CN103253277B - 牵引系统用冷却单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵引系统用冷却单元，包括承载支撑构架、空气过滤装置、散热器、导风筒、风机箱体、膨胀水箱、水泵、风机组，以及与散热器相连通的水系统管路、油系统管路、设置在管路上的压力传感器和温度传感器、接线盒和电气快速连接器等部件。本发明的冷却单元采用整体配套设计方法，将牵引变压器冷却单元和牵引变流器冷却单元集成在同一个单元内，在同时满足牵引变压器、牵引变流器散热要求的前提下，体积小、重量轻、噪音低、结构紧凑、可靠性高、安装方便、维护维修工作量小。

Description

牵引系统用冷却单元

技术领域

本发明涉及换热技术领域，具体地说是一种牵引系统用冷却单元。

背景技术

目前，国内外电力动车组牵引系统中变压器布置在拖车车下设备仓内，变流器布置在动车车下设备仓内，相应地，牵引变压器冷却单元随变压器一起布置在拖车车下设备仓内，牵引变流器冷却单元随变流器一起布置在动车车下设备仓内。由于两套冷却单元分散布置，每套冷却单元都需要独立的散热器、风机组、承载支撑构架等部件，结构不紧凑、总体积大、总重量重。

随着电力动车组的发展，牵引系统集成化更能满足列车编组灵活性的需求。牵引系统集成化就是把牵引系统中的变压器、变流器及冷却单元集成在一起，用一套冷却单元同时满足牵引变压器和牵引变流器的散热要求。

发明内容

根据上述提出的技术问题，本发明为了满足牵引系统集成化的需求，同时克服现有技术中的不足之处，为铁路运输提供一种散热能力强、可靠性高、重量轻、体积小、辅助功率消耗低、噪音低、使用维护方便，运行性本低的牵引系统用冷却单元。

本发明采用的技术手段如下：

一种牵引系统用冷却单元，包括承载支撑构架、空气过滤装置、散热器、导风筒、风机箱体、膨胀水箱、水泵、风机组和固定在所述承载支撑构架上的电气快速连接器和接线盒，其特征在于：

所述散热器通过散热器安装座固定在所述承载支撑构架上；所述散热器的前侧固定所述空气过滤装置，所述散热器的后侧固定所述导风筒，所述导风筒与所述风机箱体固定，所述风机箱体通过风机箱体安装座固定在所述承载支撑构架上；所述风机组包括风机电机、安装在所述风机电机的驱动电机轴上的风机叶轮和固定在所述风机叶轮前端的导流器，所述风机叶轮和所述导流器设置在所述风机箱体的容纳腔内，所述风机电机固定在所述承载支撑构架上；所述膨胀水箱通过管路与所述水泵相连通，所述膨胀水箱和所述水泵均固定在所述承载支撑构架上。

作为优选，所述承载支撑构架包括主承载横梁、主承载纵梁、辅助承载横梁、辅助承载纵梁和立柱及用于连接立柱的连接梁，所述主承载横梁和所述主承载纵梁构成用于固定所述散热器和所述风机箱体的支撑框架，所述辅助承载横梁固定在所述主承载纵梁之间，所述辅助承载纵梁固定在所述主承载横梁和所述辅助承载横梁之间，所述主承载纵梁与所述立柱固定。

所述连接梁连接固定立柱主要起到加强固定油水管路的作用；所述主承载横梁、所述主承载纵梁、所述辅助承载横梁、所述辅助承载纵梁的断面可为方形、U形、几字形、工字形、三角形或上述几种形状的变形，各梁可采用不同的截面形状，根据需要梁上可设置减重孔。

上述承载支撑构架可根据实际需要，适当增、减上述各梁的使用，如省去主承载横梁，并不局限于附图中的布置情况。

作为优选，所述散热器为双流道叉流式散热器，所述散热器包括设置在散热器芯迎风侧的散热芯水流道和设置在出风侧的散热芯油流道，所述散热芯水流道和所述散热芯油流道之间设有隔离封条，所述散热芯水流道和所述散热芯油流道共用同一个散热器芯；上述散热器芯迎风侧即与空气过滤装置固定的一侧，出风侧即为与导风筒固定的一侧；

