CN113284706B - 轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，包括以下步骤：步骤一、输入通风散热系统的进风口面积S、预警临界值k；步骤二、在线监测环境温度T、大气压强P、所述通风散热系统的出风量Q；步骤三、通过式(1)计算得到轨道交通车载变压器通风散热系统的出风量标准值Qs，步骤四、通过式(3)计算得到所述通风散热系统的工作安全风险系数G；步骤五，预警判断：对比工作安全风险系数G与预警临界值k的大小，当工作安全风险系数G大于预警临界值k时，发出预警。本发明具有需要在线监测量少且流程清晰简单，并且能够有效评估轨道交通车载变压器通风散热系统工作状态，做出预警判断。

Description

轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法
技术领域
本发明涉及轨道交通安全评估领域。更具体地说，本发明涉及一种轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法。
背景技术
车载变压器是轨道交通车辆的关键设备，其服役状态直接决定了电力机车运行的安全与可靠性。轨道交通车辆在运行过程中，车载变压器会发出大量热量，导致设备工作的环境温度升高，高温是电子设备损坏的主要原因，温度过高容易导致设备的性能和稳定性降低，最终导致设备损坏，影响列车的安全运行。因此通常在车辆车载变压器外部增加散热系统来促进设备温度的降低，然而外界环境风入风道时可能夹杂着其他杂质，严重时将导致设备出现故障，进而影响列车的安全运行。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种，轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，主要针对轨道交通车载变压器通风散热系统工作状态难以及时监控及安全预警的难题，本发明所提方法需要在线监测量少且流程清晰简单，并且能够有效评估轨道交通车载变压器通风散热系统工作状态，做出预警判断。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，包括以下步骤：
步骤一、输入通风散热系统的进风口面积S、预警临界值k；
步骤二、在线监测环境温度T、大气压强P、所述通风散热系统的出风量Q；
步骤三、通过式(1)计算得到轨道交通车载变压器通风散热系统的出风量标准值QS，
QS＝H×(-16548×S2+25598×S+121.68) (1)
其中，式(1)中，H为环境校正系数，通过为式(2)计算得到H，
Figure BDA0003129534450000021
式(2)中，P0为标准物理大气压强；
步骤四、通过式(3)计算得到所述通风散热系统的工作安全风险系数G；
Figure BDA0003129534450000022
步骤五，预警判断：对比工作安全风险系数G与预警临界值k的大小，当工作安全风险系数G大于预警临界值k时，发出预警。
优选的是，P0取值为0.1013Mpa。
优选的是，所述通风散热系统还包括内部降噪系统，所述内部降噪系统包括：
壳体，其用于容纳车载变压器、通风散热系统的散热风机、主排风机、备用排风机，所述散热风机的进风管、所述主排风机的主排风管、所述备用排风机的备用排风管分别设置于所述壳体上；
隔音层，其敷设于所述壳体内壁上，以及套设在所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管的内壁上。
优选的是，所述隔音层包括由内至外依次设置的金属孔板和吸音颗粒层，其中，所述金属孔板具有一定厚度，所述金属孔板上的吸音孔呈圆台形，并且所述吸音孔端面较大一侧背离所述吸音颗粒层设置，所述吸音颗粒层包括粒径大小不同的泡棉颗粒填充形成。
优选的是，所述泡棉颗粒的粒径为0.5～3mm。
优选的是，所述通风散热系统还包括风道降噪系统，所述风道降噪系统包括：
三个通风管，三个通风管分别同轴套设于所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管内，并且分别与所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管等长，所述通风管内和所述通风管与所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管形成的三个环形风道内均设有至少一组降噪片，每组降噪片一端固定于所述通风管内壁上或固定于所述环形风道的内壁上，并且所述降噪片的自由端均沿与径向呈偏离一定角度的朝向中心设置，所述降噪片的自由端位于其固定端沿顺风方向的下游处，形成与所述通风管同轴的螺旋状，并且所有组的降噪片的螺旋方向均一致。
优选的是，每组降噪片的个数为8个。
优选的是，所述降噪片朝向逆风方向的表面呈弧面形，并且所述降噪片的该弧面形的表面沿顺风方向凸出，所述降噪片朝向逆风方向的表面上凸设有导流棱，所述导流棱的粗细沿径向向中心渐细，所述导流棱的两侧侧壁呈弧面形，并且所述导流棱的两侧侧壁向所述导流棱内部凹陷。
