng)方案選擇錯誤!未定義書簽。 三流程散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤!未定義書簽。 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計計算錯誤!未定義書簽。 本章小結(jié)錯誤!未定義書簽。結(jié)論錯誤!未定義書簽。謝辭錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤！未定義

9、書簽。第一章緒論冷卻系統(tǒng)是內(nèi)燃機車的一個重要組成局部，它對保證內(nèi)燃機車的正?？煽抗ぷ骶哂兄?要作用。不僅如此，隨著高速、重載大功率內(nèi)燃機車的開展，冷卻系統(tǒng)還對提高機車運行 的經(jīng)濟性具有重要意義。對內(nèi)燃機車冷卻系統(tǒng)，尤其是對單節(jié)大功率內(nèi)燃機車的冷卻裝置，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、能耗、 工藝和運營各方面提出如下要求：（1）冷卻裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、質(zhì)量輕、符合系列化要求；（2）在冷卻室中，布置合理，便于安裝、拆卸、監(jiān)測和其他設(shè)備的布置以與乘務(wù)人 員行走方便；（3）制造維修工藝性好，使用方便，本錢低；（4）盡量采用普通金屬與非金屬材料，降低有色金屬消耗量；（5）在內(nèi)燃機車運行的各種氣候條件下，冷卻裝置應(yīng)保證柴油

10、機、牽引電動機以與 冷卻系統(tǒng)中其他部件在正常熱負荷狀態(tài)下可靠的工作；（6）冷卻裝置能使柴油機在正常水溫下工作，以便使平均實際燃油消耗率和冷卻風(fēng) 扇消耗的功率達到最低限度；（7）對內(nèi)燃機車牽引電動機的冷卻系統(tǒng)，應(yīng)考慮以下各點：應(yīng)用集中或成組的空氣 濾清和通風(fēng)系統(tǒng)；牽引電動機的冷卻風(fēng)量可隨負荷與氣溫變化得到調(diào)節(jié)；采用帶自動調(diào)風(fēng) 裝置的高效能通風(fēng)機；采用空氣濾清裝置確保空氣的清潔度和降低通風(fēng)阻力；（8）散熱器的空氣進氣裝置應(yīng)具備良好的空氣動力學(xué)性能和合理的結(jié)構(gòu)形式；（9）充分利用車架間的空間，設(shè)置牽引電動機的強力通風(fēng)道；（10）使散熱器免受柴油機排出廢氣的污染；（11）采用空氣動力學(xué)性能與傳熱性能良

11、好，并易 4于在車體上布置的高效散熱器；（12） 在保持性能穩(wěn)定的條件下有高的運用可靠性和使用壽命o上述所有特點均符合下述主要經(jīng)濟要求：冷卻系統(tǒng)的制造和運用費用應(yīng)降到最低程 度。因此，就必須對結(jié)構(gòu)、動力、工藝和運用等各種因素對冷卻系統(tǒng)的制造和運用有關(guān)的 費用的影響進展技術(shù)經(jīng)濟分析，以便確定研制內(nèi)燃機車冷卻裝置時的進一步的研究任務(wù)和 方向。目前，國產(chǎn)內(nèi)燃機車的冷卻水系統(tǒng)一般分為高溫系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)。冷卻裝置通常采用 多組、模塊化、相互之間可互換的單流程散熱器結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式的突出優(yōu)點是通 用性強、互換性好、檢修方便。對于不同功率等級、不同應(yīng)用環(huán)境和不同技術(shù)要求的內(nèi)燃 機車，一般都可以通過增減

12、散熱器數(shù)量來滿足其冷卻能力要求。該冷卻系統(tǒng)的缺點是散熱 器的冷卻效率不高、機車水系統(tǒng)阻力大、工作壓力高和系統(tǒng)可靠性差。隨著內(nèi)燃機車功率的不斷提高，要求機車冷卻系統(tǒng)散逸的熱量越來越大。由于受機車 結(jié)構(gòu)空間和軸重的限制，單純依靠增加散熱器數(shù)量的方法已經(jīng)無法滿足機車的冷卻能力要 求，因此，需要對機車冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和散熱器的性能提出更高的要求，使冷卻裝置具有 咼性能、輕量化和咼可靠性。本文提出的多流程散熱器，就是在常規(guī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計方法的根底上，在散熱器內(nèi)部進 展有效分割來實現(xiàn)其結(jié)構(gòu)設(shè)計。并且在大幅度地降低散熱器通水阻力和水系統(tǒng)壓力時，通 過合理地布置多流程散熱器的冷卻水流向，增大冷卻水與冷卻空氣的平均