所述散热芯水流道的进口设有进水腔，所述散热芯水流道的出口设有出水腔，所述散热芯油流道的进口设有进油腔，所述散热芯油流道的出口设有出油腔。根据水流量的不同，水流道可采用单流程、双流程或多流程设置；根据油流量的不同，油流道可采用单流程或双流程设置。这种双流道差逆流式散热器，利用同一散热芯的不同流道，实现对两种液体的冷却，散热能力强，冷却单元体积小、重量轻、结构紧凑。

冷却液进口通过水泵进水管与所述水泵相连通，所述水泵通过散热器进水管与所述进水腔相连通，所述出水腔通过散热器出水管与冷却液出口相连通；

冷却油进口通过散热器进油管与所述进油腔相连通，所述出油腔通过散热器出油管与冷却油出口相连通，所述散热器进油管与所述散热器出油管之间还设有旁通管路。

作为优选，空气过滤装置为两级空气过滤装置，由一级粗滤器和二级精滤器构成，所述一级粗滤器的材质至少采用不锈钢板网、不锈钢丝网或过滤布中的一种，不锈钢板网或不锈钢丝网孔截面边长或直径范围为0.5～5mm；根据不同的过滤精度要求，选用不同等级的过滤布；不锈钢板网、不锈钢丝网和过滤布采用平面形式或折叠成波纹形式；不锈钢板网、不锈钢丝网和过滤布可叠加组合或采用其它组合方式。所述精滤器滤芯采用变截面扭曲拉制型材制成或采用中空半圆柱型拉制型材制成。这种两级空气过滤装置，极大地提高了过滤效率，减少散热器的污脏，从而减少冷却单元散热器的清洗次数，降低维护运用成本；同时，这种两级过滤装置经过优化设计，空气流动阻力低，空气流通顺畅，冷却单元散热能力强、辅助功率消耗低。

作为优选，所述风机箱体采用多边形风机箱体结构，即风机箱体在垂直于所述风机电机的轴线的截面上，其外部形状为八边形、六边形、矩形、圆形或上述形状的变形结构，各边之间可设置圆弧过渡；

所述风机箱体的下端设有出风口，在所述风机箱体内沿进气气流方向设置纵向分隔板，垂直于进气气流方向设置横向分隔板；分隔板与风机箱体之间采用焊接、铆接或栓接方式连接。在横向分隔板上设置风机进气的导流器。这种多边形风机箱体，可以减少空气在箱体内产生的涡旋，降低气动噪音。

作为优选，所述导风筒为渐变式导风筒，包括进风法兰、出风法兰和过渡筒。根据散热器和多边形风机箱体的具体结构设置过渡筒形状，过渡筒可采用渐扩变形、渐缩变形、渐扩和渐缩混合变形等不同变形方式。

作为优选，所述膨胀水箱由异形箱体、液位传感器、液位仪、压力调节阀、快速排水阀和管接头构成；异形箱体在保证一定的容积条件下，可以根据冷却单元内空间尺寸变形，在有限的空间内实现所有设备布置，使冷却单元结构更紧凑。液位传感器采用双浮球液位控制阀，当膨胀水箱内水位下降到上水位浮球时，发出报警信号；当膨胀水箱内水位下降到下水位浮球时，发出切断信号，有效保证了变流器功率模块内水流充分，从而保证模块散热良好，安全运行。

作为优选，所述水泵与所述承载支撑构架和/或所述膨胀水箱与所述承载支撑构架之间设有金属橡胶减震器，所述金属橡胶减震器由2套金属件与1套橡胶体构成，2套金属件之间通过橡胶连接，其中1套金属件法兰板与所述水泵的吊板连接，所述水泵的吊板与所述主承载纵梁和所述辅助承载纵梁连接，另1套金属件法兰板与所述水泵或所述膨胀水箱或所述风机电机连接。此种设置有效降低车体振动对冷却单元相关设备的影响，保证设备寿命；同时，也有效防止风机振动传递到车体上，保证乘客的舒适性。本发明中的水泵可采用屏蔽电泵，其具有大流量、高扬程、低噪音等优点。

