出口某国内燃机车散热器的研制

蔡忠全 马明 景旭 杨添植

摘 要

本文阐述了出口某国内燃机车冷却系统的工作原理和机车新型散热器的研制过程。该新型散热器采用整块式结构，简统化设计，水平置顶式安装方式，不同于国内机车V形钢结构加散热单节的冷却形式。

关键词

内燃机车;冷却系统;散热器;整块式;简统化;研制

中图分类号： U262                     文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 35

0 前言

某国铁路改造项目是中国和某国两国政府友好合作框架下最重要的项目，也是某国振兴国家铁路规划的重点项目。中国中车股份有限公司专门为此改造项目研制出口某国内燃机车，并由中国中车旗下多家机车公司共同承担制造，发動机采用MTU16V4000R43型柴油机，最大功率2200kW，额定转速1800rpm。本文所阐述的新型整块式简统化散热器是大连通铁热动力股份有限公司针对出口某国内燃机车冷却水系统需求而设计开发和研制的。

1 出口某国内燃机车冷却系统原理

在内燃机车正常行进中，柴油发动机等许多零部件在工作过程中会受热，需要为此设置专门的冷却系统对其进行冷却，冷却系统通常为封闭式加压水循环系统，冷却水将在高温条件下运转的柴油机及相关零部件，机油和增压空气积聚的热量带走，水温升高，流经散热器芯体时，冷却风扇对散热器芯体内部已升温的冷却水进行强迫通风冷却，使冷却水温度降到合理温度，之后冷却水流回水泵，完成循环。通过冷却水的连续循环，可以使这些部件在适当的温度范围下正常运转，使柴油发动机提供平稳可靠的输出功率，并提高其耐久性和经济性，进而保证机车的正常运行。

出口某国内燃机车的冷却水系统分为高温冷却水系统和低温冷却水系统两个循环系统。高温冷却水系统是柴油机冷却水的系统，系统主要由高温散热器、风扇、膨胀水箱、高温冷却水泵以及一些阀、管路、连接件等组成。高温冷却水系统的工作原理：在柴油机工作时，在高温冷却水泵的驱动下，冷却水流入柴油机要冷却的部件（如气缸缸套水腔，气缸盖等），流出时带走热量并升温，后经管路流入高温散热器，在风扇提供的冷空气冷却作用下，将热量散发到空气中，温度下降，再经管路流回到高温冷却水泵，完成循环。低温冷却水系统是为机油热交换器及柴油机增压空气而设的冷却水系统，系统主要由空气冷却器（中冷器）、机油热交换器、低温散热器、膨胀水箱、低温冷却水泵以及一些阀、管路、连接件等组成。低温冷却水系统的工作原理：在柴油机工作时，在低温冷却水泵的驱动下，冷却水流入中冷器，与中冷器内的增压空气进行热交换，增压空气得到冷却，冷却水升温并从中冷器流出，经管路进入机油热交换器，与机油进行热交换，机油得到冷却，冷却水再次升温并从机油热交换器流出，然后流进低温散热器，在风扇提供的冷空气冷却作用下，将热量散发到空气中，温度下降，再经管路流回到低温冷却水泵，完成循环。

2 出口某国内燃机车散热器性能参数要求

额定功率情况下，柴油发动机高、低温水循环系统的参数要求见表1。

3 新型整块式散热器结构与简统化设计

目前，国内大部分内燃机车冷却系统一般采用V形钢结构加散热单节组合的冷却形式，通常散热单节分两排安装在机车冷却室钢结构上，并与水平面成一定角度呈V形布置。冷却风扇安装在冷却室钢结构的顶部或底部，通过风扇的转动，将冷空气导向并穿过散热器，进行强迫通风冷却。

出口某国内燃机车与现有大部分车型不同，采用了整体大块散热器置顶安装结构，考虑柴油机采用双水泵设计，高温、低温冷却系统各自独立冷却的要求，最终选定的技术方案为高低温散热器分左右布置形式。采用新型整体大块式散热器结构的优点是取消了传统散热单节的角度安装，并将因此浪费的空间全部转化为散热器的有效迎风面积，使散热器的散热能力得以最大发挥。同时，去除了冷却装置集流箱，而是在散热器中用水室取代其功能，也减少了原来散热单节与集流箱间的阻力。散热器两侧安装有侧护板，在散热器上部安装有分别用于高、低温系统的排气管线，在散热器下部安装有用于连接导风筒的下部连接板，使冷空气可以有效地传递到散热器。由于散热器采用水平置顶安装方式，也为冷却室其他设备预留出更多的布置空间。

从结构上，新型散热器主要由散热器芯体（包括通水扁管，传热翅片和主片），水室，侧护板，密封件，紧固件等零部件组成。散热器芯体采用进口高频焊接黄铜管，散热片采用强化型铜翅片，以提高传热性能。考虑到机车运行的严苛条件，通水管端部与主片之间采用先进的机械胀接技术，能够更好的承受机械振动和热应力。

为了便于维保及检修，某国业主要求机车的设计制造过程中应尽可能对机车大部件进行简统。考虑到中国中车旗下多家机车公司机车设计方案的不同，导致冷却系统安装空间，位置，尺寸都有所不同，为满足产品互换性，满足用户多样性和个性化需求，散热器产品采用模块化设计，将产品设计成主体和附件两大模块，其中主体设计保证散热器散热性能满足多家客户的需要;附件设计充分考虑了安装位置，管线接口，下部连接板，易于装卸等因素，将用户的多样性需求以及复杂繁多的零部件整合成几种安装模块;使主体模块和附件模块可以自由组合搭配，契合冷却室的安装。散热器的简统成果是明显的，给用户带来了维护及检修上的便利，也使我公司散热器产品以最优性能得以应用。

4 散热器型式试验

与该新型散热器芯体结构相同的模型样件，已在中铁检验认证（大连）机车检验站有限公司进行了传热性能，空气阻力特性试验，样件按机车常规散热单节外形尺寸选取和设计;测试方法执行TB/T1160-2013《内燃机车用散热器》的规定;试验结果符合相关技术标准和客户要求。

5 结论

2016年3月至4月，出口某国内燃机车散热器通过了中国中车集团旗下多家机车公司的首件评审认定工作;5月至8月，在中车戚墅堰机车有限公司完成了装车运行试验，并批量装车运用。截止目前，装载本散热器的机车已经驰骋在某国高原，运用状况良好，产品的可靠性，安全性以及可维护性得到客户的高度认可。

参考文献

[1]戴繁荣.《内燃机车冷却装置》.（第一版）中国铁道出版社.1993.

[2]杨世铭，陶文铨.《传热学》.北京：高等教育出版社.2010.

[3]江太宏，等.《内燃机车产品简统化设计的研究》.中车资阳机车有限公司.