CN102374007A - 内燃机车节能型冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内燃机车节能型冷却系统，包括柴油机的散热器，散热器位于机车车厢的前端，散热器的底平面安装在机车底架面上，散热器的高度低于机车风扇间顶棚的下平面。散热器后设置有风扇电动机组，散热器和风扇电动机组之间设置有百叶窗。百叶窗为两组，相对机车纵向重心线对称布置，两组百叶窗前端相接，由前至后呈折线状或曲线状向两侧展开，所述风扇电动机组位于两组百叶窗所围成的区域内。风扇电动机组固定于风扇旋转，风扇旋转台通过旋转机构相对机车转动，具有两个相隔180°的两个止停档位。利用机车运行速度造成的高速风流来实现散热器的冷却，减少了有效功率的消耗，增加了有效牵引功率，从而使机车柴油机的燃油得到有效利用，适于内燃机车冷却用。

Description

内燃机车节能型冷却系统
技术领域
本发明涉及内燃机车冷却技术领域。 
背景技术
目前，现有内燃机车柴油机冷却系统都是采用风扇驱动空气流动的方式对散热器进行冷却，使柴油机工作产生的热量散去，防止柴油机温度过高，保证机车正常安全运行。一般采取机车侧墙取风，并且从柴油机中分配出一部分功率驱动冷却风扇来实现取风。如果冷却风扇不工作，就无法形成气流，也就无法使机车侧墙外的空气进入车内冷却散热器，柴油机的水温就降不下来。只有大风扇保持工作，才能使机车侧墙外的风进入车内冷却散热器，只要柴油机工作状态，大风扇就必须同时工作，这样势必会消耗一部分有效功率而造成牵引功率降低。现有机车的这种冷却方案消耗辅助功率大，降低了机车有效牵引功率。 
例如，东风10F型机车的牵引功率1750kw，另有120kw来用于机车的冷却，如果120kw的辅助功率不用于散热，则机车牵引功率可以增加到1870kw。就是说现有方案使机车有将近7％的有效功率以辅助功率的形式消耗掉了，成为一种能源的浪费。 
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种能够利用机车正常运行时的车速造成的高速风流来冷却柴油机散热器的内燃机车节能型冷却系统。 
本发明采用的技术方案是内燃机车节能型冷却系统，包括柴油机的散热器，散热器位于机车车厢的前端，散热器的底平面安装在机车底架面上，散热器的高度低于机车风扇间顶棚的下平面。 
散热器的宽度达到外廊式机车的左右侧墙位置、内廊式机车的左右外侧墙位置。 
所述散热器后设置有风扇电动机组，散热器和风扇电动机组之间设置有百叶窗。 
百叶窗为两组，相对机车纵向重心线对称布置，两组百叶窗前端相接，由前至后呈折线状或曲线状向两侧展开，所述风扇电动机组位于两组百叶窗所围成的区域内。 
每组百叶窗包括导流百叶窗和侧百叶窗，两组导流百叶窗围成楔形，楔形的尖端朝向散热器，两组侧百叶窗相互平行，侧百叶窗与导流百叶窗末端相连接，所述风扇电动机组位于导流百叶窗和侧百叶窗所围成的空间内。 
百叶窗包括固定于百叶窗安装轴并绕其转动的窗叶，百叶窗安装轴轴线与机车底架面相垂直。 
风扇电动机组固定于风扇旋转，风扇旋转台通过旋转机构相对机车转动，具有两个相隔 180°的两个止停档位。 
旋转机构包括由驱动电动机带动的主动齿轮，主动齿轮与旋转齿圈相啮合，旋转齿圈与风扇旋转台固定连接，风扇旋转台中心安装有转轴。 
进一步改善百叶窗的控制，还包括驱动百叶窗安装轴的气动两位转角阀，气动两位转角阀包括阀体、位于中心的驱动轴和与驱动轴固定连接的驱动叶，阀体上具有扇形空腔，驱动叶在扇形空腔移动并将扇形空腔分割成各自密封的第一气腔和第二气腔，阀体上开有与第一气腔位置相对应的的第一气孔和与第二气腔位置相对应的第二气孔，第一气孔和第二气孔32分别连通有进气管和排气管，进气管接通机车风管，排气管接通大气。 
为了便于控制进气还包括控制进气管和排气管开闭的进气电磁阀和排气电磁阀，进气电磁阀和排气电磁阀均为两位电磁阀，第一气孔和第二气孔分别通过进气管连接于进气电磁阀的A口和B口，第一气孔和第二气孔分别通过排气管连接于排气电磁阀的B口和A口。 
