160 km/h交流傳動快速客運電力機車通風系統

崔啟超，王旭海，金磊

（中車大同電力機車有限公司研究院，山西大同037038）

引言

機車通風系統主要作用是對車上發熱量大的電器部件進行冷卻，如牽引電機、牽引變壓器、主變流器等，使其工作溫升不超過允許值，從而保證系統正常可靠地運行。另外一個作用是對機車內的溫度、壓力、風速等氣候參數進行調節，為司乘人員提供一個舒適、潔凈的作業環境。

1 通風系統組成

160 km/h機車通風系統采用側墻獨立通風，具有結構簡單、進風面積大、風阻小、各通風支路風量分配均勻等特點。主要由牽引通風支路、機械間通風支路、復合冷卻塔通風支路、濾波柜通風支路、壓縮機通風支路、供電柜通風支路和司機室空調通風支路組成。160 km/h機車通風系統走向見圖1[1]。

圖1 通風系統走向圖

1.1 牽引通風支路

160 km/h機車共有4組牽引通風支路，其中1、4位為1拖1結構，分別給1、6位牽引電機通風冷卻；2、3位為1拖2結構，分別給2、3位和4、5位牽引電機通風冷卻。

牽引通風支路冷卻空氣走向為：環境空氣→側墻過濾器→過渡風道→牽引風機→風道支架→軟風道→牽引電機→車底大氣[2]。

側墻過濾器由一級水過濾器、二級除塵裝置和過渡風道組成。側墻過濾器見圖2。

圖2 側墻過濾器

第一級水過濾器采用豎式S型結構，具有阻水、慮塵效率高、阻力小、免維護和自清潔的特點。其過濾原理見圖3。

圖3 一級水過濾器結構和原理圖

第二級除塵裝置采用纖維層過濾器，主要由骨架、濾料（無紡布）組成。根據通風系統要求采用G3、G4級濾料，具有拆裝方便、濾料易更換、自動排塵等特點。牽引通風支路走向見下頁圖4。

為驗證牽引通風機性能及優化風機設計，進行了葉輪有限元分析及空氣流場分析。經過計算分析，牽引通風機可以滿足使用要求。

葉輪有限元分析如下頁圖5所示。

圖4 牽引通風和機械間通風示意圖

圖5 最大等效應力、主應力云圖

牽引通風機流場分析如圖6所示。

圖6 風機靜壓分布及葉輪內近蓋側速度矢量分布

1.2 機械間通風支路

機械間1、4位牽引電機通風支架上設有機械間風機，與牽引電機通風機共用第一、第二級過濾器，然后由過渡風道分出一路進入機械間通風機，再經第三級過濾器后吹入機械間，空氣質量可達G4級。機械間設有壓差傳感器和自動排風裝置，控制機械間的壓力在50～150 Pa之間，以保持機械間的微正壓，有效防止灰塵吸入，提供一個舒適、干凈的工作環境。

機械間通風支路冷卻空氣走向為：環境空氣→側墻過濾器→過渡風道→機械間風機→第三級過濾器→機械間→車內取風設備→車外大氣，其風路走向見圖4。

1.3 復合冷卻塔通風支路

復合冷卻塔通風支路冷卻空氣走向為：環境空氣→車頂過濾器→過渡風道→冷卻塔風機→波紋板式復合散熱器→車底大氣，其風路走向見圖7。

復合冷卻塔通過管路分別與主變流器和牽引變壓器連接。復合散熱器由兩個隔開的流體支路組成。上層為水散熱器，使用純凈水/乙二醇（45%/55%）的混合物為主變流器內的功率模塊冷卻。下層為油散熱器，使用礦物質油為牽引變壓器冷卻。

圖7 復合冷卻塔通風示意圖

為驗證復合冷卻塔通風機性能及優化風機設計，進行了葉輪有限元分析及空氣流場分析。經過計算分析，復合冷卻塔通風機可以滿足使用要求。

葉輪有限元分析如圖8所示。

復合冷卻塔通風機流場分析如圖9所示。

圖8 最大等效應力、主應力云圖

圖9 復合冷卻塔通風機通風曲線

1.4 濾波柜通風支路

濾波柜通風有冬、夏季兩種模式。冬季通風采用車內吸風車內排風的內循環通風方式，有利于維持機械間的溫度。夏季通風采用車內吸風車頂排風的獨立通風方式，有利于降低機械間的溫度。

冬季通風冷卻空氣走向為：機械間內環境空氣（柜體底部進風口）→濾波柜風機→濾波柜出風口→車內大氣。

夏季通風冷卻空氣走向為：機械間內環境空氣（柜體底部進風口）→濾波柜風機→濾波柜出風口→過渡風道→車頂大氣。

1.5 壓縮機、供電柜通風支路

壓縮機和供電柜都采用車內吸風車內排風的內循環方式。

1.6 司機室空調通風支路

司機室空調通風有兩個獨立的空氣支路，空氣處理系統和壓縮冷凝系統，即室內空氣循環和室外空氣循環。司機室空調通風見圖10。

圖10 司機室空調通風示意圖

室內空氣循環：室內循環系統設有兩個進風口，一個是空調混合風道側面的新風進口，另一個是操縱臺副臺柜內的室內循環空氣進口，室內循環空氣和新風比例由新風風門控制。

混合的空氣通過回風濾網進入蒸發器和電加熱器，由控制器決定空氣是被加熱或是被冷卻。被處理過的空氣經空調出風口及設置在操縱臺前端、司機室兩側的出風口送入司機室內部。

操縱臺前端區域采用分布式出風口，且出風口設有可以調節風向及風量的開關，有助于均衡室內速度場及溫度場，降低室內微風速度，并具有良好的氣流組織，有效地提供了司機室的舒適度。

室外空氣循環：室外循環系統的空氣從司機室前端整流罩上的進風口進入，首先經過空調冷凝器，吸收冷凝器的熱量，然后進入冷凝室，吸收壓縮機的熱量，再由冷凝風機加壓后，進入空調下方的冷凝風排風道，最后排向車底大氣[3]。

冷凝排風道為獨立風道，有效避免了冷凝進風和排風的混流，提高了空調工作能力。

2 通風系統主要技術特點

1）160km/h機車采用側墻獨立通風，具有結構簡單、通風面積大、進入風量不需要二次分配、系統集成度高、互換性好、易于維護等優點。

2）機械間通風采用三級過濾，另外設有壓差傳感器和自動排風裝置，控制機械間的壓力在50～150 Pa之間，有效阻滯了灰塵侵入，保持了機械間的清潔度，減少了電器件的故障率。

3）復合散熱器采用整體波紋板式翅片，翅片沒有接口，散熱面積大，灰塵容易通過且便于清洗維護。

4）空調通風采用分布式出風口、風向及風量可調，新風量可控的通風方式，大大提高了司機室人工氣候的舒適度。

3 結語

160 km/h機車通風采用側墻獨立通風，系統集成度、模塊化程度高，部件可互換性、維護性好，機車通風方式及通風量設計合理，完全可以滿足機車正常運行需要，是一種值得推廣的機車通風方式。

[1]任廣慧.HXD2B型機車的通風系統[J].機車電傳動，2011（3）：78.

[2]肖云華.和諧HXD1型大功率交流電力機車通風系統[J].電力機車與城軌車輛，2007（1）：45.

[3]孫一堅，沈恒根.工業通風[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.