CN101150007B - 交流传动电力机车用模块化冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种交流传动电力机车用模块化冷却装置，包括过渡风筒、膨胀水箱、干燥器、上箱体、冷却水泵、下箱体、安装座、变压器副油箱、冷却风机组、整体式水-油散热器等部件，冷却风机组和整体式水-油散热器经过系统匹配计算，水-油散热器采用整体式结构，由两个隔开的液体回路组成，分隔阻热腔贯穿整个散热器，通过各自的液体回路分别与主变流器和变压器连接。整体式水-油散热器的冷却芯体采用板翅式结构或管带式结构。该装置结构紧凑，匹配合理，具有良好的换热能力和较低的空气压力损失，制造工艺简单，节约能源，降低成本，便于维护，采用降噪措施适当，产品环境效益好。

Description

交流传动电力机车用模块化冷却装置

技术领域：本发明涉及一种交流传动电力机车变压器和主变流器冷却系统用模块化冷却装置，属于换热技术领域。

背景技术：我国铁路从上个世纪90年代中期开始逐步引入电力机车牵引，直到2004年，一直采用的是直流传动技术。为了解决国民经济快速发展与铁路运力严重不足的矛盾，2004年铁道部开始了大规模的技术引进工作，我国铁路牵引用电力机车开始进入交流传动时代。交流传动电力机车利用变压器将电网25kV高压电调节成低压电，再利用主变流器对上述低压电整流逆变，以满足机车上不同电机、电器在不同工况下的运用需要。变压器和主变流器的电器元件在工作中会产生热损耗，散发出大量的热量，为了保证变压器、主变流器正常工作，必须采用合适的冷却介质将变压器和主变流器电器元件产生的热量带走。目前国内外通常采用油作为冷却介质冷却变压器，采用水与乙二醇的混合液作为冷却介质冷却主变流器，然后再利用外部冷却装置对该冷却介质进行二次冷却，交流传动电力机车模块化冷却装置就是上述所称的二次冷却装置。该冷却装置通常包括：冷却风机和风机驱动电机组成的风机组、水散热器、油散热器、安装架等几大关键部件。通常，机车制造厂向冷却装置不同的部件供应商分别提出设计要求，订购上述部件后，再进行组装。这就带来如下问题：(1)风机、散热器供应商按要求只提供产品在额定工况下的性能，冷却装置缺少整体匹配计算，致使匹配不合理，一方面可能散热能力不足，满足不了要求；另一方面可能设计保守，造成能源浪费。(2)由于水散热器和油散热器是两个不同的部件组装在一起后再安装在安装架内的，水散热器和油散热器之间留有一定的安装距离，两个散热器芯体内对应的通风腔道不可能精确对中。因此，冷却装置工作时，冷却空气从该装置一侧进入，先后经过水散热器和油散热器时，会在水散热器与油散热器之间的通道内产生涡流，增加冷却空气的压力损失，最终增加机车的辅助功率消耗。并且随着使用时间的推移，在水散热器和油散热器之间的通道内容易积聚灰尘，严重影响散热器的换热能力和通风性能。如果不对水散热器和油散热器拆解，不能清除此处这些灰尘。因此，这种结构不利于保证散热器的换热性能，增加了辅助功率消耗，且不便于使用维护。另外，水散热器和油散热器分离，体积较大，结构复杂，不紧凑。(3)因整个装置各部件没有经过合理匹配，可能造成噪音超标，影响产品的环境效益。

发明内容：本发明的目的在于：为铁路运输用交流传动电力机车提供一种换热能力强、可靠性高、噪音低、辅助功率消耗少、维修方便的高度集成的模块化冷却装置，替代进口件，在铁道部技术引进的电力机车上装车，满足进口机车配件国产化的要求。同时解决目前电力机车复合式散热器空气压力损失高、辅助功率消耗大、不易维护等问题。

