CN108010670A - 基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统，包括牵引变压器(1)、风冷散热器(2)、泵(8)，它们经由冷却工质配管连接构成循环回路，冷却工质采用80℃～100℃沸点氟碳化合物；牵引变压器(1)和风冷散热器(2)采用分体安装，即牵引变压器(1)安装在车体(3)的车架下，风冷散热器则安装在车体(3)顶部，并由牵引变压器出液管(4)和牵引变压器回液管(5)连接。与传统采用油冷技术的牵引变压器相比，牵引变压器及其冷却系统结构得到了简化，体积和重量均得到有效减少，能够满足轨道车辆的轻量化要求。

Description

基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统
技术领域
本发明涉及轨道车辆换热技术领域，更具体地，涉及一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统。
背景技术
目前，在铁道行业，轨道车辆用牵引变压器冷却系统均采用非相变换热的油冷技术，该换热方式相对传热能力低，导致牵引变压器及其冷却系统体积重量大，整个牵引变压器及其冷却系统重量约占整个传动系统设备重量的1/3左右，对整车的设备布置和轴重指标制约严重。
对于低速度等级的电力机车和电动车组来说，采用传统油冷技术的牵引变压器能够满足整车设计要求。但随着车辆速度的不断提升，当电力机车速度达到200km/h及以上，电动车组速度达到400km/h及以上时，牵引变压器容量大幅度的增加，采用传统油冷技术的牵引变压器体积和重量已不能满足整车设计指标要求。例如，目前采用传统油冷技术的350km/h电动车组牵引变压器及其冷却系统总重约6500kg；如果电动车组速度达到400km/h，采用传统油冷技术的牵引变压器及其冷却系统总重将超过7000kg，而集成商希望将其重量控制在5500kg以下，采用传统冷却技术的牵引变压器已难以满足重量指标要求，势必影响整车的性能。
相变换热技术是利用流体沸腾时的汽化潜热传递热量的冷却技术，流体的汽化潜热要比一般流体的潜热大很多，相变换热能力一般是常规传热方式的3倍以上，这为牵引变压器及其冷却系统的轻量化设计提供了一种可行的方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统，大幅提高了牵引变压器一次冷却的换热能力，降低牵引变压器的体积和重量，以满足整车设计要求。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统，包括牵引变压器、风冷散热器、泵，它们经由冷却工质配管连接构成循环回路，还包括冷却工质，其在循环回路中循环流动，其特征在于，
所述牵引变压器和所述风冷散热器采用分体安装，所述牵引变压器安装在车体的底架下方，所述风冷散热器安装在车体的顶部；
所述风冷散热器包括冷凝器、叶轮和电机，所述电机带动叶轮旋转，冷却空气从车体顶部两侧进风，流经冷凝器、叶轮后从车体上方出风，与所述冷凝器进行换热；
所述冷却工质配管包括牵引变压器出液管和牵引变压器回液管，所述牵引变压器出液管连接所述牵引变压器的出液口和所述风冷散热器的进液口，所述牵引变压器回液管连接所述风冷散热器的出液口和所述牵引变压器的进液口，所述牵引变压器出液管和冷凝器内为气液两相冷却工质，所述牵引变压器回液管内为液相冷却工质；
所述泵安装于所述牵引变压器的进液口；
所述冷却工质采用高沸点氟碳化合物，其沸点范围为80℃～100℃。
进一步地，所述冷却工质大部分位于牵引变压器、牵引变压器出液管和牵引变压器回液管内，冷凝器内腔有少量冷却工质，冷凝器内腔未有冷却工质的空间作为冷却系统膨胀空间。
进一步地，所述风冷散热器的出液口处安装有温度传感器，所述电机为变频电机，变频器安装于车体内的电气柜中，所述变频器分别与所述电机和所述温度传感器电连接，所述叶轮的转速由变频器根据温度传感器采集的流回牵引变压器的冷却工质的温度信号进行无级变速控制。
从上述技术方案可以看出，本发明通过引入高沸点冷却工质，采用相变换热技术为牵引变压器进行冷却，大幅提高了牵引变压器一次冷却的换热能力，使牵引变压器及其冷却系统结构得到了简化，与传统采用油冷技术的牵引变压器相比，大幅度节省了空间尺寸和降低了重量，牵引变压器体积和重量可降低20％以上，能够满足轨道车辆的轻量化要求。
附图说明
图1是本发明的一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统的结构布置示意图；
图2是本发明的工作原理图；
图中标记，1牵引变压器；2风冷散热器；3车体；4牵引变压器出液管；5牵引变压器回液管；6电气柜；7变频器；8泵；201冷凝器；202叶轮；203电机；204温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1和图2。如图所示，一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统，包括牵引变压器1、风冷散热器2、泵8，它们经由冷却工质配管连接构成循环回路。
如图所示，冷却工质配管包括牵引变压器出液管4和牵引变压器回液管5，牵引变压器出液管4连接牵引变压器1的出液口和风冷散热器2的进液口，牵引变压器回液管5连接风冷散热器2的出液口和牵引变压器1的进液口。
冷却工质位于牵引变压器1内，浸润变压线圈，当冷却工质被加热后达到沸点，会汽化成气态，气态冷却工质从牵引变压器1出液口流出，经牵引变压器出液管4进入风冷散热器2，与冷空气换热，风冷散热器2内为气液两相冷却工质，降温后的液态冷却工质从风冷散热器2流出，经牵引变压器回液管5，在泵8的作用下被返回至牵引变压器1，如此循环流动，对牵引变压器1进行冷却。采用上述流体沸腾时的汽化潜热传递热量，相变换热能力一般是常规流体传热方式的3倍以上，这为牵引变压器及其冷却系统的轻量化设计提供了一种可行的方案。
在本实施例中，冷却工质采用高沸点氟碳化合物，其沸点范围为80℃～100℃。
如图1所示，牵引变压器1和风冷散热器2采用分体安装，牵引变压器1安装在车体3的底架下方，所述风冷散热器2安装在车体3的顶部，布局合理。
风冷散热器2包括冷凝器201、叶轮202和电机203，电机203带动叶轮202旋转，冷却空气从车体顶部两侧进风，流经冷凝器201、叶轮202后从车体上方出风，与所述冷凝器201进行换热。
电机203可以为变频电机，在风冷散热器2的出液口处安装有温度传感器204，变频器7安装于车体3内的电气柜6中，变频器7分别与电机203和温度传感器204电连接，叶轮202的转速由变频器7根据温度传感器204采集的流回牵引变压器1的冷却工质的温度信号进行无级变速控制，进一步节能和降低噪声。
本发明的基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统，采用相变换热技术替代传统的油冷技术，并对牵引变压器和冷凝器进行针对性的结构设计，可以将牵引变压器体积和重量降低20％以上，为客户提供一种换热能力强、体积小、重量轻的紧凑型轻量化牵引变压器冷却系统。
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 (3)