作为优选，所述水泵进水管、所述散热器进水管、所述散热器出水管、所述散热器进油管和所述散热器出油管上分别设有波纹膨胀节；散热器进、出水口和散热器进、出油口的法兰处均设有蝶阀；所述散热器出水管上还设有水系统过滤器。根据需要设置过滤器精度，水系统过滤器可确保水质洁净无超标杂质，从而保证变流器功率模块水冷基板内水流通畅，流速均匀，散热状态良好，最终保证功率模块正常工作，列车安全可靠运行。波纹膨胀节用来补偿水系统管路各部件制造、安装误差，避免系统部件产生额外的应力，保证系统可靠性。蝶阀的作用是当散热器发生泄漏故障时，可以关闭蝶阀，尽可能少损失冷却液，方便维护，降低维修成本。

作为优选，所述水泵进水管和所述散热器出水管上还设有压力传感器和温度传感器。当系统压力或温度超过规定值时，压力传感器和温度传感器将发出报警或切断信号，保证变流器在安全的工作条件下工作。

另外，本发明所述的风机电机和水泵电机电源线可以与膨胀水箱液位传感器信号线、温度传感器信号线和压力传感器信号线分别与不同的连接器或接线盒连接；所述风机电机和水泵电机电源线也可以与膨胀水箱液位传感器信号线、温度传感器信号线和压力传感器信号线连接到同一个连接器或接线盒内，此时，信号线采取有效屏蔽措施。

本发明冷却单元工作时，变流器功率模块水冷基板内腔中的冷却液在水泵的作用下，流向冷却单元双流道叉流式散热器进水腔，进入散热器芯中水流道的上部水道，通过散热器芯上部水道后经后部的回水腔返回散热器芯下部水道，被冷却后的冷却液在散热器出水腔汇集后通过散热器出水管返回变流器功率模块水冷基板。与此同时，变压器油箱中的冷却油在油泵的作用下，流向冷却单元双流道叉流式散热器进油腔，进入散热器芯中油流道，被冷却后的油在散热器出油腔汇集后通过管路返回变压器油箱。

风机电机旋转，驱动风机叶轮（风机叶轮可采用离心式风机叶轮）转动，吸引外部环境空气进入冷却单元前端的空气过滤装置，经两级过滤后的洁净空气流向双流道叉流式散热器，在冷却空气经过散热器芯的过程中，吸收散热器芯水流道中变流器水系统冷却液体的热量、然后再吸收散热器芯油流道中变压器油的热量，冷却空气随后先后经过渐变式导风筒、风机箱体、风机组，在风机叶轮的作用下气流旋转90度后垂直吹向轨面。被冷却后的液体在泵的作用下流回变流器和变压器，完成对电器元件的冷却。

本发明中提供的风机组可选用无蜗壳离心风机组，由上述的导流器、风机叶轮、风机电机和连接件构成，离心风机叶轮采用大圆弧形前盘、后弯式叶片和后盘经焊接而成，气流量大、效率高、噪音低、可靠性高。

本发明根据需要可增减上述各部件，也可改变各部件之间的连接方式和位置。

较现有技术相比，本发明冷却单元中重量较重的主要部件，如散热器、风机箱体、风机电机等各自独立与承载支撑构架相连接，使风机箱体部不承载，同时减少了电机振动向风机箱体的直接传递，可防止风机箱体开裂的故障。另外，散热器进油管路和出油管路之间设置的旁通管路，使整个油路系统压力损失与油泵扬程合理匹配，保证油系统总的油流量在设计允许的范围内，从而确保变压器内油流动满足散热要求。

本发明的冷却单元可应用于集成式牵引系统内，本发明的冷却单元采用整体配套设计方法，将牵引变压器冷却单元和牵引变流器冷却单元集成在同一个单元内，在同时满足牵引变压器、牵引变流器散热要求的前提下，体积小、重量轻、噪音低、结构紧凑、可靠性高、安装方便、维护维修工作量小。这些特点，为轨道交通移动装备冷却系统提供了一种新的技术。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图Ⅰ。

