CN206578088U - 电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计一种电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统，主要由空气增压器，驱动电机，电阻加热管，高压热空气喷头，电源控制器构成；在列车短暂停车时，或受电弓升弓之前，或列车行驶过程中，可以把高压热空气气流吹到车顶绝缘子表面，致使车顶绝缘子污闪条件难于形成，从而提高电力机车及动车组在恶劣天气环境中运行的可靠性，并减轻相关运行维护人员的劳动强度。此外，本系统很少占用车内空间，容易安装或拆除，便于推广应用。

Description

电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统

技术领域

本实用新型涉及电气化铁路运输系统中普通电力机车和高速动车组的车顶绝缘子污闪故障的防治。

背景技术

随着铁路运输系统电气化比例的不断增加，高速铁路里程的日益增长，环境污染和气候变化给铁路的安全运行带来了严峻的挑战。普通电力机车或高速动车组的车顶绝缘子污闪现象，是常见的电气化铁路弓网故障之一。这些事故不但直接导致各种相关设备的损坏，而且打乱了正常的铁路调度计划，造成了巨大的间接经济损失，严重影响乘客对铁路运输能力的信心。

以往电力机车车顶多采用陶瓷绝缘子，因其表面容易积聚污秽，运行维护成本较高。现在复合材料绝缘子因其表面固有的憎水性而得到了普及。尽管不断发展的高级绝缘子技术、先进的测试手段、严格的运行维护措施等，可以大大降低车顶绝缘子污闪故障的发生机率，但由于严重的空气污染，加上越来越多的电力机车及高速动车组跨多气候区运行，车顶绝缘子污闪事故仍然时有发生。

目前，世界各国对电力机车及高速动车组车顶绝缘子的运行维护措施，仅限于用各种清洁液进行人工或机器清洗。不但劳动强度比较大，而且难于做到随时随地清洗。特别是，我国高速铁路的迅猛发展要求高速动车组能够在各种恶劣的气候条件下长期可靠运行。因此，进一步改进车顶绝缘子的清洁方法，尽可能避免车顶绝缘子污闪事故的发生，是十分必要的。

专利ZL201310728454.6公开了一种电力机车车顶绝缘子高压热空气清洁系统，可以在电力机车或高速动车组运行过程中，对车顶绝缘子进行清洁。但是，由于需要配备空气压缩机和高压罐，一方面占用有限的列车内部空间；另一方面，安装的高压空气管路可能会导致比较大的列车车体结构改变；因此，实施成本较高，难以推广应用。

发明内容

本实用新型设计一种新的电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统，包括两种基本结构形式。第一种基本结构的电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统(下面简称：第一种系统)，主要由空气加热器，电动翻转机构(可选件)，电源控制器构成(见图1)。其中，电动翻转机构可以采用步进电机驱动方式，或其它驱动方式。

第一种系统的电源控制器安装固定在列车内部，通过电缆线控制或驱动位于车顶上面的其它部件(见图2)。空气加热器可以安装固定在车顶上面；也可以通过电动翻转机构，实现活动安装方式。在空气加热器开始工作之前，电动翻转机构应该把它垂直竖起；在空气加热器不工作时，电动翻转机构可以把它水平放倒，从而，降低由它引起的空气阻力(见图3)。

空气加热器可以具有多层(大约2至10层)发热板，发热板表面光滑或表面带有合适的散热片(见图6B)。空气加热器的输入功率，应该根据列车周围环境温度，能够进行分级调节，以便输出所需温度的热空气气流。

当列车开动时，第一种系统应该开始工作。司机手动控制或列车本身自动控制，启动电源控制器；如果配有电动翻转机构，并且空气加热器处于水平放倒的状态，应该首先竖起空气加热器；然后，给空气加热器供电，加热流过空气加热器的多层发热板之间空隙的空气。由于列车向前运动，温度升高后的热空气气流，将会吹到车顶绝缘子表面，防止表面结冰，降低表面湿度，甚至吹掉粘在表面上的污秽物，致使污闪条件难于形成。

当列车短暂停车时，第一种系统虽然可以继续给空气加热器供电，但是，由于列车静止不动，热空气气流不能吹到车顶绝缘子表面。因此，在列车停车的情况下，第一种系统不能有效工作。