优选的是，若多于一组降噪片，则相邻两组降噪片之间的距离为50～80cm。
优选的是，所述通风管内壁上同轴套设有所述隔音层。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明主要针对轨道交通车载变压器通风散热系统工作状态难以及时监控及安全预警的难题，本发明所提方法需要在线监测量少且流程清晰简单，还能够有效评估轨道交通车载变压器通风散热系统工作状态，做出预警判断。
第二、不管是车载变压器还是散热系统的散热风机，以及主排风机和备用排风机，在运行时均会制造巨大噪音，尤其是车载变压器。在上述技术方案中，通过将车载变压器与散热风机等设置在具有隔音层的壳体内，以及在进风管、主排风管、备用排风管均设置隔音层，可以有效降低车载变压器、散热风机的声音向外传播，以及有效减少进风管、主排风管、备用排风管由于风流通制造的噪音向外传播，同时还不会影响壳体内外的空气交换，即不影响车载变压器的散热。
第三、车载变压器产生噪音的一个主要原因是振动噪音，并同时夹杂有电磁噪音和空气流通的波动噪音，因此，采用金属孔板结合圆台形孔形对上述声音进行处理，金属板(无吸音孔的部分)可以直面对电磁噪音和波动澡音进行反射，多次反射以消弱声能，吸音孔的圆台形部分可以将振动噪音交叉反射，相互抵消部分声能，以及不管是振动噪音还是电磁噪音和波动噪音，均能通过吸音孔进入吸音颗粒层，不同粒径大小的泡棉颗粒可以匹配不同类型的噪音，对各类型噪音提升吸收效率。
第四、由于所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管是连通壳体内外的部分，并且通风面积不小，很多噪音还是会从所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管向外传播。本发明通过在所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管设置通风管，由于通风管占据的截面面积较小，对原来的进风管、主排风管、备用排风管的通风量影响不大，若影响较大时，可以适当扩大原来的进风管、主排风管、备用排风管的直径，以适应该设计。设置了通过管、降噪片后，可以使风的流向修饰成螺旋形，显著减少轴流噪音，并且也不会影响通风量，另外，由于是沿风向螺旋，可以减少通风阻力，对于由壳体内向外传播的噪音，具有显著阻挡作用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的其中一种技术方案的所述通风散热系统工作安全预警方法的流程图；
图2为本发明的其中一种技术方案的所述内部降噪系统的侧面视图；
图3为本发明的其中一种技术方案的所述隔音层的截面图；
图4为本发明的其中一种技术方案的所述风道降噪系统的轴向视图；
图5为本发明的其中一种技术方案的所述降噪片的细节图；
图6为本发明的其中一种技术方案的所述降噪片的A-A截面图；
图7为本发明的其中一种技术方案的所述柔接管的径向截面图；
图8为本发明的其中一种技术方案的所述柔接管的侧面视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～8所示，本发明提供一种轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，包括以下步骤：
步骤一、输入通风散热系统的进风口面积S、预警临界值k；
步骤二、在线监测环境温度T(单位为开尔文，K)、大气压强P(单位为兆帕，MPa)、所述通风散热系统的出风量Q(单位为立方米每小时，m3/h)；
步骤三、通过式(1)计算得到轨道交通车载变压器通风散热系统的出风量标准值QS，
QS＝H×(-16548×S2+25598×S+121.68) (1)
其中，式(1)中，H为环境校正系数，通过为式(2)计算得到H，
Figure BDA0003129534450000051
式(2)中，P0为标准物理大气压强，P0取值为0.1013Mp；
步骤四、通过式(3)计算得到所述通风散热系统的工作安全风险系数G；
Figure BDA0003129534450000052
步骤五，预警判断：对比工作安全风险系数G与预警临界值k的大小，当工作安全风险系数G大于预警临界值k时，发出预警，当G在大于k时，不发出预警。
在上述技术方案中，主要包括五个步骤：第一步，输入轨道交通车载变压器通风散热系统的进风口面积S、预警临界值k；第二步，在线监测环境温度T、大气压P、轨道交通车载变压器通风散热系统的出风量Q；第三步，计算得到轨道交通车载变压器通风散热系统的出风量标准值；第四步，计算得到轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全风险系数；第五步，预警判断。本发明主要针对轨道交通车载变压器通风散热系统工作状态难以及时监控及安全预警的难题，本发明所提方法需要在线监测量少且流程清晰简单，还能够有效评估轨道交通车载变压器通风散热系统工作状态，做出预警判断。