1.一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统，包括牵引变压器(1)、风冷散热器(2)、泵(8)，它们经由冷却工质配管连接构成循环回路，还包括冷却工质，其在循环回路中循环流动，其特征在于，
所述牵引变压器(1)和所述风冷散热器(2)采用分体安装，所述牵引变压器(1)安装在车体(3)的底架下方，所述风冷散热器(2)安装在车体(3)的顶部；
所述风冷散热器(2)包括冷凝器(201)、叶轮(202)和电机(203)，所述电机(203)带动叶轮(202)旋转，冷却空气从车体顶部两侧进风，流经冷凝器(201)、叶轮(202)后从车体上方出风，与所述冷凝器(201)进行换热；
所述冷却工质配管包括牵引变压器出液管(4)和牵引变压器回液管(5)，所述牵引变压器出液管(4)连接所述牵引变压器(1)的出液口和所述风冷散热器(2)的进液口，所述牵引变压器回液管(5)连接所述风冷散热器(2)的出液口和所述牵引变压器(1)的进液口，所述牵引变压器出液管(4)和冷凝器(201)内为气液两相冷却工质，所述牵引变压器回液管(5)内为液相冷却工质；
所述泵(8)安装于所述牵引变压器(1)的进液口；
所述冷却工质采用高沸点氟碳化合物，其沸点范围为80℃～100℃。
2.根据权利要求1所述的一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统，其特征在于，所述风冷散热器(2)的出液口处安装有温度传感器(204)，所述电机(203)为变频电机，变频器(7)安装于车体(3)内的电气柜(6)中，所述变频器(7)分别与所述电机(203)和所述温度传感器(204)电连接，所述叶轮(202)的转速由变频器(7)根据温度传感器(204)采集的流回牵引变压器(1)的冷却工质的温度信号进行无级变速控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于相变换热技术的轨道车辆用牵引变压器冷却系统，其特征在于，所述冷却工质大部分位于牵引变压器(1)、牵引变压器出液管(4)和牵引变压器回液管(5)内，少量位于冷凝器(201)内，冷凝器(201)内腔未有冷却工质的空间作为冷却系统膨胀空间。
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