图2是本发明的结构示意图Ⅱ。

图3是本发明的左视图。

图中：1、承载支撑构架101、主承载横梁102、主承载纵梁103、辅助承载横梁104、辅助承载纵梁105、立柱2、空气过滤装置3、散热器301、进水腔302、回水腔303、进油腔304、出油腔305、散热器进水管306、散热器出水管307、散热器进油管308、散热器出油管309、旁通管路310、水系统过滤器311、蝶阀312、波纹膨胀节313、散热器安装座314、出水腔4、导风筒5、风机箱体501、风机箱体安装座6、膨胀水箱7、水泵701、水泵进水管702、金属橡胶减震器8、风机组801、风机电机802、风机叶轮803、导流器9、电气快速连接器10、接线盒；

A、冷却液进口B、冷却液出口C、冷却油进口D、冷却油出口E、进气气流方向F、出风口

具体实施方式

如图1至图3所示，一种牵引系统用冷却单元，包括承载支撑构架1、空气过滤装置2、散热器3、导风筒4、风机箱体5、膨胀水箱6、水泵7、风机组8和固定在所述承载支撑构架1上的电气快速连接器9和接线盒10。

所述承载支撑构架1包括2个主承载横梁101、2个主承载纵梁102、1个辅助承载横梁103、1个辅助承载纵梁104和4个用于保证冷却单元强度的立柱105，所述主承载横梁101和所述主承载纵梁102构成用于固定所述散热器3和所述风机箱体5的矩形的支撑框架，所述辅助承载横梁103固定在主承载纵梁102之间，所述辅助承载纵梁104固定在所述主承载横梁101和所述辅助承载横梁103之间，所述主承载纵梁102与所述立柱105固定，2个立柱105之间还连接有用于加强固定油水管路的连接梁，如图1所示，电气快速连接器9和接线盒10固定在所述立柱105上。

所述空气过滤装置2为两级空气过滤装置，由一级粗滤器和二级精滤器构成，所述一级粗滤器的材质采用直径为1mm的波纹式不锈钢板网；所述精滤器滤芯采用变截面扭曲铝制型材拉制制成。

所述散热器3为双流道叉流式散热器，所述散热器3包括设置在散热器芯迎风侧的散热芯水流道和设置在出风侧的散热芯油流道，所述散热芯水流道和所述散热芯油流道之间设有隔离封条，所述散热芯水流道和所述散热芯油流道共用同一个散热器芯；所述散热芯水流道的进口设有进水腔301，所述散热芯水流道的出口设有出水腔314，所述散热芯油流道的进口设有进油腔303，所述散热芯油流道的出口设有出油腔304；

冷却液进口A通过水泵进水管701与所述水泵7相连通，所述水泵7通过散热器进水管305与所述进水腔301相连通，所述出水腔314通过散热器出水管306与冷却液出口B相连通；

冷却油进口C通过散热器进油管307与所述进油腔303相连通，所述出油腔304通过散热器出油管308与冷却油出口D相连通，所述散热器进油管307与所述散热器出油管308之间还设有旁通管路309。

所述导风筒4为渐变式导风筒，包括进风法兰、出风法兰和过渡筒。

所述风机箱体5在垂直于所述风机电机801的轴线的截面上，其外部形状为八边形、六边形、矩形、圆形或上述形状的变形结构，各边之间可设置圆弧过渡；所述风机箱体5的下端设有出风口F，在所述风机箱体5内沿进气气流方向E设置纵向分隔板，垂直于进气气流方向设置横向分隔板，所述导流器803设置在所述横向分隔板上。

所述膨胀水箱6由异形箱体、液位传感器、液位仪、压力调节阀、快速排水阀和管接头构成；液位传感器采用双浮球液位控制阀，当膨胀水箱6内水位下降到上水位浮球时，发出报警信号；当膨胀水箱6内水位下降到下水位浮球时，发出切断信号。