在另一种技术方案中，所述通风散热系统还包括内部降噪系统，所述内部降噪系统包括：
壳体2，其用于容纳车载变压器1、通风散热系统的散热风机3、主排风机、备用排风机，所述散热风机3的进风管4、所述主排风机的主排风管5、所述备用排风机的备用排风管6分别设置于所述壳体2上；
隔音层7，其敷设于所述壳体2内壁上，以及套设在所述进风管4、所述主排风管5、所述备用排风管6的内壁上。
不管是车载变压器1还是散热系统的散热风机3，以及主排风机和备用排风机，在运行时均会制造巨大噪音，尤其是车载变压器1。在上述技术方案中，通过将车载变压器1与散热风机3等设置在具有隔音层7的壳体2内，以及在进风管4、主排风管5、备用排风管6均设置隔音层7，可以有效降低车载变压器1、散热风机3的声音向外传播，以及有效减少进风管4、主排风管5、备用排风管6由于风流通制造的噪音向外传播，同时还不会影响壳体2内外的空气交换，即不影响车载变压器1的散热。
在另一种技术方案中，所述隔音层7包括由内至外依次设置的金属孔板71和吸音颗粒层72，其中，所述金属孔板71具有一定厚度，所述金属孔板71上的吸音孔73呈圆台形，并且所述吸音孔73端面较大一侧背离所述吸音颗粒层72设置，所述吸音颗粒层72 包括粒径大小不同的泡棉颗粒填充形成。
在上述技术方案中，车载变压器1产生噪音的一个主要原因是振动噪音，并同时夹杂有电磁噪音和空气流通的波动噪音，因此，采用金属孔板71结合圆台形孔形对上述声音进行处理，金属板(无吸音孔73的部分)可以直面对电磁噪音和波动澡音进行反射，多次反射以消弱声能，吸音孔73的圆台形部分可以将振动噪音交叉反射，相互抵消部分声能，以及不管是振动噪音还是电磁噪音和波动噪音，均能通过吸音孔73进入吸音颗粒层 72，不同粒径大小的泡棉颗粒可以匹配不同类型的噪音，对各类型噪音提升吸收效率。
在另一种技术方案中，所述泡棉颗粒的粒径为0.5～3mm。车载变压器1和散热系统各部件产生的噪音在0.5～3mm的粒径范围内吸收率最高。
在另一种技术方案中，所述通风散热系统还包括风道降噪系统，所述风道降噪系统包括：
三个通风管8，三个通风管8分别同轴套设于所述进风管4、所述主排风管5、所述备用排风管6内，并且分别与所述进风管4、所述主排风管5、所述备用排风管6等长，所述通风管8内和所述通风管8与所述进风管4、所述主排风管5、所述备用排风管6形成的三个环形风道81内均设有至少一组降噪片82，每组降噪片82一端固定于所述通风管8内壁上或固定于所述环形风道81的内壁上，并且所述降噪片82的自由端均沿与径向呈偏离一定角度的朝向中心设置，所述降噪片82的自由端位于其固定端沿顺风方向的下游处，形成与所述通风管8同轴的螺旋状，并且所有组的降噪片82的螺旋方向均一致。
由于所述进风管4、所述主排风管5、所述备用排风管6是连通壳体2内外的部分，并且通风面积不小，很多噪音还是会从所述进风管4、所述主排风管5、所述备用排风管 6向外传播。在上述技术方案中，通过在所述进风管4、所述主排风管5、所述备用排风管6设置通风管8，由于通风管8占据的截面面积较小，对原来的进风管4、主排风管5、备用排风管6的通风量影响不大，若影响较大时，可以适当扩大原来的进风管4、主排风管5、备用排风管6的直径，以适应该设计。设置了通过管、降噪片82后，可以使风的流向修饰成螺旋形，显著减少轴流噪音，并且也不会影响通风量，另外，由于是沿风向螺旋，可以减少通风阻力，对于由壳体2内向外传播的噪音，具有显著阻挡作用。
在另一种技术方案中，每组降噪片82的个数为8个。根据目前车载变压器1中主流的运行功率，设置8个为一组的降噪片82，具有很强的噪音阻挡作用，并且几乎不影响通风量。
在另一种技术方案中，所述降噪片82朝向逆风方向的表面呈弧面形，并且所述降噪片82的该弧面形的表面沿顺风方向凸出，所述降噪片82朝向逆风方向的表面上凸设有导流棱83，所述导流棱83的粗细沿径向向中心渐细，所述导流棱83的两侧侧壁呈弧面形，并且所述导流棱83的两侧侧壁向所述导流棱83内部凹陷。
在上述技术方案中，为进一步减少降噪片82对通风量的影响，设置了导流棱83，该流线型的弧面导流棱83，可以更好的配合通风速度，甚至起到加速作用，不仅如此，导流棱83的自由端呈尖锐状，可以显著提升对噪音的吸收阻挡作用。
在另一种技术方案中，若多于一组降噪片82，则相邻两组降噪片82之间的距离为50～80cm。在该范围内隔开，上下游的降噪片82可以形成承接作用，可以使相邻两组降噪片82的气流更流畅。
在另一种技术方案中，所述通风管8内壁上同轴套设有所述隔音层7。进一步增强对风流通形成的噪音的吸音作用。
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：
为增强在通风量大的情况下的降噪性能，还包括柔接管9，其连通设置于所述进风管 4和所述散热风机3的进风端，所述柔接管9包括由橡胶材料制成的管体91、敷设于所述管体91内壁上的蜂窝状的蜂窝层92、敷设于所述蜂窝层92上的布层93，以及间隔套设于所述管体91外部的多个加强筋94，其中，所述加强筋94的材质为橡胶，所述柔接管9 的直径不大于所述进风管4的直径。