第二种基本结构的电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统(下面简称：第二种系统)，主要由空气增压器，驱动电机，电阻加热管，进气口，电动封闭门(可选件)，高压热空气分配器，高压热空气导管，高压热空气喷头，电源控制器构成(见图4)。其中，电动封闭门可以采用步进电机带动齿轮齿条的驱动方式，或其它驱动方式。

第二种系统的电源控制器安装固定在列车内部，通过电缆线控制或驱动位于车顶上面的其它部件(见图5)。驱动电机通过连接轴驱动空气增压器，二者安装到一个固定底板上，封闭在一个壳体内；固定底板可以安装在车顶上面。进气口可以是敞开式，也可以带有电动封闭门；电动封闭门，在空气增压器工作时打开，不工作时关闭，以便降低由进气口引起的空气阻力。电阻加热管与空气增压器的输出口相连接，可以提升高压空气的温度。

电阻加热管的输入功率，应该根据列车周围环境温度，能够进行分级调节，以便产生所需温度的高压热空气气流。高压热空气分配器把电阻加热管输出的高压热空气气流，均等分成几个分支气流。高压热空气导管把高压热空气分支气流，送到高压热空气喷头。高压热空气喷头可以安装固定在车顶绝缘子的正前方(列车行驶方向)一定距离的位置，或车顶绝缘子的侧面(列车行驶方向的左侧或右侧)一定距离的位置，便于列车行驶时，或停车时，把高压热空气气流吹到对应的车顶绝缘子表面。

当列车开动时，第二种系统应该开始工作。司机手动控制或列车本身自动控制，启动电源控制器；如果具有电动封闭门，并且处于关闭状态，应该首先打开进气口封闭门；然后，给驱动电机及电阻加热管供电；空气增压器开始运转，从进气口吸入周围的空气，同时产生高压空气；高压空气从空气增压器的输出口进入电阻加热管，经过加热，温度升高；高压热空气通过高压热空气分配器被分成几个分支气流之后，经由高压热空气导管送到位于车顶绝缘子正前方的高压热空气喷头；高压热空气喷头把高压热空气气流，吹到车顶绝缘子表面，从而获得更好的清洁效果，致使污闪条件难于形成。

当列车短暂停车时，第二种系统应该继续工作；或在列车长时间停车之后，受电弓升弓之前的一定时间，第二种系统应该开始工作。高压热空气可以从位于车顶绝缘子正前方的高压热空气喷头喷出，也可以从位于车顶绝缘子侧面的高压热空气喷头喷出，从而可以使车顶绝缘子表面保持清洁。

本系统(第一种系统，或第二种系统)一般应该安装固定在电力机车或高速动车组的受电弓车顶绝缘子之前(列车行驶方向)一定距离的车顶表面上，即列车行驶时的上风口位置。对于需要双向行驶的列车，可以考虑在其受电弓车顶绝缘子前后合适的位置，安装两个本系统；在列车行驶过程中，一个本系统工作，另一个本系统关闭。

在容易发生雨、雪、雾霾、结冰、大雾、沙尘暴等不利天气条件或空气严重污染的地区的冬季或春季，电力机车或高速动车组一般应该安装本系统，以便降低车顶绝缘子污闪故障的发生机率。从而，可以大大提高电力机车或高速动车组在恶劣气候环境条件下运行的可靠性，减少由各种污闪事故给铁路运输系统造成的经济损失，并减轻相关运行维护人员的劳动强度。

在不易发生车顶绝缘子污闪故障的其它季节或地区，可以考虑从电力机车或高速动车组的车顶，拆除本系统。以便降低空气阻力。

附图说明

图1是第一种系统的结构示意图。

图中：1-空气加热器；2-电源控制器；3-空气加热器的电源线；4-电动翻转机构(可选件)；5-电动翻转机构的信号线；6-发热板(多层，表面光滑或带散热片)。

图2是第一种系统的固定安装示意图。

图中：1-空气加热器；2-电源控制器；3-空气加热器的电源线；4-冷空气气流；5-热空气气流；6-车顶绝缘子；7-列车车顶；8-列车车头；9-列车行驶方向；10- 铁轨。