所述散热器3通过散热器安装座313固定在所述承载支撑构架1的主承载纵梁102上；所述散热器3的前侧固定所述空气过滤装置2，所述散热器3的后侧固定所述导风筒4，所述导风筒4与所述风机箱体5固定，所述风机箱体5通过风机箱体安装座501固定在所述承载支撑构架1的主承载纵梁102上；所述风机组8包括风机电机801、安装在所述风机电机801的驱动电机轴上的风机叶轮802和固定在所述风机叶轮802前端的导流器803，所述风机叶轮802和所述导流器803设置在所述风机箱体5的容纳腔内，所述风机电机801固定在所述承载支撑构架1的辅助承载横梁103上；所述膨胀水箱6通过管路与所述水泵7相连通，所述膨胀水箱6和所述水泵7均固定在所述承载支撑构架1上。所述水泵7与所述承载支撑构架1、所述膨胀水箱6与所述承载支撑构架1之间均设有金属橡胶减震器702，所述金属橡胶减震器702由2套金属件与1套橡胶体构成，2套金属件之间通过橡胶连接，其中1套金属件法兰板与所述水泵7的吊板连接，所述水泵7的吊板与所述主承载纵梁102和所述辅助承载纵梁104连接，另1套金属件法兰板与所述水泵7或所述膨胀水箱6或所述风机电机801连接。

其中，所述水泵进水管701、所述散热器进水管305、所述散热器出水管306、所述散热器进油管307和所述散热器出油管308上分别设有波纹膨胀节312；散热器进、出水口和散热器进、出油口的法兰处均设有蝶阀311；所述散热器出水管306上还设有水系统过滤器310。所述水泵进水管701和所述散热器出水管306上还设有压力传感器和温度传感器。

冷却单元工作时，变流器功率模块水冷基板内腔中的冷却液在水泵7的作用下，流向冷却单元双流道叉流式散热器3的进水腔301，进入散热器芯中水流道的上部水道，通过散热器芯上部水道后经后部的回水腔302返回散热器芯下部水道，被冷却后的冷却液在散热器出水腔314汇集后通过散热器出水管306返回变流器功率模块水冷基板。与此同时，变压器油箱中的冷却油在油泵的作用下，流向冷却单元双流道叉流式散热器3进油腔303，进入散热器芯中油流道，被冷却后的油在散热器出油腔304汇集后通过散热器出油管308返回变压器油箱。

风机组8采用无蜗壳式离心风机组，风机电机801旋转，驱动风机叶轮802转动，吸引外部环境空气进入冷却单元前端的空气过滤装置2，经两级过滤后的洁净空气流向双流道叉流式散热器3，在冷却空气经过散热器芯的过程中，吸收散热器芯水流道中变流器水系统冷却液体的热量、然后再吸收散热器芯油流道中变压器油的热量，冷却空气随后先后经过渐变式导风筒4、风机箱体5、风机组8，在风机叶轮802的作用下气流旋转90度后垂直吹向轨面。被冷却后的液体在泵的作用下流回变流器和变压器，完成对电器元件的冷却。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种牵引系统用冷却单元，包括承载支撑构架(1)、空气过滤装置(2)、散热器(3)、导风筒(4)、风机箱体(5)、膨胀水箱(6)、水泵(7)、风机组(8)和固定在所述承载支撑构架(1)上的电气快速连接器(9)和接线盒(10)，其特征在于：

所述散热器(3)通过散热器安装座(313)固定在所述承载支撑构架(1)上；所述散热器(3)为双流道叉流式散热器，所述散热器(3)包括设置在散热器芯迎风侧的散热芯水流道和设置在出风侧的散热芯油流道，所述散热芯水流道和所述散热芯油流道之间设有隔离封条，所述散热芯水流道和所述散热芯油流道共用同一个散热器芯；

所述散热芯水流道的进口设有进水腔(301)，所述散热芯水流道的出口设有出水腔(314)，所述散热芯油流道的进口设有进油腔(303)，所述散热芯油流道的出口设有出油腔(304)；

冷却液进口(A)通过水泵进水管(701)与所述水泵(7)相连通，所述水泵(7)通过散热器进水管(305)与所述进水腔(301)相连通，所述出水腔(314)通过散热器出水管(306)与冷却液出口(B)相连通；

冷却油进口(C)通过散热器进油管(307)与所述进油腔(303)相连通，所述出油腔(304)通过散热器出油管(308)与冷却油出口(D)相连通，所述散热器进油管(307)与所述散热器出油管(308)之间还设有旁通管路(309)；