本发明的有益效果是利用机车运行速度造成的高速风流来实现散热器的冷却，因此当机车高速运行时，无论是机车前进方向还是后退方向都可以实现利用自然风流散热的效果，减少了有效功率的消耗，增加了有效牵引功率，从而使机车柴油机的燃油得到有效利用，使能源的利用达到了最佳效果。能节省机车辅助功率7％-8％。 
附图说明
图1为机车高速运行，前进方向、后退方向时百叶窗处于闭合状态图。 
图2为当机车在前进方向进入慢速运行时或后退方向进入慢速运行时，百叶窗开启开状态图。 
图3为图1中K方向的百叶窗处于关闭状态的旋转放大图。 
图4为图1对应的俯视图。 
图5为图2中L方向的百叶窗处于开启状态的旋转放大图。 
图6为图5对应的俯视图。 
图7为风扇供风装置示意图。 
图8为图7对应俯视图。 
图9为气动两位转角阀和两位电磁阀组合功能示意图。 
图中标记为：1-排气电磁阀，2-进气电磁阀，4-驱动叶，5-驱动轴，6-是同步旋转拉杆，7-同步旋转拉杆关节，8-冷却室顶板面，9-是冷却室地板面，10-整体结构型钢骨架，，11-百叶窗安装轴，12-气动两位转角阀，13-窗叶，14-风扇电动机组，16-驱动电动机，19-风扇旋转台，20-散热器，21-第一气腔，22-第二气腔，23-导流百叶窗，24-侧百叶窗。 
具体实施方式
机车高速运行时，车体与表面空气相对运动产生高速气流，本发明利用这种高速气流实现对柴油机散热器的冷却，降低驱动风扇所消耗的功率，散热器和来自柴油机高温系统的水管相连，经过散热器冷却后的水又经过回水管循环流回柴油机，这部分的水管连接在各图中省略。文中所述前、后以参照机车运行方向，机车前进方向为前，后退方向为后。 
本发明的内燃机车节能型冷却系统，首先对散热器20的位置进行较大的改动，由原来的车体侧面移至机车车厢的前端。这样散热器迎风设置，可以最大限度的利用机车运行产生的自然风。为了确保足够的散热面积，机车正面布置散热器20的高度要达到且低于机车风扇间顶棚的下平面高度，散热器20的底平面安装在机车底架面上，散热器的宽度要达到外廊式机车的左右侧墙位置；内廊式机车散热器的宽度要达到机车的左右外侧墙位置。 
在机车停止运行或低速运行时，自然风就无法满足散热器20的冷却需求，因而需要配备冷却散热器20的装置，常规冷却措施有风冷、水冷，对散热器的冷却采用水冷在机车上不易实现，采用常用的风扇电动机组14对散热器20进行风冷，风扇电动机组14由风扇和电动机组合而成。因而散热器20后设置有风扇电动机组14，散热器20和风扇电动机组14之间设置有百叶窗，百叶窗配合风扇电动机组的动作而开合。 
为了使百叶窗不影响通过散热器20的气流，散热器20后方的百叶窗设计成流线型排布，在机车高速前进、或者后退时，保证通过散热器20的气流通畅。如图所示，百叶窗为两组，相对机车纵向重心线对称布置，两组百叶窗前端相接，由前至后呈折线状或曲线状向两侧展开，所述风扇电动机组14位于两组百叶窗所围成的区域内。具体设计时可以根据机车平均运行速度、散热器宽度、风扇功率等因素合理设计两组百叶窗排布形状的折弯角度、曲率等参数。利用合理的百叶窗的排布形状，减小对气流的扰动，同时减小百叶窗在机车高速前进时承受的阻力。百叶窗包括固定于百叶窗安装轴11并绕其转动的窗叶13，百叶窗安装轴11轴线与机车底架面相垂直。 
本发明的每组百叶窗包括导流百叶窗23和侧百叶窗24，两组导流百叶窗23围成楔形，楔形的尖端朝向散热器20，两组侧百叶窗24相互平行，侧百叶窗24与导流百叶窗23末端相连接，所述风扇电动机组14位于导流百叶窗23和侧百叶窗24所围成的空间内。可以利用自然风冷却散热器20的时候关闭百叶窗的窗叶13，需要风扇冷却散热器20时开启百叶窗的扇叶13。 
为了更精确的配合风向对散热器20进行冷却，风扇电动机组14设计成可以相对机车转动的结构，风扇电动机组14固定于风扇旋转台19，风扇旋转台19通过旋转机构相对机车转 动，具有两个相隔180°的两个止停档位。具体结构包括由驱动电动机16带动的主动齿轮15，主动齿轮15与旋转齿圈17相啮合，旋转齿圈17与风扇旋转台19固定连接，风扇旋转台19中心安装有转轴，这样在驱动电动机16的带动下，旋转齿圈17与风扇旋转台19一起绕转轴转动，当然也可以采用其它传动机构实现风扇旋转台19的转动，满足风扇实现前后180°的旋转即可。风扇向前吹，对散热器进行吹风式冷却，风扇转过180°，对散热器20进行吸风式冷却。 
