东风4B型机车冷却水温度过高的原因分析及防止措施研究

邵田++聂起超

【摘 要】论文系统分析了东风4B型机车冷却水温度过高的主要原因，并从东风4B型机车散热器的传热机理方面进行研究，进而提出了有效的防止冷却水温度过高的措施，冷却水温度过高问题得到有效解决。

【Abstract】The main reason of ultra high temperature of cooling water for Dongfeng4B locomotives is analyzed systematically . And the heat transfer mechanism of Dongfeng 4B locomotive radiator is studied. According to the above analysis and research， paper puts forward effective measures to prevent the ultra high temperature of cooling water temperature. Then the temperature too high of cooling water is solved effectively.

【关键词】东风4B型机车；冷却水；温度

【Keywords】Dongfeng 4B model locomotive； cooling water； temperature

【中图分类号】U262 . 231 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0188-02

1 引言

东风4B型内燃机车是国产单机功率较大的干线客货运交直流电传动的内燃机车，也是我国铁路数量较多的国产主型内燃机车[1]。东风4B型机车柴油机的冷却水系统分高温水系统和低温冷却水系统两个循环系统，前者用于冷却柴油机机体、汽缸盖、气缸套、前后增压器等部件，后者用于冷却机油、静液压油和前后中冷器等。在柴油机工作时，高低温冷却水最终分别经各自的散热器组（又名散热单节），水流在散热器水管内蛇形流动，将冷却水中的一部分热量散入大气。

冷却风扇的转速由油、水管路上的温度控制阀控制，以保证柴油机得到及时冷却，使柴油机处于最佳工作状态[2]。

所谓冷却水温过高现象，主要是指柴油机出口水温达到或超过 88 ℃时 ， 产生水温继电器动作，使柴油机自动卸载。高温水系统的水温过高，同时还会造成机油温度过高 ， 加速机油老化，引起柴油机磨损加剧。

2 原因分析

产生冷却系统水温过高的原因是多方面的，我们先对冷却水通路进行分析，高、低温冷却水系统循环示意图如下：

有关试验表明，柴油机高温水约带走总发热量的10%～ 11.4%，中冷水约带走总热量的 6%，机油及静液压工作油约带走总热量的5.2%～8%，这些热量均需通过散热装置进行散热冷却[3]。

从散热器的传热机理分析， 空气流从散热装置中所带走的热量与散热器结构、水温及空气温度有如下关系：

Q=KFΔt

Q——散热器组散热量；

K ——传热系数；

F ——总散热面积；

Δt ——换热介质的对数平均温差[4]。

在式中，传热系数K是评价散热效能的重要参数，它表示在换热介质之间的每1℃对数平均温差单位传热面积所散逸的热量。K值与散热器结构、水的流速 、空气质量流速、气流扰动、散热管焊接质量等许多因素有关。在相同的水温与水流速度下，传热系数K随着空气质量流速（空气流速与密度的乘积）的增加而提高。在水流速及空气质量流速相同的条件下，随着水温的增高，K值也增大。

因东风4B型机车采用的是闭式、高温循环冷却方式，高低温水系统的最高允许温度已经确定，式中换热介质的对数平均温差Δt仅与外界空气温度有关，故这里只从换热系数K及总散热面积F两方面并结合机车运用中的一些现象来加以分析。

2.1 水系统对散热的影响

2.1.1 系统中空气对散热的影响

当向机车冷却水系统加水时，如果没有打开散热器上方的放气阀进行放气，会使空气堵塞在散热器中，造成冷却水循环受阻，影响散热。我段1224号机车曾发生过此类现象。经检查，由于该机车乘务员在向冷却水系统补水时，未打开散热器放气阀进行排气，致使冷却水循环不畅，引起水温过高。

2.1.2 系统水流量对散热的影响

由于系统管路阻力过大或冷却水泵故障， 使冷却水流量减少甚至受阻，使进入散热器的水流速大大降低， 从而影响散热管散热， 造成水温过高。我段7378号机车曾因水泵叶轮破损， 使冷却水不能流通， 造成水温过高。

2.2 空气流速对散热的影响

流经散热器的空气由冷却风扇提供，因此控制冷却风扇运转的温度控制阀恒温元件与静液压工作油安全阀作用好坏直接影响散热状况。机车水系统恒温元件作用不良，造成冷却风扇在规定的温度时不工作或转动太慢 ， 使空气流通缓慢，空气流速下降，换热效率降低，水温升高。

2.3 散热器对散热的影响

散热器外部有大量污垢 ，会造成冷却空气通过阻力增大，空气质量流速和散热面积F减小，使散热量降低。东风4B型机车的冷却风扇安装在散热器组的V形空间内，通过静液压系统工作油来驱动其运转，经常造成散热器单节上沾油，加之冷却风扇的抽吸作用，使空气中的灰尘等极易粘附在散热片上，使散热片之间空气通道堵塞，空气通过能力减弱，散热能力大大降低。

3 防止措施

从以上分析可见，要避免出现水温过高现象，关键是要强化操作技能，提高检修质量。可以总结为以下四个方面：

①完善运用准备操作工序。在日常运用过程中 ，一定要严格按照操作工序 ， 检查阀门开闭位置是否正确，以使系统中空气得到充分排除和及时补充。否则，在上水时，如果忘了打开放气阀，水中存有空气，容易造成补水不足而引起水温过高。②定期對冷却水泵进行检查。水泵的检查要求水温在 60～80℃，进气真空度为 19. 3～20kPa、水泵转速分别为2150r/min和1965r/min时，流量应分别达到115kL和100kL ，出口水压应分别达到0. 28MPa和0. 18MPa。若达不到要求，应做必要检查，找出原因。③在柴油机冷却水温过高时，发现冷却风扇转得太慢或不转，可调整温度控制阀上的调节螺钉，顺时针拧动，使静液压油路打开，冷却风扇便能转动，若无变化，则为安全阀故障，应进行更换。

内燃机车的冷却水虽经过处理，但仍含有一定量钙、镁的重碳酸盐、氯盐、硫酸盐，这些盐类不可避免地要沉积生成水垢，由于水垢的导热性极差，即使是很薄的水垢亦必须及时清除。

对于散热单节，可采用稀盐酸冲洗。碳酸钙、碳酸镁和硫酸钙能和盐酸起作用而生成可溶的氯化钙。

酸洗时，采用5 %的工业盐酸（加2. 5 %的水玻璃）溶，将其加热到50 ～ 60 ℃用耐酸泵循环输入冷却管道内，溶液的流向应和实际工作时冷却水流向相反。酸洗结束后，应放净酸溶液，用碳酸钠中和，然后用清水冲洗干净。

从以上采取的措施可以看出，水温高的原因有很多，其中有的很容易发现，有的则不然，这就需要处理者认真观察分析，逐步排查找到问题的根本原因。

4 总结

在我段用车实际情况中，已经采取了以上措施，机车水温高现象已经得到了有效控制。但同时也应该注意到：在处理问题过程中，应尽量提高乘务员判断故障的能力，尽量避免重复的检查判断，同时提高检修作业标准，减少机车故障率，提高用车质量。

【参考文献】

【1】陆修涵.柴油机[M].北京：中国铁道出版社，1986.

【2】叶岚，黄运良.东风4B型内燃机车16V240ZJB型柴油机[M] .大连：大连机车车辆工厂，1987.

【3】王夏鉴，王振和.内燃机车制造与修理工艺基础[M].北京：中国铁道出版社，1989.

【4】王补宣.热工基础[M].北京： 高等教育出版社，1991.endprint