所述散热器(3)的前侧固定所述空气过滤装置(2)，所述散热器(3)的后侧固定所述导风筒(4)，所述导风筒(4)与所述风机箱体(5)固定，所述风机箱体(5)通过风机箱体安装座(501)固定在所述承载支撑构架(1)上；所述风机组(8)包括风机电机(801)、安装在所述风机电机(801)的驱动电机轴上的风机叶轮(802)和固定在所述风机叶轮(802)前端的导流器(803)，所述风机叶轮(802)和所述导流器(803)设置在所述风机箱体(5)的容纳腔内，所述风机电机(801)固定在所述承载支撑构架(1)上；所述膨胀水箱(6)通过管路与所述水泵(7)相连通，所述膨胀水箱(6)和所述水泵(7)均固定在所述承载支撑构架(1)上。

2.根据权利要求1所述的牵引系统用冷却单元，其特征在于：所述承载支撑构架(1)包括主承载横梁(101)、主承载纵梁(102)、辅助承载横梁(103)、辅助承载纵梁(104)和立柱(105)及用于连接立柱(105)的连接梁，所述主承载横梁(101)和所述主承载纵梁(102)构成用于固定所述散热器(3)和所述风机箱体(5)的支撑框架，所述辅助承载横梁(103)固定在所述主承载纵梁(102)之间，所述辅助承载纵梁(104)固定在所述主承载横梁(101)和所述辅助承载横梁(103)之间，所述主承载纵梁(102)与所述立柱(105)固定。

3.根据权利要求1所述的牵引系统用冷却单元，其特征在于：空气过滤装置(2)为两级空气过滤装置，由一级粗滤器和二级精滤器构成，所述一级粗滤器的材质至少采用不锈钢板网、不锈钢丝网或过滤布中的一种，不锈钢板网或不锈钢丝网孔截面边长或直径范围为0.5～5mm；不锈钢板网、不锈钢丝网和过滤布采用平面形式或波纹形式；所述精滤器滤芯采用变截面扭曲拉制型材制成或采用中空半圆柱型拉制型材制成。

4.根据权利要求1所述的牵引系统用冷却单元，其特征在于：所述风机箱体(5)在垂直于所述风机电机(801)的轴线的截面上，其外部形状为八边形、六边形、矩形、圆形或上述形状的变形结构，各边之间可设置圆弧过渡；

所述风机箱体(5)的下端设有出风口(F)，在所述风机箱体(5)内沿进气气流方向(E)设置纵向分隔板，垂直于进气气流方向设置横向分隔板，所述导流器(803)设置在所述横向分隔板上。

5.根据权利要求1所述的牵引系统用冷却单元，其特征在于：所述导风筒(4)为渐变式导风筒，包括进风法兰、出风法兰和过渡筒。

6.根据权利要求1所述的牵引系统用冷却单元，其特征在于：所述膨胀水箱(6)由异形箱体、液位传感器、液位仪、压力调节阀、快速排水阀和管接头构成；液位传感器采用双浮球液位控制阀，当膨胀水箱(6)内水位下降到上水位浮球时，发出报警信号；当膨胀水箱(6)内水位下降到下水位浮球时，发出切断信号。

7.根据权利要求2所述的牵引系统用冷却单元，其特征在于：所述水泵(7)与所述承载支撑构架(1)和/或所述膨胀水箱(6)与所述承载支撑构架(1)之间设有金属橡胶减震器(702)，所述金属橡胶减震器(702)由2套金属件与1套橡胶体构成，2套金属件之间通过橡胶连接，其中1套金属件法兰板与所述水泵(7)的吊板连接，所述水泵(7)的吊板与所述主承载纵梁(102)和所述辅助承载纵梁(104)连接，另1套金属件法兰板与所述水泵(7)或所述膨胀水箱(6)或所述风机电机(801)连接。

8.根据权利要求1所述的牵引系统用冷却单元，其特征在于：所述水泵进水管(701)、所述散热器进水管(305)、所述散热器出水管(306)、所述散热器进油管(307)和所述散热器出油管(308)上分别设有波纹膨胀节(312)；散热器进、出水口和散热器进、出油口的法兰处均设有蝶阀(311)；所述散热器出水管(306)上还设有水系统过滤器(310)。

9.根据权利要求1所述的牵引系统用冷却单元，其特征在于：所述水泵进水管(701)和所述散热器出水管(306)上还设有压力传感器和温度传感器。