13、對數(shù)溫差，提高 散熱器的傳熱性能。第二章機車冷卻系統(tǒng)2.1冷卻系統(tǒng)的作用柴油機的冷卻系統(tǒng)本身即是用外界空氣冷卻柴油機水、機油、增壓空氣的冷卻裝置的 綜合體，它包括外表式熱交換器（散熱器）、風(fēng)扇裝置、空氣通道、百葉窗以與由散熱器組、 中問換熱器（用于冷卻柴油機的機油和增壓空氣）、循環(huán)泵和管路組成的水、機油循環(huán)系統(tǒng)。 其作用如下：1. 冷卻對柴油機功率的影響。柴油機工作時，燃料所含熱量的一局部40流右轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΓ?0%-30%勺熱量需由冷卻裝置散發(fā)到大氣中去。隨著柴油機功率的增大，要 求冷卻裝置散出的熱量也要相應(yīng)的增加。 所以，大功率柴油機的冷卻問題就顯得十分突出。另外冷卻水溫度過低，柴油機功率

14、也會下降。這是由于油水溫度過低將導(dǎo)致油的粘度 增大，摩擦損失隨之加大。同時，冷卻水帶走的熱量也增多，結(jié)果造成有效功率下降?？?之，柴油機冷卻水和機油的溫度均應(yīng)保持在正常的 X圍內(nèi)，柴油機方能正?？煽康毓ぷ鳌?. 增壓空氣冷卻的必要性。柴油機增壓空氣的溫度對其經(jīng)濟性與可靠性影響極大。在 柴油機零部件熱強度保持一定的條件下，為增大柴油機功率，或者在柴油機功率保持不變 的條件下，為減小柴油機零部件的熱強度與降低燃料消耗，均廣泛采用增壓空氣冷卻這一 有效措施。目前，世界各國普遍采用高增壓來提高柴油機單缸功率。四沖程高增壓柴油機 的平均有效壓力都在2-2.3MPa左右。一般說來，增壓空氣溫度每降低 10

15、C，柴油機功率 將提高2%-3%3. 冷卻對液力傳動工作油的影響。在液力傳動裝置工作過程中，各種損失的熱量使工作油溫上升，如果工作油得不到與時冷卻，如此油溫很快會超出允許X圍110C。輸入液力傳動裝置的功率越大，產(chǎn)生的熱量越多，對冷卻裝置的散熱要求也越高。如果冷卻裝 置的冷卻能力不足，如此傳動裝置的輸入功率也必然要受到工作油允許溫升的限制。具有液力制動的內(nèi)燃機車，工作油的液能在定子中被消耗而轉(zhuǎn)變成熱能，使油溫上升，然后在油水熱交換器中得到冷卻，使油溫保持在規(guī)定的X圍內(nèi)，完成將列車的動能轉(zhuǎn)變成熱量，再由散熱器散發(fā)到大氣中去。如果冷卻裝置的冷卻能力不足，如此油溫必將逐漸上 升，直到超出允許X圍。所

16、以，液力制動功率的大小也受著冷卻裝置冷卻能力的限制。4. 冷卻對電力傳動裝置工作的影響。在電力傳動內(nèi)燃機車上，各種交直流電機、整流 裝置的功率和尺寸都是由持續(xù)電流和最大電壓來決定的。持續(xù)電流的大小受電機繞組、整 流元件的允許溫度的限制。大功率電機、電器一般都要用專門的通風(fēng)裝置來冷卻，以保持 在允許的溫度下工作2。2.2冷卻系統(tǒng)的分類內(nèi)燃機車冷卻系統(tǒng)，就其冷卻方式的不同，大體可分為通風(fēng)冷卻系統(tǒng)、柴油機水冷卻 系統(tǒng)、增壓空氣冷卻系統(tǒng)與各類油機油、液力傳動工作油等的冷卻系統(tǒng)。除通風(fēng)系統(tǒng) 與空氣有關(guān)外，其余各系統(tǒng)均與水有聯(lián)系。因此，亦可將其余各系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)歸于水冷卻系統(tǒng) 內(nèi)。所以，內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)可概括為