图3是第一种系统的活动安装示意图。

图中：1-空气加热器(垂直竖起)；2-空气加热器(水平放倒)；3-空气加热器的翻转范围；4-电动翻转机构；5-列车车顶；6-列车行驶方向。

图4是第二种系统的结构示意图。

图中：1-空气增压器；2-电源控制器；3-驱动电机；4-驱动电机的电源线；5- 进气口；6-电阻加热管；7-电阻加热管的电源线；8-高压热空气分配器；9-高压热空气导管(多条分支)；10-高压热空气喷头(多个)；11-车顶绝缘子；12-冷空气气流； 13-高压热空气气流。

图5是第二种系统的安装示意图。

图中：1-空气增压器集成箱(包括驱动电机，空气增压器，进气口)；2-电源控制器；3-固定底板；4-驱动电机的电源线；5-电动封闭门(可选件)；6-电阻加热管；7- 电阻加热管的电源线；8-高压热空气分配器；9-高压热空气导管(多条分支)；10-高压热空气喷头(多个)；11-车顶绝缘子；12-冷空气气流；13-高压热空气气流；14- 列车车顶；15-列车车头；16-列车行驶方向；17-铁轨。

图6A是第一种系统的空气加热器的光滑表面发热板的结构示意图。

图中：1-发热板外壳；2-发热板(电阻丝)；3-空气气流方向。

图6B是第一种系统的空气加热器的带散热片发热板的结构示意图。

图中：1-发热板外壳；2-发热板(电阻丝)；3-散热片；4-空气气流方向。

具体实施方式

由于电力机车与高速动车组相比，具体的车顶结构和运行条件都存在较大差别，因此应该通过优化设计，制造，安装，试验，运行调试等过程，来分别给它们配备合适的车顶绝缘子热空气清洁系统。

电力机车的车顶绝缘子的数量比较多，并且空间分布的距离比较远，应该选用第一种系统(见图2)；当然，根据实际需要，也可以选用第二种系统。相反，高速动车组的车顶绝缘子的数量相对比较少，并且空间分布比较集中，应该选用第二种系统(见图5)；当然，根据实际需要，也可以选用第一种系统。

此外，在一列电力机车或高速动车组上，也可以同时配备两种基本结构的车顶绝缘子热空气清洁系统。在列车行驶过程中，第一种系统工作，第二种系统关闭。在列车短暂停留过程中，或长时间停车后，开车之前的短暂间隙，第一种系统关闭，第二种系统工作。

第一种系统的空气加热器的安装位置，必须与车顶受电弓的高电压部件之间保持足够的安全距离。空气加热器(见图1中标记1)的宽度，应该能够覆盖车顶绝缘子空间分布的宽度；其高度应该与最高车顶绝缘子的顶部齐平；其厚度应该取决于实际需要的发热板的宽度。

第二种系统的高压热空气喷头的安装位置，必须与车顶受电弓的高电压部件之间保持足够的安全距离。由于高压热空气导管(见图5中标记9)和高压热空气喷头(见图5中标记10)距离车顶绝缘子(见图5中标记11)比较近，应该采用高温塑料或其它高强度绝缘材料制作。

Claims (3)

1.一种电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统，其特征在于：包括空气增压器，驱动电机，电阻加热管，进气口，电动封闭门，高压热空气分配器，高压热空气导管，高压热空气喷头，电源控制器；驱动电机通过连接轴驱动空气增压器，二者通过固定底板安装在车顶上面；进气口是敞开式，或由电动封闭门控制其开关状态；电阻加热管与空气增压器的输出口相连接，提升高压空气的温度；高压热空气通过高压热空气分配器及高压热空气导管到达高压热空气喷头；电源控制器安装固定在列车内部，通过电缆线控制或驱动位于车顶上面的其它部件；在列车行驶过程中，或停车时，高压热空气喷头喷出高压热空气气流，从正前方或侧面吹拂车顶绝缘子表面，致使污闪条件难于形成。

2.根据权利要求1所述的一种电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统，其特征在于：电动封闭门必须首先打开，空气增压器才能开始工作；空气增压器不工作时，电动封闭门关闭，以便降低空气阻力。

3.根据权利要求1所述的一种电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统，其特征在于：通过对电阻加热管的输入功率进行分级调节，实现输出高压热空气气流的温度变化。