电力机车复合冷却器高级修方案研究.pdf
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1、2023 年 11 月(总第 445 期)38质量与安全QUALITY AND SAFETY第 51 卷Vol.51第 11 期No.11铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL收稿日期:2023-08-02作者简介:徐世武,高级工程师;杨健,工程师;支立伟,工程师1复合冷却器工作原理、分类、结构1.1复合冷却器工作原理交流传动电力机车(以下简称“电力机车”)牵引变压器、变流装置大多采用复合冷却器和轴流式通风机组强迫风冷散热。牵引变压器冷却介质是变压器油,变流装置冷却介质是用 45%纯水和 55%乙二醇配制的液体。2 种介质分别在油冷却器、水冷却器中循环流动,将牵引
2、变压器、变流装置工作时产生的热量传递给油冷却器、水冷却器芯体。轴流式通风机组从车顶吸进室外空气,依次吹向水冷却器和油冷却器,在冷却器中与介质进行热交换后,排放到车架下的大气中,降低牵引变压器、变流装置温度。1.2复合冷却器分类与结构特点复合冷却器按结构组成分为分体式和整体式2 种形式。分体式复合冷却器的水冷却器和油冷却器是 2个独立的部件,通过螺栓及相互接触的法兰连接;油冷却器、水冷却器通风截面形状相同,安装在一个框架内。油冷却器、水冷却器的空气侧通道各自独立。从水冷却器上吹来的空气中的灰尘和污物会沉积粘附在油冷却器上表面,长时间运用后,容易形成积聚物,堵塞通道。整体式复合冷却器的水冷却器和油
3、冷却器芯体为一个整体结构,特点是油冷却器、水冷却器芯体内空气侧通道上下对应,共用 1 个通道。因此,空气通过冷却器时流动更加通畅,不会在油冷却器和水冷却器之间产生涡流,降低了空气的压力损失,散热效率更高,易于维护,是目前交流传动电力机车冷却装置的首选型式。复合冷却器结构如图 1 所示。这 2 种结构的复合冷却器核心换热部件冷却器芯体,都采用板翅式结构。冷却器芯体的空气侧通道与冷却液通道垂直交错排列,两者之间以平直的隔板分开。空气和冷却液通道内均有结构不同的带状翅片,以扩大传热面积、提高传热效率、增电力机车复合冷却器高级修方案研究徐世武1,杨健2,支立伟2(1.天津电力机车有限公司,天津 300
4、452;2.中国铁路北京局集团有限公司驻天津机车监造项目部,天津 300452)摘要:介绍电力机车复合冷却器工作原理、分类与结构特点,分析、研究复合冷却器的应用情况和存在的主要问题,提出复合冷却器高级修技术方案,并在检修作业中实施。实际检修效果表明,采用电力机车复合冷却器高级修方案检修复合冷却器,不仅能有效排查复合冷却器 4 类典型故障的质量风险点,还可提高复合冷却器检修质量,延长复合冷却器寿命,降低检修成本。关键词:电力机车;复合冷却器;高级修;技术方案中图分类号:U264.55U269.6文献标识码:A文章编号:1006-9178(2023)11-0038-07Abstract:The p
5、aper introduces the working principle,classification and structural characteristics of the compositecooler for electric locomotive,analyzes and studies the application and main problems of the composite cooler,andputs forward the advanced maintenance technical scheme of the composite cooler,which is
6、 implemented in the maintenance work.The actual maintenance results show that using the advanced maintenance scheme of the compositecooler for electric locomotive to repair the composite cooler can not only effectively check the quality risk points of thefour typical faults of the composite cooler,b
