CN105317724B - 轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，包括风洞、稳压室、模拟单元和驱动测量单元；所述风洞连接稳压室，给所述稳压室提供空气；所述模拟单元和所述驱动测量单元设置在所述稳压室内，所述模拟单元包括前立壁、后立壁、左立壁、右立壁、底板和散热组件；所述前立壁和后立壁上安装有百叶窗；所述驱动测量单元包括电动机、测速电机、水平扭矩仪、齿轮箱、垂直扭矩仪、万向轴、风扇安装轴和安装座。本发明能够模拟轨道车辆实际运行工况，更准确的测试冷却风扇在实际运行时的气动性能。

Description

轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆冷却系统领域，具体为一种轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置。

背景技术

随着中国轨道技术的发展，轨道车辆的速度越来越快，相应的牵引功率越来越大，进而导致热量耗散越来越多，所以对轨道车辆冷却系统的散热能力要求也越来越高。

轨道车辆冷却系统用冷却风扇是冷却系统的重要组成部分，在轨道车辆运行时，柴油机的机油、冷却水、液力传动工作油及增压空气系统的热量，最终都由冷却风扇提供的冷却空气带走。因此冷却风扇直接关系到整个轨道车辆的技术经济指标。

轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能的好坏直接影响整个冷却系统性能的高低，如果没有一个性能良好的冷却系统，即便采用再好的冷却元件，也很难达到预期的冷却效果，甚至还会造成辅助功率的提高，从而影响轨道车辆的热效率。一般在正常情况下，轨道车辆冷却系统用冷却风扇所消耗的功率，约占柴油机总功率的3.5-5.5％，因此，研制高效能的冷却风扇，尽可能的降低其辅助功率的消耗，不但是提高机车热效率的主要途径，而且在节能方面也有重要的意义。所以建立冷却风扇性能试验装置来满足现有及将来要改进的冷却风扇进行试验是非常必要的。

目前冷却风扇行业用来进行性能试验测试的装置均依据GB/T 1236进行设计，但仅能够对冷却风扇本身的气动性能进行测试，无法实现轨道车辆冷却系统用冷却风扇在实际运行工况下的模拟性能测试以及铜散热器和百叶窗的匹配测试。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明研究设计了一种能够模拟轨道车辆实际运行工况下的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置。

本发明的技术手段如下：

一种轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，包括风洞、稳压室、模拟单元和驱动测量单元。

所述风洞连接稳压室，给所述稳压室提供空气。

所述模拟单元和所述驱动测量单元设置在所述稳压室内，所述模拟单元包括前立壁、后立壁、左立壁、右立壁、底板和散热组件；前立壁、后立壁、左立壁、右立壁和设置在下部的底板密封连接形成的空间构成冷却腔道；所述散热组件设置在所述冷却腔道内；所述前立壁和后立壁上安装有百叶窗。

所述驱动测量单元包括电动机、测速电机、水平扭矩仪、齿轮箱、垂直扭矩仪、万向轴、风扇安装轴和安装座；所述测速电机设置在所述电动机的尾部，用于测量所述电动机的转速；所述电动机的输出轴通过联轴器与所述水平扭矩仪的输入轴连接；所述水平扭矩仪的输出轴通过联轴器与所述齿轮箱的输入轴连接；所述齿轮箱的输出轴通过联轴器与所述垂直扭矩仪的输入轴连接；所述万向轴的一端与所述垂直扭矩仪的输出轴连接，另一端与所述风扇安装轴连接；冷却风扇安装在所述风扇安装轴上；所述安装座包括支撑肋板和围板，所述支撑肋板的一端通过轴承安装在所述风扇安装轴上，另一端连接围板，所述围板设置在冷却风扇的外围，且与前立壁、后立壁和左立壁、右立壁固定连接。

调节百叶窗的开合程度可以测试不同条件下冷却风扇的气动性能、功率等参数，从而确定使冷却风扇效率达到最高的工况点。模拟单元模拟轨道车辆冷却腔道的实际布局，保证试验的真实性。冷却风扇高速转动产生的振动力通过安装座传递给前立壁、后立壁和左立壁、右立壁。

进一步地，所述冷却风扇性能试验装置还包括设置在安装座的上部且安装在所述稳压室的上顶板上的调节衬筒，冷却风扇运转时产生的冷却空气通过围板和调节衬筒排入大气。

进一步地，根据冷却风扇外径的大小，更换具有不同内径的调节衬筒，使冷却风扇外径和调节衬筒的内壁间隙为3-8mm。

进一步地，所述模拟单元还包括设置在所述底板上的支架，所述散热组件安装在所述支架上。

进一步地，所述散热组件包括集流管和散热器，所述集流管为所述散热器的冷却介质进出管道，共同构成冷却系统回路。通过改变散热器的布置方式(包括改变散热器的个数和散热器的位置)来满足不同的实验条件。