17、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng)兩類 。1通風(fēng)冷卻系統(tǒng)：專為冷卻牽引電動機和電器而設(shè)置的。該系統(tǒng)由通風(fēng)機、進排風(fēng) 道以與空氣濾清裝置等組成。按通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征可做以下各種分類。1按通風(fēng)機的布置分類：自通風(fēng)式、獨立通風(fēng)式。2按通風(fēng)空氣進口位置分類：車內(nèi)進氣式、車外進氣式。3按通風(fēng)系統(tǒng)的供風(fēng)方式分類：單獨式、集中式、混合式。2、水冷卻系統(tǒng)：包括散熱器、中冷器、各類油水熱交換器、水泵、膨脹水箱、冷卻 風(fēng)扇、熱風(fēng)機管路與儀表等。除保證柴油機與液力傳動裝置得到必要的冷卻外，在冬季要 給柴油機與系統(tǒng)中各種件預(yù)熱，并給司機室提供取暖條件。按水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征分類。1按循環(huán)水路分：獨立循環(huán)水路系統(tǒng)、單循環(huán)水路系統(tǒng)和

18、雙循環(huán)水路系統(tǒng)。2按水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)分：不可調(diào)節(jié)式、有限調(diào)節(jié)式和自動調(diào)節(jié)式。3按水系統(tǒng)的封閉性分：開式、閉式。2.3冷卻系統(tǒng)的主要部件散熱器散熱器是內(nèi)燃機車重要部件之一。他用來冷卻柴油機的冷卻水與機油，液力傳動油的 冷卻水。散熱器應(yīng)保證水與其他被冷卻介質(zhì)的溫度維持在一定X圍內(nèi)，以使柴油機與其他裝置無論外界氣溫條件如何均能正常工作4。散熱器在內(nèi)燃機車上使用有許多不同的結(jié)構(gòu)形式：例如：管片式、強化管片式、管帶 式、板翅式鋁和雙流道散熱器等。232油水熱交換器為了保持柴油機機油的正常工作溫度，在內(nèi)燃機車上采用油水熱交換器，用冷卻水將 機油冷卻。在液力傳動內(nèi)燃機車上，也用水來冷卻傳動工作油。233冷卻風(fēng)扇

19、本章小結(jié)本章主要闡述了機車冷卻系統(tǒng)的作用、組成和主要部件。讓人們對機車冷卻系統(tǒng)的功 用和在機車中的重要作用有較為初步的了解，機車冷卻系統(tǒng)是機車柴油機發(fā)揮大功率的重 要保證。因此，機車冷卻系統(tǒng)的研究就顯的十分重要。第三章冷卻系統(tǒng)設(shè)計3.1現(xiàn)有的幾種冷卻技術(shù)近年來，國內(nèi)外對內(nèi)燃機車冷卻技術(shù)的研究有了很大開展，并取得很大成效。，諸如雙流道散熱器冷卻技術(shù)、散熱器干式冷卻系統(tǒng)以與高溫冷卻等 ?，F(xiàn)將幾種冷卻技術(shù)列舉 如下：常規(guī)冷卻技術(shù)在進展機車冷卻系統(tǒng)設(shè)計時，為了使通過散熱器內(nèi)的冷卻水流速保持在一個合理的X圍內(nèi)，通常是將整臺機車的散熱器按不同的機車冷卻水回路、不同的流程數(shù)，通過集流管 和中間管路串聯(lián)或并聯(lián)

20、的連接方式，將機車的冷卻系統(tǒng)分割成多個水流程。隨著柴油機功 率的不斷提升與冷卻裝置散熱器數(shù)量的增加，使得冷卻系統(tǒng)流程數(shù)也相應(yīng)增大，尤其在低 溫冷卻水系統(tǒng)中，流程數(shù)的增大更為明顯。以 DF4刖DFII型機車為例，這兩種機車的低溫 冷卻系統(tǒng)都是采用4個水流程。冷卻系統(tǒng)流程數(shù)的增大，導(dǎo)致了機車冷卻系統(tǒng)通水阻力和 水系統(tǒng)壓力都大幅度提高。水泵出口壓力的提高，既增加了機車水泵的輔助功率消耗，又 降低了冷卻系統(tǒng)相關(guān)零部件工作的可靠性；此外，隨著流程數(shù)的增大，通過散熱器的水溫 度會越來越低，冷卻水與冷卻空氣之間的溫差也變得越來越小，因此，散熱器所散逸的熱 量是逐級減少的，冷卻效率是逐級降低的。這樣就使得機車

