动车组变流器冷却系统检修技术研究及实现

2020-11-17李永富易铁航高乐铭

设备管理与维修 2020年20期

李永富，易铁航，高乐铭

（中车大连机车研究所有限公司，辽宁大连 116000）

0 引言

2008 年8 月，首列CRH3C 型动车组正式投入运营使用，截至目前全国在运营中的CRH3 系列动车组（包括中车唐山机车车辆有限公司和中车长春轨道客车股份有限公司的CRH3C、CRH380B 型动车组、CRH380BL 型动车组、CRH380BG 型动车组和CRH3CL 型动车组），共有760 列左右，其中大部分已经或即将进入拆解修修程。实施检修业务初期，主机厂实行“原造原修”原则，即原配件厂家检修自家产品。牵引变流器冷却系统大部分是外资企业生产，检修费用高，检修技术垄断。集团公司对打破垄断，降低检修费用，培植国内能够对进口产品进行检修和技术改造的企业非常重视。通过达成的技术协议，中车大连机车研究所有限公司开始对进口的CRH3 系列动车组牵引变流器冷却系统检修技术和检修方案进行研究，并承接拆解检修任务及相应产品改进任务。

1 技术要求

1.1 产品技术参数

环境温度-25～+40 ℃，高寒环境温度-40～+40 ℃，散热量67 kW，冷却空气输入温度40 ℃，冷却液体积流量190～200 L/min，冷却液输出温度57 ℃，变流器进出口压力损失0.08±0.02 MPa（0.8±0.2 bar）。

1.2 结构简介

CRH3 系列动车组牵引变流器冷却系统包括空气过滤器、散热器、风机组、中间风筒、膨胀水箱、谐振电感、水泵、进水管、中间水管和出水管等几大部件，如图1 所示。工作时，在风机作用下，冷却空气从列车侧面进入，经过过滤器、散热器，与散热器内腔中的乙二醇溶液进行热交换，一部分高温空气垂直排向车下，另外一部分空气经过中间风筒后与谐振电感进行热交换后排向车下。

冷却装置纵、横梁与动车车架通过弹性固定器连接到车辆底梁上，风机箱体、水泵和散热器分别通过减振器连接在纵梁和横梁上。其他各部件均通过螺栓刚性连接。

2 核心部件替代、整改方案研究

替代性拆解修最大的技术难点是散热器的更换问题。散热器是冷却系统的核心部件。从以往拆解修的统计中得知，冷却系统四级修散热器的更换频率替代一般在12%左右。因此，实现替代修必须实现散热器的国产化替代。散热器设计方案的微小变动就可能影响冷却系统整体的散热器空气阻力以及与风机的匹配性能，直接影响散热器性能。另一方面散热器液体侧的设计或工艺差别又可能影响到冷却系统的液体流动阻力，进而影响系统整体的液体流量、压差控制等一系列问题。其中任何一项出现不匹配都可能直接影响替代修后冷却系统的性能匹配或整车逻辑控制。综上所述，冷却系统拆解检修后，需要进行散热器替换后整体性能试验和液体压差试验进行综合验证。

2.1 散热器初选型

通过对散热器匹配车型、接口尺寸和散热器功率等条件的对比筛选，初步锁定可以用大连所生产，在CRH3C 型动车组上通过运用考核的JHRLX67-344 型散热器进行替代安装。

2.2 冷却系统性能试验

2.2.1 试验目的

试验目的是为了检验替换国产化散热器后冷却系统冷却能力、流体压力损失特性和功率消耗与技术规范的符合性。

2.2.2 试验依据GB/T 25331—2010《电力机车、电力动车组主变流器用水散热器产品技术参数》。

2.2.3 试验方法

（1）测试系统组成。性能试验测试系统由水系统和空气系统组成，流量、温度、压力测试仪器仪表测点布置见图2，空气温度测点、空气动压测点均匀布置。

（2）试验内容。2 个风机同时高速运行，保持2 个风机以高速运行；保持冷却系统进口水温度tw1=64 ℃；保持水流量Vw=12 m3/h（±5%）；保持进口气温tai1=40 ℃；堵塞散热器进口面积10%；测量冷却系统进口各测点空气动压hd1、hd2、…、hd12；测量散热器进口各测点空气温度tai1、tai2、tai3、…、tai9；测量冷却系统风机出口各测点空气温度tao1、tao2、tao3、tao4；测量冷却系统进口水温度tw1、冷却系统出口水温度tw2；测量水流量Vw；测量冷却系统进口水压力Pi和出口水压力Po；计算空气流量、水流量、散热量、水压力损失和电机功率。

（3）数据采集和处理判定。冷却系统试验数据整理计算结果见表1，冷却系统应满足表1 技术要求。

2.3 流量流阻试验

为拆解修冷却系统替换JHRLX67-344 型散热器，保持原系统中水泵及管路等不变。保持冷却系统内冷却液温度为50±2 ℃。模拟变流器进出水口压力损失为0.08 MPa（0.8 bar）时，测量系统冷却液流量满足12 m3±5%的要求。

表1 10%堵塞时冷却能力试验结果（2 风机高速）

（1）试验准备。将冷却系统进出水口用带流量调节阀与流量计的软管连接，进出法兰侧压力和温度传感器与数据采集器连接，水泵与电源线连接。

（2）试验内容。冷却系统内冷却液温度逐步加热至50±2 ℃，待温度稳定后，调节变流器进出水口压力损失，使压力损失在0.08 MPa（0.8 bar）左右选取4 个测量值，分别记录压力损失与流量的对应值。当流量存在小量超差时，可通过调节旁通系统的方法适当调节流量值。通过调节后，根据试验数据关系，模拟出流量随压力损失变化的模拟函数曲线。

（3）计算结果。根据测试点得出的模拟函数曲线见图3。

（4）试验评定。变流器进出口压力损失为0.08 MPa（0.8 bar）时，冷却系统水流量为11.04 m3/h，不满足12 m3±5%的要求。

（5）系统改进。通过对冷却系统性能和压差试验结果数据的综合分析，对冷却系统主循环及旁通循环进行调试改进，并重复2.3 中（2）的试验内容，重新测试点得出的模拟函数曲线见图4。

（6）改进后试验评定。冷却系统流量为12 m3/h 时，变流器进出口压力损失为0.073 MPa（0.73 bar），满足0.08±0.02 MPa（0.8±0.2 bar）的要求。模拟变流器进出口压力损失为0.08 MPa（0.8 bar）时，水流量为11.72 m3/h，满足12 m3±5%的要求。