进一步地，所述风洞包括从左至右依次设置的进气口、格栅段、收敛段、测量段和扩散段，空气通过进气口进入风洞，格栅段将大块气团分割成小块气团，以保证后部流场的稳定性；收敛段从左至右呈圆弧收缩，保证测量段具有一定速度的均匀流场；收敛段和测量段的交界处设置有整流格栅，把从收敛段流出的流场气团分割得更小；在测量段测量出冷却空气的全压Po、静压Pst和温度T；扩散段从左至右呈锥形扩张，以降低输送给稳压室的空气流速，减小稳压室的气流压力损失；风洞中的空气流通过扩散段进入稳压室。

进一步地，所述风洞还包括内部具有格栅的直筒段；所述直筒段设置在格栅段和扩散段之间，进一步平稳流场。

更进一步地，所述直筒段包括前直筒段和后直筒段；所述前直筒段设置在格栅段和收敛段之间，所述后直筒段设置在测量段和扩散段之间。

与现有技术比较，本发明所述的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置具有以下有益效果：

设置了模拟单元，通过改变百叶窗开合程度和散热器的布置方式，可模拟轨道车辆的实际布局方式，模拟冷却风扇实际装车运行情况，更准确的测试冷却风扇在实际运行时的气动性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为本发明实施例风洞示意图；

图4为本发明实施例驱动测量单元结构示意图。

图中：1、风洞，10、进气口，11、格栅段，12、前直筒段，13、收敛段，14、测量段，15、后直筒段，16、扩散段，17、整流格栅，2、稳压室，20、上顶板，3、模拟单元，30、前/后立壁，300、百叶窗，31、左/右立壁，32、底板，33、集流管，34、散热器，35、支架，4、驱动测量单元，40、测速电机，41、电动机，42、水平扭矩仪，43、齿轮箱，44、垂直扭矩仪，45、万向轴，46、风扇安装轴，47、安装座，470、支撑肋板，471、围板，48、冷却腔道，5、调节衬筒，6、冷却风扇。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提到的方向用语，例如：「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

如图1-图4所示的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，包括风洞1、稳压室2、模拟单元3和驱动测量单元4。

如图1和图3所示，风洞1包括从左至右依次设置的进气口10、格栅段11、收敛段13、测量段14和扩散段16，空气通过进气口10进入风洞1，格栅段11将大块气团分割成小块气团，以保证后部流场的稳定性；收敛段13从左至右呈圆弧收缩，以保证测量段14具有一定速度的均匀流场；收敛段13和测量段14的交界处设置有整流格栅17，把从收敛段13流出的流场气团分割得更小；在测量段14测量出流场的全压Po、静压Pst和温度T；扩散段16从左至右呈锥形扩张，降低输送给稳压室2的空气的流速，以减小稳压室2的气流压力损失；风洞1中的空气通过扩散段16进入稳压室2。

作为一种优选的实施方式，风洞1还包括内部具有格栅的直筒段，直筒段设置在格栅段11和扩散段16之间，进一步稳定流场。直筒段包括前直筒段12和后直筒段15；前直筒段12设置在格栅段11和收敛段13之间，后直筒段15可设置在测量段14和扩散段16之间，也可设置在收敛段13和测量段14之间，是在结构上对空气流场的调节措施。

稳压室2为一个密封的空间，是轨道车辆冷却系统用风扇性能试验的实验室，同时是风洞系统的一个稳压段。模拟单元3和驱动测量单元4设置在稳压室2内。

如图1和图2所示，模拟单元3包括前/后立壁30、左/右立壁31、底板32和散热组件；前/后立壁30、左/右立壁31和设置在下部的底板32密封连接形成的空间构成冷却腔道48；散热组件设置在所述冷却腔道48内，前/后立壁30上安装有百叶窗300。调节百叶窗300的开合程度可以测试不同条件下冷却风扇的气动性能、功率等参数，从而确定冷却风扇运行时效率达到最高的工况点。

作为一种优选的实施方式，散热组件包括集流管33和散热器34，集流管33为散热器34的冷却介质进出管道，共同构成冷却系统回路。模拟单元3还包括设置在底板32上的支架35，散热组件安装在支架35上，可通过改变散热器34的布置方式(包括散热器的个数和散热器的位置等)，以满足散热器不同布置方式对散热性能影响的试验需求。

模拟单元3模拟轨道车辆冷却腔道的实际布局，保证实验的真实性。

如图1和图4所示，驱动测量单元4包括电动机41、测速电机40、水平扭矩仪42、齿轮箱43、垂直扭矩仪44、万向轴45、风扇安装轴46和安装座47；电动机41为无级调速电机，测速电机40设置在电动机41的尾部，用于测量电动机41的转速；电动机41的输出轴通过联轴器与水平扭矩仪42的输入轴连接；水平扭矩仪42的输出轴通过联轴器与齿轮箱43的输入轴连接；齿轮箱43的输出轴通过联轴器与垂直扭矩仪44的输入轴连接；万向轴45的一端与垂直扭矩仪44的输出轴连接，另一端与风扇安装轴46连接；冷却风扇6安装在风扇安装轴46上；安装座47包括支撑肋板470和围板471，支撑肋板470的一端通过轴承安装在风扇安装轴46上，另一端连接围板471，围板471设置在冷却风扇6的外围，且与前/后立壁30和左/右立壁31固定连接。水平扭矩仪42测量电动机41的输出功率，垂直扭矩仪44测量冷却风扇6的输入功率，水平扭矩仪42和垂直扭矩仪44测得的扭矩之差即为齿轮箱43的传动功耗。冷却风扇6高速转动产生的振动力通过安装座47传递给前/后立壁30和左/右立壁31承担。