21、冷卻裝置的設(shè)計難度加大。雙流道散熱冷卻技術(shù)雙流道散熱冷卻技術(shù)，所謂雙流道散熱器，就是在一個散熱器內(nèi)設(shè)有兩個相對獨立的 水腔，即低溫水腔和高溫水腔。低溫水腔布置在迎風(fēng)側(cè)，高溫水腔布置在背風(fēng)側(cè)。低溫冷 卻水和高溫冷卻水是由同一股冷卻空氣進展先后冷卻的。根據(jù)散熱器傳熱機理，散熱器的 散熱量Q是由傳熱系數(shù)K,散熱面積F和兩流體的平均溫差 t決定的其關(guān)系式為：Q* Ft提高散熱量Q,可以提高傳熱系數(shù)K,增大散熱面積F和提高平均對數(shù)溫差 t。采取有效 措施大幅度提高散熱片空氣側(cè)的放熱系數(shù)是提高散熱器傳熱系數(shù)的關(guān)鍵。就目前散熱翅片 的研究水平，空氣側(cè)的放熱系數(shù)已經(jīng)達到了較高水平。增大散熱面積F就要增大翅片距

22、和翅片深度，但是翅片距和翅片深度有一個最優(yōu)應(yīng)用X圍，不可隨意減小或增大。至于增加散熱片節(jié)數(shù)量，也要受機車結(jié)構(gòu)尺寸和重量限制。就內(nèi)燃機車冷卻系統(tǒng)而言，上下溫系統(tǒng) 的水溫和外界空氣溫度分別由柴油機和機車運用工況決定。所以散熱器冷卻水與對數(shù)溫差 t根本確定。隨著散熱器深度的增加，越往散熱器里側(cè)，冷卻水與冷卻空氣溫差越小， 冷卻空氣通過散熱器的路程越大如此傳遞的熱量越少。由于雙流道散熱器將高溫水腔布置 在背風(fēng)側(cè)，從而有效地提高了散熱器里側(cè)冷卻水與冷卻空氣的溫差，提高了散熱器里側(cè)的 熱量傳遞，使整個散熱器的冷卻能力得到充分利用，這就是雙流道散熱器提高冷卻能力的 機理6。高溫冷卻技術(shù)高溫冷卻技術(shù)，所謂高溫

23、冷卻是通過提高柴油機冷卻介質(zhì)冷卻水或機油的溫度， 來增加冷卻介質(zhì)與外界空氣之間的溫差，使之提高機車冷卻裝置的散熱能力，同時，由于 冷卻介質(zhì)與汽缸溫度縮小，減少的柴油機的熱損失，提高了柴油機的經(jīng)濟性。目前，國內(nèi) 機車常見的冷卻水溫度一般不超過 88C。據(jù)有關(guān)實驗證實，柴油機經(jīng)常在過冷狀態(tài)冷卻 水溫度在4050C丨下運轉(zhuǎn)時，其零件磨損比在一般的正常工作溫度8090C丨下運轉(zhuǎn)時 大好幾倍，從減少汽缸的腐蝕性，磨損和提高燃料經(jīng)濟性角度來看，柴油機的最優(yōu)水溫應(yīng) 在120140C左右，這樣能降低機械損失，節(jié)約燃料，改善局部負載是燃燒性能，提高效 率。同時，由于冷卻水溫度的提高，在空氣質(zhì)量流量，溫度，散熱器

24、結(jié)構(gòu)等一樣條件下， 通過散熱器散出的熱量大大增加。傳統(tǒng)機車冷卻系統(tǒng)的膨脹水箱是通大氣的，稱為半開式 循環(huán)系統(tǒng)。由于在一個大氣壓下海拔超過 3000m時，水溫在88T就會沸騰。因此，許多現(xiàn) 代機車都將冷卻水系統(tǒng)設(shè)計成封閉系統(tǒng)，通過采用系統(tǒng)加壓的方法來提升冷卻水的沸點。 根據(jù)計算，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，系統(tǒng)加壓0.05MPa水的沸點為112CC。因此，加壓有利于高溫冷卻技術(shù)。綜上所述就是高溫冷卻技術(shù)的提高冷卻能力的機理。干式冷卻：所謂干式冷卻就是在機車柴油機和冷卻水溫度比擬低時，冷卻水不進入散 熱器而全部回到特設(shè)的水箱中，或貯存在柴油機的水腔和低位置冷卻系統(tǒng)的管路中。當(dāng)冷 卻水溫度上升到設(shè)定的溫度時