本发明的内燃机车节能型冷却系统基本动作原理如下： 
如图1所示，当机车高速运行，前进方向时，导流百叶窗23以及侧百叶窗24处于闭合状态，此时正面的自然风流速比较高能满足机车的冷却要求。自然风流穿过机车的散热器20后被两扇导流百叶窗23形成的楔形角分成左右两部分，形成流线型风流，这样既冷却了散热器又减小了机车相对于风流的运行阻力。图1中虚线箭头表示机车前进方向时形成的迎面自然风流方向。 
当机车高速运行，后退方向时，导流百叶窗23以及侧百叶窗24也处于闭合状态，此时后面来的自然风流速同样能满足散热器20的冷却要求。自然风相对机车的风向为向前，自然风风流沿着机车的两扇侧百叶窗24流动，再由两扇导流百叶窗23导流到机车楔形尖端点汇合，然后穿过散热器20带走热量实现机车的冷却，自然风流沿着机车的两侧面形成流线型大大减小了机车相对于风流的运行阻力。图1中实线箭头表示机车后退方向运行时形成的自然风方向。 
如图2所示，当机车在前进方向进入慢速运行时，自然风流较弱，不足以满足冷却要求，在机车自动控制下导流百叶窗23以及侧百叶窗24保持张开状态，风扇电机组14开始吸风式工作，因为此时的自然风相对机车的风向是向后的，风扇造成的气流也向要向后与自然风的风向保持一致。当机车速度继续降低到机车停止运行时，机车静止，无自然风的风流，机车自动控制使风扇电机组14的旋转台19旋转180°面向散热器20进行正压吹风冷却。虚线箭头表示机车前进方向时形成的迎面自然风流方向；实线箭头表示机车停止运行时风扇对散热器20的正压式吹风冷却。 
如图2所示，当机车处于后退方向进慢速运行或者停止运行状态时，自然风流不足以满足冷却要求，在机车自动控制下导流百叶窗23以及侧百叶窗24处于张开状态，机车向后慢速行驶时，自然风流的风向相对机车向前，风扇造成的风流要与其保持一致，风扇电动机组14开始吹风式工作，面向散热器20进行正压吹风冷却。实线箭头表示机车后退方向时形成的迎面自然风流方向。机车停止后，风扇电动机组14依然面向散热器20进行正压吹风冷却。 
有上述可知，由风扇和电动机组合而成的风扇电动机组14，其工作状态要随机车机车运行方向、自然风冷却效率作调整。自然风冷却效率可以根据机车运行速度、运行地区的气候等因素衡量，最直接的因素可以参考散热器20的水温。上述各参数判定调整风扇的方向和百叶窗的开合。 
为进一步改善百叶窗的控制，还包括驱动百叶窗安装轴11的气动两位转角阀12，气动两位转角阀12包括阀体、位于中心的驱动轴5和与驱动轴5固定连接的驱动叶4，阀体上具有扇形空腔，驱动叶4在扇形空腔移动并将扇形空腔分割成各自密封的第一气腔21和第二气腔22，阀体上开有与第一气腔21位置相对应的的第一气孔31和与第二气腔22位置相对应的第二气孔32，第一气孔31和第二气孔32分别连通有进气管和排气管，进气管接通机车风管，排气管接通大气。利用机车风管内风压即可控制百叶窗的开合。 
为了便于控制进气还包括控制进气管和排气管开闭的进气电磁阀2和排气电磁阀1，进气电磁阀2和排气电磁阀1均为两位电磁阀，第一气孔31和第二气孔32分别通过进气管连接于进气电磁阀2的A口和B口，第一气孔31和第二气孔32分别通过排气管连接于排气电磁阀1的B口和A口。如图所示，百叶窗组共四扇，每扇都配装有气动两位转角阀12，司机通过控制进气电磁阀2和排气电磁阀1来驱动气动两位转角阀12，当气动两位转角阀12的驱动轴5旋转时，通过同步旋转拉杆6和同步旋转拉杆关节7拉动各个窗叶13开或闭，实现百叶窗的适时开闭。 
当压力空气由第一气孔31进入到第一气孔31后，压力空气推动气动两位转角阀的驱动叶4顺时针旋转，第二气孔32中的压力空气由第二气孔32被推出，通过排气电磁阀的A口排向大气，如图中实线箭头所示。其反向动作原理与上述相同。 