本发明交流传动电力机车用模块化冷却装置包括经整体设计的过渡风筒、膨胀水箱、冷却水泵、变压器副油箱、干燥器，冷却风机组和整体式水-油散热器由上至下依次排列，冷却风机组安装在冷却装置上箱体内，整体式水-油散热器安装在冷却装置下箱体内或安装座上；或直接将上箱体各部件安装在整体式水-油散热器上，整体式水-油散热器再安装在安装座上。经整体设计的接线盒、继电器、注油孔、检修窗设在冷却装置箱体外壳相应的位置上。工作时冷却空气从机车上部由风机吸入，经过整体式水-油散热器，最后排向机车底部。

所述的整体式水-油散热器的冷却芯体可以是板翅式结构，由相间的隔板构成液体通道，液体通道的中部设有分隔阻热腔，其上部依次设有水封条和水侧扰流片，构成水流通道，其下部依次设有油封条和油侧扰流片，构成油流通道，相邻的液体通道间设有与其相连的空气侧散热翅片，其两端设有空气侧封条。

所述的整体式水-油散热器的冷却芯体也可以是管带式结构，管带式芯体为带有内加强筋或扰流片的无缝扁管构成液体通道，相邻的液体通道间设有与其相连的空气侧散热翅片，其两端设有空气侧封条。

所述的隔板、封条、扰流片、散热翅片钎焊焊接成一个整体，箱体内部与冷却空气接触的表面上喷涂有吸声材料层。可以减少声音的反射，降低风机组产生的噪音。

上述模块化冷却装置各组成部件可根据需要增减，如，不设下箱体，直接将上箱体各部件安装在整体式水-油散热器上。空气流动方向可根据需要改变。冷却风机组和整体式水-油散热器的位置也可互换。

本发明整体式水-油散热器由两个隔开的液体回路组成，分隔阻热腔贯穿整个散热器。模块化冷却装置通过各自的回路分别与主变流器和变压器相连接。整体式水-油散热器的冷却芯体采用板翅式结构或管带式结构，其中水侧扰流片、油侧扰流片根据液体的不同性质采用相同或不同的结构，但其高度应保持一致。所述的空气侧散热翅片可采用同一种结构的连续或断续等高度翅片，也可采用不同结构的断续等高度翅片。每个水流通道与同一位置处的油流通道共用同一隔板，水流通道与油流通道间用封条隔开，每个水流通道与同一位置处的油流通道之间设有分隔阻热腔。根据不同的设计要求可调节分隔阻热腔的尺寸和分隔阻热腔的数量。

本发明模块化冷却装置取代已有技术中使用的一般散件组装式冷却装置，采用整体配套设计方法，实现各部件性能之间合理匹配，提高整个装置的换热能力、结构强度，降低辅助功率消耗、噪音水平。在满足变压器和主变流器冷却要求的同时，还能满足电力机车振动和冲击等可靠性要求，并具有较好的环境效益。这一特点，为交流传动电力机车和电力动车组的运用提供了一种新的技术。

本发明的模块化冷却装置，采用具有连续空气通道的整体式水-油散热器代替目前已有技术中具有断续错位空气通道的分离组合式水散热器和油散热器，使冷却空气通过散热器时流动更加通畅，不会在水散热器与油散热器之间产生涡流，降低了冷却空气压力损失，最终降低机车的辅助功率消耗，节约能源；本发明的整体式水-油散热器，由于冷却空气通道连续光滑，极大地提高了冷却空气中污脏物颗粒的通过能力，降低了污脏物颗粒沉积粘附在翅片上的可能性，同时解决了在分离组合式水散热器和油散热器之间的通道内灰尘积聚问题，从而保证了散热器的换热能力和通风性能，提高了散热器的可靠性；该整体式水-油散热器，不需要对水散热器和油散热器拆解，即能有效清除散热器空气侧的灰尘等污脏物。因此，这种结构更便于使用维护；本发明的整体式水-油散热器结构简单紧凑，能极大地提高生产效率。这一特点，同样为交流传动电力机车和电力动车组的运用提供了一种新的技术。