25、冷卻水進入散熱器。干式冷卻系統(tǒng)仍分上下溫兩個獨立的冷 卻水循環(huán)，以適當(dāng)提高冷卻水溫度，進而提高系統(tǒng)散熱能力。干式冷卻水系統(tǒng)的特點：(1) 具有有效的防寒能力。由于柴油機不工作或油、水溫度較低時散熱器中沒有冷卻水, 因而能較有效地防止散熱器的凍裂和冷卻水凍結(jié)，使柴油機冷卻水溫度始終保持在 適當(dāng)X圍之內(nèi)。(2) 冷卻風(fēng)扇采用壓風(fēng)式布置。與吸氣式相比，壓風(fēng)式布置的冷卻風(fēng)扇所吸入的空氣溫 度低，密度大。在一樣的容積流下，較吸入風(fēng)式有更大的空氣質(zhì)量流速，因而同樣 的散熱量所消耗的功率少。(3) 干式冷卻水系統(tǒng)一般為加壓冷卻，這樣可以提高海拔地區(qū)的冷卻水沸點。既有利與 柴油機和冷卻系統(tǒng)的工作，又減少冷卻水

26、的消耗。(4) 由于散熱器呈八字形置于輔間上方，因此下方有較大的空間可以布置其他部件，有 利于機車的總體設(shè)計和輔助系統(tǒng)傳動的采用。(5) 冷卻風(fēng)扇采用輔助交流變極電動機驅(qū)動，與傳統(tǒng)的靜液壓，偶合器驅(qū)動相比裝置更 簡單，工作更方便，而且不受高寒氣候影響 。本章小節(jié)本章主要闡述了幾種常用的冷卻技術(shù)，并對幾種冷卻技術(shù)的根本工作原理以與相關(guān)的 作用作了較為簡單的闡述。根據(jù)各個冷卻技術(shù)的相關(guān)原理，列舉了各種冷卻技術(shù)的優(yōu)點， 上述幾種冷卻技術(shù)都在實際運用中得到了較好的效果。1)多流程散熱器的研究4.1結(jié)構(gòu)方案的提出隨著內(nèi)燃機車功率的不斷提高，要求機車冷卻系統(tǒng)散逸的熱量越來越大。由于受機車 結(jié)構(gòu)空間和軸重的

27、限制，單純依靠增加散熱器數(shù)量的方法已經(jīng)無法滿足機車的冷卻能力要 求，因此，需要對機車冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和散熱器的性能提出更高的要求，使冷卻裝置具有 高性能、輕量化和高可靠性。為適應(yīng)目前機車市場的使用需求，在現(xiàn)有內(nèi)燃機車冷卻技術(shù) 和散熱器制造技術(shù)的根底上，進一步提高機車冷卻系統(tǒng)的冷卻能力、提高系統(tǒng)工作可靠性 和降低能源消耗方面在進展跟詳細地研究，從而提出了機車多流程散熱器的結(jié)構(gòu)方案的設(shè) 想。提高散熱器的冷卻能力，主要是通過增加散熱器的傳熱面積、提高散熱器的傳熱系數(shù) 和提高散熱器冷卻介質(zhì)的平均對數(shù)溫差來實現(xiàn)的。本文提出的多流程散熱器，就是通過將 散熱器沿深度方向冷卻空氣的流動方向分隔成有順序的、相互獨

28、立的2個與2個以上的流程。通過合理的布置冷卻空氣與同一個冷卻系統(tǒng)的冷卻水的流動方向和流動秩序，可 以更有效地利用冷熱介質(zhì)的溫差，提高散熱器單位質(zhì)量和單位體積的散熱量，達到提高冷 卻系統(tǒng)冷卻效率的目的。圖4-1和圖4-2為兩種結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4-1兩流程散熱器結(jié)構(gòu)示意圖雙流道散熱器冷卻技術(shù)，是某某內(nèi)燃機車研究所開發(fā)的一項內(nèi)燃機車冷卻裝置新技術(shù),1994年通過鐵道部機車車輛工業(yè)總公司鑒定。該種散熱器于 1987年3月和1989年9 月分別裝于ND2型191號和037號機車上,1990年10月和1991年4月裝于東風(fēng)9型0001 號和0002號機車上,1992年11月和1993年6月又將雙流道散熱器