7、ut also improve the maintenance quality of the composite cooler,extendthe life of the composite cooler and reduce the maintenance cost.Keywords:Electric Locomotive;Compound Cooler;Advanced Maintenance;Technical Scheme39铁道技术监督第 51 卷第 11 期加冷却器结构强度和承压能力。翅片是冷却器中主要的散热零件,常见的结构有平直形、锯齿形、多孔形、波纹形等。采用真空钎焊连接翅片与
8、隔板。这种板翅式结构的复合冷却器,具有单位容积传热面积大、散热性能优良、体积小等优点。冷却器芯体外形(局部)如图 2 所示。空气侧通道(散热翅片)冷却液通道图 2冷却器芯体外形(局部)2不同结构通风系统对复合冷却器运用的影响电力机车复合冷却器通风系统主要有 2 种不同的结构。一种是车顶盖两侧水平进风结构,进风口在机车中央顶盖的两侧,空气过滤器为离心沉降式过滤器+侧墙板式过滤器。这种结构能防止雨水直接进入风道,阻隔空气中大部分的灰尘和杂质。另一种是车顶盖顶部竖直进风结构,进风口在中央顶盖的顶部,空气过滤器为不锈钢过滤网。这种结构比较简单、风阻小、进风量大,但不能有效过滤空气中的杂质,防雨性能差。
9、为了方便清理复合冷却器进风口侧的污物,在复合冷却器上部的过渡风道上设置观察孔。电力机车回机务段后,定期打开观察孔盖,用吸尘器或其他清扫工具清理复合冷却器进风口,使其空气侧通道保持通畅,保证复合冷却器的散热性能处于正常状态。HXD3C 型、HXD3D 型电力机车采用的车顶盖两侧水平进风通风系统结构如图 3 所示。侧墙板式过滤器离心沉降过滤器车顶进风间复合冷却器通风机组过渡风道复合冷却器底架(出风道)图 3车顶盖两侧水平进风通风系统结构HXD3 型和 HXD2C 型电力机车采用的车顶盖顶部竖直进风通风系统结构如图 4 所示。金属过滤网车顶进风间复合冷却器通风机组过渡风道复合冷却器底架(出风道)图
10、4车顶盖顶部竖直进风通风系统结构水冷却器连接螺栓油冷却器框架油冷却器水冷却器底架(a)分体式复合冷却器(b)整体式复合冷却器图 1复合冷却器结构40电力机车复合冷却器高级修方案研究质量与安全不同结构的通风系统对复合冷却器的影响不同。某公司自 2018 年以来在检修电力机车复合冷却器过程中发现,在车顶盖两侧竖直进风的通风系统下工作的复合冷却器,容易发生散热翅片脏污、堵塞和芯体泄漏等问题,泄漏故障发生率约占检修件数的 50%以上。而在顶盖两侧水平进风的通风系统下工作的复合冷却器,散热翅片脏污、腐蚀程度相对较轻,泄漏故障发生率约占检修件数的 10%。3复合冷却器运用中存在的主要问题在实际运用中,除了
11、空气侧通道散热翅片堵塞、冷却器芯体腐蚀泄漏以外,复合冷却器还存在内腔污染、散热翅片倒伏和腐蚀损坏等问题。内腔污染物的形成与复合冷却器早期制造工艺、油泵运转异常磨损、变压器等电气部件放电故障有关。这些异常现象所产生的浮动颗粒物随冷却液流动。遗留在复合冷却器内腔中的浮动颗粒物,形成内腔污染物。内腔污染物的存在不利于变压器油的气相色谱、介质损耗因数指标,使变压器油绝缘性能下降。散热翅片的倒伏和腐蚀损坏,主要与电力机车维护有关。检修单位定期清理复合冷却器表面沉积物时,清理过程中若操作不当可能造成翅片倒伏。清理完成后,需测试复合冷却器出风口风速以判断其是否堵塞。如有空气侧通道堵塞,需使用清洗液清洗空气侧