本发明电力机车用模块化冷却装置，由于采用了模块化集成配套设计技术，且在散热器冷却芯体中采用了具有连续空气通道的整体式水-油散热器结构，使电力机车变压器和主变流器用冷却装置结构紧凑、匹配合理；具有良好的换热能力和较低的空气压力损失，节约能源，简化工艺，降低生产与使用成本，不易污脏，便于维护，满足铁道部技术引进电力机车进口配件国产化的迫切需要。

附图说明：

图1是本发明电力机车用模块化冷却装置结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是整体式水-油散热器结构示意图。

图4是图3的左视图。

图5是图3的俯视图。

图6是整体式水-油散热器的冷却芯体局部放大结构示意图。

具体实施方式：现结合附图对本发明作进一步说明：请参照图1、图2，电力机车用模块化冷却装置包括经整体设计的过渡风筒1、膨胀水箱2、冷却水泵5、变压器副油箱10、干燥器3，冷却风机组11和整体式水-油散热器14由上至下依次排列，冷却风机组安装在冷却装置上箱体4内，上箱体与下箱体7相连接，整体式水-油散热器安装在冷却装置的安装座8上。接线盒6、继电器9、注油孔12、检修窗13等部件经整体设计后，设在该冷却装置箱体外壳的相应位置上。参照图3、图4、图5、图6，整体式水-油散热器的冷却芯体17是板翅式结构，由相间的隔板26构成液体通道，液体通道的中部设有分隔阻热腔31，其上部依次设有水封条21和水侧扰流片20，构成水流通道，其下部依次设有油封条22和油侧扰流片23，构成油流通道，相邻的液体通道间设有与其相连的空气侧散热翅片27，其两端设有空气侧封条28。隔开的水流通道和油流通道组成变流器水冷却回路和变压器油冷却回路，水冷却回路依次包括进水法兰15、进水道16、出水道18、出水法兰19，油冷却回路依次包括进油法兰30、进油道29、出油道25、出油法兰24。

Claims (5)

1.一种交流传动电力机车用模块化冷却装置，包括整体设计的过渡风筒(1)、膨胀水箱(2)、冷却水泵(5)、变压器副油箱(10)、干燥器(3)、其特征在于：冷却风机组(11)和整体式水-油散热器(14)由上至下依次排列，冷却风机组安装在冷却装置上箱体(4)内，整体式水-油散热器安装在冷却装置下箱体(7)内或安装座(8)上；或直接将上箱体各部件安装在整体式水-油散热器上，整体式水-油散热器再安装在安装座上。

2.根据权利要求1所述的交流传动电力机车用模块化冷却装置，其特征在于：整体式水-油散热器的冷却芯体(17)可以是板翅式结构，由相间的隔板(26)构成液体通道，液体通道的中部设有分隔阻热腔(31)，分隔阻热腔(31)上部依次设有水封条(21)和水侧扰流片(20)，构成水流通道，分隔阻热腔(31)下部依次设有油封条(22)和油侧扰流片(23)，构成油流通道，相邻的液体通道间设有与隔板相连的空气侧散热翅片(27)，空气侧散热翅片(27)两端设有空气侧封条(28)。

3.根据权利要求1所述的交流传动电力机车用模块化冷却装置，其特征在于：整体式水-油散热器的冷却芯体(17)也可以是管带式结构，管带式芯体为带内加强筋或扰流片的无缝扁管构成液体通道，相邻的液体通道间设有与无缝扁管相连的空气侧散热翅片(27)，空气侧散热翅片(27)两端设有空气侧的封条(28)。

4.根据权利要求1所述的交流传动电力机车用模块化冷却装置，其特征在于：箱体内部与冷却空气接触的表面上喷涂有吸声材料层。

5.根据权利要求2所述的交流传动电力机车用模块化冷却装置，其特征在于：所述的隔板、封条、扰流片、散热翅片钎焊焊接成一个整体。

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