29、裝于東風(fēng) 11型0001 號和0002號機車上。臺架試驗、水阻試驗和實際運用明確，雙流道散熱器冷卻技術(shù)對提高散熱器冷卻能力、減少冷卻裝置長度與降低冷卻裝置本錢有明顯效果。資陽內(nèi)燃機車廠、 某某內(nèi)燃機車研究所等散熱器生產(chǎn)廠家和單位均采用了這一新技術(shù)9 o圖4-2 三流程散熱器結(jié)構(gòu)示意圖多流程散熱器本身就是同一個散熱器內(nèi)實現(xiàn)了冷卻水系統(tǒng)的全部流程數(shù)。因而，解決 了常規(guī)冷卻系統(tǒng)單純依靠機車集流管與不同管路連接方式來實現(xiàn)水系統(tǒng)流程數(shù)的弊端，例 如：冷卻水的循環(huán)度過長；通水阻力增加；水泵出口壓力高等弊端。為了便于說明多流程散熱器能夠有效提高其對數(shù)平均溫差的依據(jù)，我們選取了三流程 散熱器與三個串聯(lián)的單流程

30、散熱器的合架性能試驗結(jié)果，利用傳熱學(xué)NUT的方法，分別計算出兩種冷卻系統(tǒng)等效單元的散熱大小。表4-1兩種冷卻系統(tǒng)的等效單元散熱器序項目3個串聯(lián)單流程散熱器3個并聯(lián)三流程第1流程 第2流程 第3流程散熱器1空氣流速/kg s 卅-110 10 10 102水流量/ m h3散熱器組數(shù)11134-1水流速/ m s11 1 15傳熱系數(shù)/ kw (m-k)-16進氣溫度/ °c404040407進水溫度/c7875.2172.6378X117.78kw,比 3 個從表4-1可以看出，3個并聯(lián)三流程散熱器標(biāo)準(zhǔn)樣件的總散熱量為 并聯(lián)單流程散熱器的散熱量108.56kw約高出8%此外，根據(jù)散熱

31、器臺架試驗結(jié)果可知，三流程散熱器在水速為1 m/s時的水阻力為0.0175Mpa,單流程散熱器為0.034Mpa所以三流程散熱器水阻力比 3個串聯(lián)單流程散熱 器約降低3.83%。圖4-3和圖4-4為兩種等效單元水流程示意圖。冷卻水進口圖4-3 3個并聯(lián)三流程散熱器標(biāo)準(zhǔn)樣件等效單元的水流程示意圖出鳳側(cè)出風(fēng)側(cè)出鳳側(cè)水進口水岀口t進鳳傅進鳳側(cè)出風(fēng)側(cè)t圖4-4 3個串聯(lián)單流程散熱器等效單元的水流程示意圖4.2新的冷卻系統(tǒng)設(shè)計方法對于常規(guī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計方法而言，主要是根據(jù)機車冷卻系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，并結(jié)合現(xiàn) 有常規(guī)散熱器的臺架性能試驗結(jié)果和冷卻風(fēng)扇氣動性能試驗結(jié)果，進展機車冷卻系統(tǒng)的傳 熱性能設(shè)計計算和冷卻

32、消耗功率設(shè)計計算。對于多流程散熱器的冷卻系統(tǒng)設(shè)計計算而言，常規(guī)的設(shè)計方法還不能直接應(yīng)用。其主 要技術(shù)關(guān)鍵是多流程散熱器傳熱性能參數(shù)確實定和冷卻系統(tǒng)的性能匹配問題。對常規(guī)散熱 器而言，其傳熱性能參數(shù)確實定通常是依賴試驗來完成的。但對于多流程散熱器，目前還 沒有相應(yīng)的散熱器專業(yè)試驗臺能夠?qū)ζ溥M展有效地測試，用傳熱學(xué)理論計算的方法又難以 計算準(zhǔn)確。因此，研制多流程散熱器的關(guān)鍵，就是首先要研究探討出一種適用于多流程散 熱器冷卻系統(tǒng)設(shè)計計算的方法和散熱器傳熱性能參數(shù)確定的方法。由于受多流程散熱器結(jié) 構(gòu)所限，就目前散熱器試驗臺的設(shè)備和測試儀器的水平，還不能有效測試出散熱器流程之 間的空氣溫度和水溫度的數(shù)值