冷却风扇性能试验装置还包括设置在安装座47的围板471的上部，且安装在所述稳压室2的上顶板20上的调节衬筒5，冷却风扇6吹出的空气依次通过围板471和调节衬筒5排入大气。调节衬筒5距离冷却风扇6的外缘水平间隙不能太大，以使冷却风扇6吹出的风有效排出，同时能够更准确的测量冷却风扇6吹出的空气流场的参数。根据被测冷却风扇6外径的大小，更换具有不同内径的调节衬筒5，使冷却风扇6外径和调节衬筒5内径的间隙为3-8mm。

模拟单元3的左立壁和右立壁之间的距离应相当于轨道车辆的宽度，前立壁和后立壁之间的距离应相当于轨道车辆一个冷却腔道的长度，前/后立壁30、左/右立壁31和底板32组成的冷却腔道48的内部布置与轨道车辆冷却腔道的实际布局相同或相似，以保证试验数据的真实性。通过改变百叶窗300的开合程度和散热器的布置方式，模拟冷却风扇实际装车运行情况，更准确的测试冷却风扇在实际运行时的气动性能。

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 (8)

1.一种轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，包括风洞、稳压室、模拟单元和驱动测量单元；

所述风洞连接稳压室，给所述稳压室提供空气；

所述模拟单元和所述驱动测量单元设置在所述稳压室内，所述模拟单元包括前立壁、后立壁、左立壁、右立壁、底板和散热组件；前立壁、后立壁、左立壁、右立壁和设置在下部的底板密封连接形成的空间构成冷却腔道；所述散热组件设置在所述冷却腔道内；所述前立壁和后立壁上安装有百叶窗；

所述驱动测量单元包括电动机、测速电机、水平扭矩仪、齿轮箱、垂直扭矩仪、万向轴、风扇安装轴和安装座；所述测速电机设置在所述电动机的尾部，用于测量所述电动机的转速；所述电动机的输出轴通过联轴器与所述水平扭矩仪的输入轴连接；所述水平扭矩仪的输出轴通过联轴器与所述齿轮箱的输入轴连接；所述齿轮箱的输出轴通过联轴器与所述垂直扭矩仪的输入轴连接；所述万向轴的一端与所述垂直扭矩仪的输出轴连接，另一端与所述风扇安装轴连接；冷却风扇安装在所述风扇安装轴上；所述安装座包括支撑肋板和围板，所述支撑肋板的一端安装在所述风扇安装轴上，另一端连接围板，所述围板设置在冷却风扇的外围，且与前立壁、后立壁和左立壁、右立壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，所述冷却风扇性能试验装置还包括设置在安装座的上部且安装在所述稳压室的上顶板上的调节衬筒，冷却风扇运转时产生的冷却空气通过围板和调节衬筒排入大气。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，根据冷却风扇外径的大小，更换具有不同内径的调节衬筒，使冷却风扇外径和调节衬筒的内壁间隙为3-8mm。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，所述模拟单元还包括设置在所述底板上的支架，所述散热组件安装在所述支架上。

5.根据权利要求1或4所述的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，所述散热组件包括集流管和散热器，所述集流管为所述散热器的冷却介质进出管道，共同构成冷却系统回路。

6.根据权利要求1所述的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，所述风洞包括从左至右依次设置的进气口、格栅段、收敛段、测量段和扩散段，空气通过进气口进入风洞，格栅段将大块气团分割成小块气团；收敛段从左至右呈圆弧收缩，保证测量段具有一定速度的均匀流场；收敛段和测量段的交界处设置有整流格栅，把从收敛段流出的流场气团分割得更小；在测量段测量出冷却空气的全压Po、静压Pst和温度T；扩散段从左至右呈锥形扩张，以降低输送给稳压室的空气的流速，减小稳压室的气流压力损失；风洞中的空气流通过扩散段进入稳压室。

7.根据权利要求6所述的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，所述风洞还包括内部具有格栅的直筒段；所述直筒段设置在格栅段和扩散段之间，进一步稳定流场。

8.根据权利要求7所述的轨道车辆冷却系统用冷却风扇性能试验装置，其特征在于，所述直筒段包括前直筒段和后直筒段；所述前直筒段设置在格栅段和收敛段之间，所述后直筒段设置在测量段和扩散段之间。