在机车高速运行时，不论机车是前进还是后退方向，当机车柴油机的水温维持到一定的平衡值后，自然风即可满足冷却需求，风扇间的百叶窗可以进入关闭状态，同时风扇停止工作。当机车低速运行或者停机状态柴油机水温超过一定的值时，风扇间的百叶窗可以进入开启状态，风扇开始工作。这两种状态的转换，需要配合风扇旋转台19的方向，以及控制两位电磁阀使气动两位转角阀驱动百叶窗的开闭来实现。 

Claims (10)

1.内燃机车冷却系统，包括柴油机的散热器(20)，其特征在于：散热器(20)位于机车车厢的前端，散热器(20)的底平面安装在机车底架面上，散热器(20)的高度低于机车风扇间顶棚的下平面。
2.如权利要求1所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：散热器(20)的宽度达到外廊式机车的左右侧墙位置、内廊式机车的左右外侧墙位置。
3.如权利要求2所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：所述散热器(20)后设置有风扇电动机组(14)，散热器(20)和风扇电动机组(14)之间设置有百叶窗。
4.如权利要求3所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：所述百叶窗为两组，相对机车纵向重心线对称布置，两组百叶窗前端相接，由前至后呈折线状或曲线状向两侧展开，所述风扇电动机组(14)位于两组百叶窗所围成的区域内。
5.如权利要求4所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：所述每组百叶窗包括导流百叶窗(23)和侧百叶窗(24)，两组导流百叶窗(23)围成楔形，楔形的尖端朝向散热器(20)，两组侧百叶窗(24)相互平行，侧百叶窗(24)与导流百叶窗(23)末端相连接，所述风扇电动机组(14)位于导流百叶窗(23)和侧百叶窗(24)所围成的空间内。
6.如权利要求5所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：所述百叶窗包括固定于百叶窗安装轴(11)并绕其转动的窗叶(13)，百叶窗安装轴(11)轴线与机车底架面相垂直。
7.如权利要求6所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：所述风扇电动机组(14)固定于风扇旋转台(19)，风扇旋转台(19)通过旋转机构相对机车转动，具有相隔180°的两个止停档位。
8.如权利要求7所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：所述旋转机构包括由驱动电动机(16)带动的主动齿轮(15)，主动齿轮(15)与旋转齿圈(17)相啮合，旋转齿圈(17)与风扇旋转台(19)固定连接，风扇旋转台(19)中心安装有转轴。
9.如权利要求8所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：还包括驱动百叶窗安装轴(11)的气动两位转角阀(12)，气动两位转角阀(12)包括阀体、位于中心的驱动轴(5)和与驱动轴(5)固定连接的驱动叶(4)，阀体上具有扇形空腔，驱动叶(4)在扇形空腔移动并将扇形空腔分割成各自密封的第一气腔(21)和第二气腔(22)，阀体上开有与第一气腔(21)位置相对应的的第一气孔(31)和与第二气腔(22)位置相对应的第二气孔(32)，第一气孔(31)和第二气孔(32)分别连通有进气管和排气管，进气管接通机车风管，排气管接通大气。
10.如权利要求9所述的内燃机车冷却系统，其特征在于：还包括控制进气管和排气管开闭的进气电磁阀(2)和排气电磁阀(1)，进气电磁阀(2)和排气电磁阀(1)均为两位电磁阀，第一气孔(31)和第二气孔(32)分别通过进气管连接于进气电磁阀(2)的A口和B口，第一气孔(31)和第二气孔(32)分别通过排气管连接于排气电磁阀(1)的B口和A口。
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