33、，因而多流程散熱器各流程的傳熱系數(shù)也就無法計算出來。 如何在現(xiàn)有試驗臺設(shè)備條件的根底上，能夠比擬準(zhǔn)確的計算出多流程散熱器的傳熱性能是 研究的關(guān)鍵技術(shù)問題。通過對現(xiàn)有的散熱器臺架試驗報告進展分析與大量的散熱器傳熱性能設(shè)計計算結(jié)果 進展的比擬得出：多流程散熱器與同樣芯體結(jié)構(gòu)的單流程散熱器在傳熱性能方面存在著一 定必然的聯(lián)系。那三局部散熱器并不是三流程散熱器，因為在那里還沒有考慮到流傳體的流動次序的 影響因素。只是通過計算用來說明，散熱器分快計算與整體計算的差異與相關(guān)性通過比照 計算得出：分快計算散熱器的傳熱系數(shù)搖臂整體散熱器試驗傳熱系數(shù)高約 3%散熱器的通水阻力主要由散熱器冷卻管的沿程損失hl和散

34、熱器進出口的局部損失 hm構(gòu)成。以三流程散熱器標(biāo)準(zhǔn)樣件和常規(guī)散熱器為例，在保持其原有進出口結(jié)構(gòu)尺寸不變和 一樣的散熱器水流速度條件下，通過三流程散熱器的冷卻水流量僅為單流程散熱器的1/3 o另一方面，由于采用三流程散熱器的冷卻系統(tǒng)，取消了用于分隔流程的中間連接收路，縮 短了冷卻水在機車冷卻系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)長度， 減少了管路的沿程損失，提高水泵的工作效率， 減少機車的輔助功率消耗。沖刷腐蝕是金屬與腐蝕性流體之間由于高速運動而引起的金屬破壞現(xiàn)象，是機械性沖 刷和電化學(xué)腐蝕交互作用結(jié)果。當(dāng)流體中混人固相顆粒時既構(gòu)成所謂的液/固雙相流沖刷腐蝕，它是引起石油、化工、水利電力、礦上和濕法冶金等行業(yè)中各種泵、閥

35、、管道等過 流不見大量損壞的重要原因。沖刷腐蝕是一個很復(fù)雜的過程，影響因素眾多，概括起來主要包括材料冶金 、環(huán) 境和流體力學(xué)三個方面，過去人們通過失重實驗以與引入的各種流體條件下電化學(xué)測試技 術(shù)對前兩個方面因素的影響規(guī)律有了較深入的研究，并進而開展了沖刷和腐蝕交互作用的 研究，以期揭示沖刷腐蝕的本質(zhì)。相對而言，流體力學(xué)因素的影響研究較為膚淺。因而， 無論是沖刷腐蝕實驗結(jié)果的預(yù)測，還是沖刷腐蝕激勵的深入闡述，都受到限制；對重復(fù)試 驗所產(chǎn)生的較大誤差也比擬難解釋和控制。流體力學(xué)因素一般通過改變沖刷強度大小或傳質(zhì)過程來影響沖刷腐蝕性能。最終要的 參數(shù)包括：流體流態(tài)、攻角、顆粒性質(zhì)種類、硬度、顆粒濃度

36、、顆粒度與分布、顆粒形 狀、可破碎性密度以與外表粗糙度等、流體性質(zhì)黏度密度等11。高流速往往引起嚴重的沖刷腐蝕，許多材料、介質(zhì)體系尤其是帶膜材料往往存在臨界 速度，超過此流體會使材料流失突然增大，因此，臨界速度對于工程設(shè)計無疑是十分重要 的。本文提出的多流程散熱器在一樣的機車使用條件下。由于機車的冷卻水系統(tǒng)的流體性 質(zhì)、顆粒性質(zhì)，散熱器的材料和使用環(huán)境等因素都可以看成是一樣的影響因素，為此，對 沖刷腐蝕影響最大的因素就是流體的流態(tài)改變。同樣上述三六散熱器為例，由于通過散熱 器進口的水量已降為單流程散熱器的1/3，因而將大幅度地降低了散熱器進口水流速，既改變了流體的流態(tài)，因而能夠減輕冷卻水對散熱器管子端部的沖擊，防止了水流速突變造 成的散熱器管子端部的沖刷腐蝕破壞，因而，多流程散熱器可以提高工作可靠性以