12、通道,清除复合冷却器表面沉积物。但有些检修单位使用腐蚀性强的碱性溶液清洗,对散热翅片造成腐蚀损坏。电力机车在修程上设置 C1C6 修共 6 个等级。其中,C1C4 修为段级修程,C5 修、C6 修为高等级修程,简称高级修。以 HXD3 型电力机车为例,C5 修修程周期为 120 万 km 或者不超过 6 年(以先到指标为准),C6 修修程周期为 240 万 km 或者不超过 12 年(以先到指标为准)。受工艺条件或其他因素影响,各检修单位在开展复合冷却器高级修过程中所采取的检修方案不完全相同,有些检修方法存在不合理之处。例如:使用腐蚀性强的碱性清洗剂清洁散热翅片上的污物,对冷却器芯体造成一定程
13、度的腐蚀损害;油、水冷却器密封性试验前,未吹净或烘干内腔中残留的液体,影响试验数据的准确可靠,无法准确识别部分泄漏件并有效处理;内腔清洗和污染度检查程序过于简化,内腔中存留污染物,影响牵引变压器等电气部件的可靠性;针对复合冷却器芯体泄漏问题,缺乏有效的检测方法和处理措施,增加了检修成本。研究制定电力机车复合冷却器高级修方案的目的,一是寻找科学合理的检测方法,全面检测复合冷却器,评估其技术状态,找出潜在的产品质量问题;二是制定经济、适用的维修方法,通过处理前期应用中存在的问题,恢复复合冷却器基本性能,以延长复合冷却器使用寿命,降低检修成本,保证牵引变压器和变流装置的正常运转。4复合冷却器高级修方
14、案设计4.1高级修要求以 HXD3C 型电力机车为例,HXD3C 型电力机车检修技术规程(C5 修)对复合冷却器的检修要求是:冷却器安装牢固,与冷却塔各个管路接口密封良好,不允许有漏水漏油;冷却器表面及芯体清洁,对冷却器进行压力试验,不许有泄漏;油散热器和水散热器(冷却器)、油水连接管路和阀不允许有泄漏;拆卸的油管、水管密封垫更新;风翅片须功能正常,倒伏不超过风翅片总面积的 5%;清洗后平均风速须达到 7 m/s。HXD3C 型电力机车检修技术规程(C6 修)在上述 C5 修要求的基础上,增加或提高的检修要求有:紧固件更新;风翅片须完好;清洗组装后测试,平均风速须达到 8 m/s。HXD3 型
15、电力机车检修技术规程(C5 修)HXD3C 型电力机车检修技术规程(C5 修)HXD3D型电力机车检修技术规程(C5 修)HXD2C 型电力机车检修技术规程(C5 修)HXD3 型电力机车检修技术规程(C6 修)HXD3C 型电力机车检修技术规程(C6 修)HXD3D 型电力机车检修技术规程(C6 修)中,对复合冷却器的检修要求大致相同,个别指标略有差异,其中 C6 修的检修标准略高于 C5 修。4.2检修作业流程以 HXD3C 型电力机车 C5 修、C6 修为例,研究、提出复合冷却器高级修作业流程。根据HXD3C 型电力机车检修技术规程(C5修)和 HXD3C 型电力机车检修技术规程(C6修
16、)的要求,复合冷却器高级修的内容应包括:清洁内外表面,完成冷却器芯体密封性试验,更新密封件和相应紧固件,修整散热翅片,测试出风口风速等。41铁道技术监督第 51 卷第 11 期在满足高级修要求的前提下,根据复合冷却器产品结构特点,设计复合冷却器 C5 修和 C6 修作业流程。C5 修、C6 修检修作业流程为:外表及翅片清洗内腔清洗与污染程度检查内腔烘干密封性试验检修(修复泄漏部位等)测试风速外表涂漆等。检修作业流程如图 5 所示。外表及翅片清洗内腔清洗内腔污染检查更换翅片清洗外表涂漆完工整备合格不合格内腔烘干密封性试验检修(翅片扶正、更换必换件)是否修复修复泄漏点是测试出风口风速合格不合格否不
17、合格合格图 5检修作业流程需要注意的是,HXD3 型电力机车早期装用了大量分体式复合冷却器,为充分清洁处理油冷却器,检修时需要先将油、水冷却器分离,然后分别清洗油、水冷却器外表及其散热翅片。4.3检修工艺4.3.1清洗液采用化学清洗剂清洗复合冷却器内外表面。清洗剂的主要种类有碱类物质、表面活性剂、有机溶剂等。清洗剂与水按一定比例调配形成清洗溶液,溶液 pH 值范围为 78,以避免对冷却器铝合金表面造成腐蚀。为提高复合冷却器清洗效果,清洗时,应施加一定的冲洗力。同时,为降低水中的活性氯离子对铝合金表面产生的不利影响,需进行水处理。水处理设备采用一级 RO 反渗透膜水处理设备,净化处理后形成洁净的
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