在上述技术方案中，若同时启动了备用排风机后，那么备用排风管6也在排风，并且此时散热风机3是在满负荷运行，将制作出巨大的噪音，为了适应该更大的噪音的降噪性能，增加了柔接管9，柔接管9具有一定的柔性，在散热风机3满负荷运行时，巨大风量从进风管4进入到该柔接管9内，可以被显著的吸收，因为橡胶本身具有缓冲风量带来的振动，然后蜂窝层92可以显著吸收声波，二者配合可以满足满负荷运行的散热系统带来的噪音。加强筋94是避免管体91随风流通过大时而振动，避免噪音的产生。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、输入通风散热系统的进风口面积S、预警临界值k；
步骤二、在线监测环境温度T、大气压强P、所述通风散热系统的出风量Q；其中，环境温度T的单位为开尔文，大气压强P的单位为兆帕，所述通风散热系统的出风量Q的单位为立方米每小时；
步骤三、通过式(1)计算得到轨道交通车载变压器通风散热系统的出风量标准值QS，
QS＝H×(-16548×S2+25598×S+121.68) (1)
其中，式(1)中，H为环境校正系数，H通过式(2)计算得到，
Figure FDA0003497708230000011
式(2)中，P0为标准物理大气压强；
步骤四、通过式(3)计算得到所述通风散热系统的工作安全风险系数G；
Figure FDA0003497708230000012
步骤五，预警判断：对比工作安全风险系数G与预警临界值k的大小，当工作安全风险系数G大于预警临界值k时，发出预警。
2.如权利要求1所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，P0取值为0.1013Mpa。
3.如权利要求1所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，所述通风散热系统还包括内部降噪系统，所述内部降噪系统包括：
壳体，其用于容纳车载变压器、通风散热系统的散热风机、主排风机、备用排风机，所述散热风机的进风管、所述主排风机的主排风管、所述备用排风机的备用排风管分别设置于所述壳体上；
隔音层，其敷设于所述壳体内壁上，以及套设在所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管的内壁上。
4.如权利要求3所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，所述隔音层包括由内至外依次设置的金属孔板和吸音颗粒层，其中，所述金属孔板具有一定厚度，所述金属孔板上的吸音孔呈圆台形，并且所述吸音孔端面较大一侧背离所述吸音颗粒层设置，所述吸音颗粒层包括粒径大小不同的泡棉颗粒填充形成。
5.如权利要求4所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，所述泡棉颗粒的粒径为0.5～3mm。
6.如权利要求3所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，所述通风散热系统还包括风道降噪系统，所述风道降噪系统包括：
三个通风管，三个通风管分别同轴套设于所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管内，并且分别与所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管等长，所述通风管内和所述通风管与所述进风管、所述主排风管、所述备用排风管形成的三个环形风道内均设有至少一组降噪片，每组降噪片一端固定于所述通风管内壁上或固定于所述环形风道的内壁上，并且所述降噪片的自由端均沿与径向呈偏离一定角度的朝向中心设置，所述降噪片的自由端位于其固定端沿顺风方向的下游处，形成与所述通风管同轴的螺旋状，并且所有组的降噪片的螺旋方向均一致。
7.如权利要求6所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，每组降噪片的个数为8个。
8.如权利要求6所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，所述降噪片朝向逆风方向的表面呈弧面形，并且所述降噪片的该弧面形的表面沿顺风方向凸出，所述降噪片朝向逆风方向的表面上凸设有导流棱，所述导流棱的粗细沿径向向中心渐细，所述导流棱的两侧侧壁呈弧面形，并且所述导流棱的两侧侧壁向所述导流棱内部凹陷。
9.如权利要求6所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，若多于一组降噪片，则相邻两组降噪片之间的距离为50～80cm。
10.如权利要求6所述的轨道交通车载变压器通风散热系统工作安全预警方法，其特征在于，所述通风管内壁上同轴套设有所述隔音层。
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