中車CDD5B 內燃機車冷卻水系統故障分析及應急處理

王進

（中交一公局集團鐵路運營分公司，北京 100024）

CDD5B 型內燃機車是位于東部非洲的肯尼亞共和國從蒙巴薩市到首都內羅畢的標準軌鐵路上使用的干線機車。它是由位于中國江蘇省常州市的中車戚墅堰機車廠在以原DF8B內燃機車為原型，根據肯尼亞鐵路局的指定要求而進行設計的出口改進型機車。該型號機車動力裝置為16V280ZJA 型柴油機，采用的是我國傳統的交直流電傳動，通過牽引齒輪帶動車輪轉動，促使機車前進。由于內燃機車在使用過程中，各部件由于做功的需要，如增壓器壓縮空氣使氣溫升高、柴油機各運動件摩擦使機油加熱。上述多種部位零件隨著溫度增加而產生過熱，會導致空氣沖量下降、燃燒不充分；個別材料會出現變形和裂紋。這些都將影響機車功率的正常發揮。而機車的冷卻水系統作為保證柴油機正常運行的重要組成部分，就顯得尤為關鍵。本文結合非洲之星鐵路運營公司在肯尼亞標準軌鐵路運營過程中出現的機車冷卻水系統故障，進行分析并提供解決問題的參考意見，既有利于屬地化技術工作的轉移，也對提升肯尼亞乘務員應急故障處理能力起到了幫助作用。

1 CDD5B 內燃機車結構與性能

該型號機車車體總長為22200mm，寬為3304mm，高為4.736mm；燃油箱容量為9000L；潤滑油裝載量為1200L；冷卻水裝載量為1200kg；最大運用功率為3680kW；采用了交－直流電傳動；機車傳動比為77/17；最大運用速度為100km/h；持續速度為28.2km/h。

該機車在設計時，考慮了肯尼亞蒙巴薩地區沿海及內陸地區的自然地理特征及環境氣溫及相對濕度。路線經過地區最大海拔高度不超過2000m。環境溫度為0 ～40℃。

機車車體為鋼結構，從前到后分為司機室、電器室、動力室、冷卻室、輔助室等。車體底架由前后端牽引梁、側梁再輔以縱向加強梁等組焊而成。同時，在兩側增加配重塊。整車整備重量為150（ f ）t。

為確保機車質量，經中國路橋顧問組要求，于2016 年8 月對涉及的主發電機、牽引電機、增壓器等32 個重要部件進行了點裝生產。其中技術改造引入以下特點：

（1）牽引電機采用進口軸承；

（2）柴油機和燃油濾清器均加裝防火罩；

（3）鑒于肯尼亞從海濱至高原逐級上升的地形及上行重載下行空載的實際情況，空壓機改為一只螺桿式空壓機加一只活塞式空壓機；

（4）考慮到沿涂補水困難，機車加裝設計輔助水箱及補水系統；

（5）燃油箱加油口采取防盜設計；

（6）加裝火災報警及視頻監控系統。

2 CDD5B 型內燃機車冷卻水系統工作原理

根據柴油機所需冷卻的零部件、機油和增壓空氣的不同要求，冷卻水系統采用高低溫兩個獨立的循環系統。高溫冷卻水系統是冷卻柴油機缸頭、缸套和增壓器等部件的循環水系統，低溫水系統是冷卻增壓空氣及柴油機機油的循環水系統。冷卻水系統采用了閉式強迫循環形式。由柴油機、高溫水泵、低溫水泵、雙流道銅散熱器、中間冷卻器、膨脹水箱、閥類及儀表等組成。

2.1 冷卻水系統基本工作原理

高低溫水泵吸入冷卻水后，經水泵作用分別進入柴油機高溫水系統及低溫系統中的中冷器；經吸收相對應的溫度成為高溫水后，進入散熱器中，在熱量散發、水溫降低后，再回到高低溫水泵循環使用。其工作原理可見圖1。

圖1 CDD5B 型內燃機車冷卻水工作示意圖

本機型的冷卻水系統采用兩個冷卻風扇冷卻。冷卻風扇由液壓傳動系統的液壓馬達驅動，并受冷卻水系統機油熱交換器出口水溫控制。當冷卻水溫達到規定值時，冷卻風扇即開始工作。冷卻水溫下降到一定值時，冷卻風扇即會停止工作。

2.2 膨脹水箱作用

高、低溫冷卻水系統共用一個膨脹水箱，水箱上安裝了液位開關，當水位到液位開關底部時，司機室微機顯示器會發出報警信號，應盡快加水。

冷卻風扇由液壓馬達驅動，對散熱器中的冷卻水進行強迫通風冷卻，以保證柴油機工作在合適的油、水溫度范圍內，延長柴油機的壽命。冷卻風扇采用軸流式，整套冷卻風扇由軸套、流線罩、鑄鋁風扇及螺栓等構成，其中鑄鋁風扇采用整體鑄鋁結構，軸套與鑄鋁風扇采用螺栓連接。

膨脹水箱處在冷卻水系統的最高位，儲存有一定量的冷卻水，其水位最高，以隨時補充冷卻水的泄漏及汽化，并對冷卻水系統的熱脹冷縮起調節作用。在膨脹水箱容易觀察的部位設有玻離水位表，并設有液位儀。膨脹水箱頂部設有加水口，是作為日常補水和補充添加劑用的。

2.3 機車輔助水箱作用

本機型在輔助室內加裝了輔助水箱。增加輔助水箱的原因，除了沿途不具備加水條件外，另外，由于肯尼亞蒙內鐵路沿線大部分處于國家公園區域，大型野生動物在線路上出入頻繁，人員離開機車進行連掛作業有人身安全隱患。

因此，當機車運行過程中，因故障等原因導致冷卻水消耗過快，水位到達最低水位時，可以由輔助水箱給整個冷卻水系統補水，從而避免柴油機停機而造成途中救援。輔助水箱與膨脹水箱的聯結可見圖2。

圖2 輔助水箱與膨脹水箱聯結示意

2.4 水箱加水操作

機車初次加水時，應將系統中各排氣閥打開，使系統中的空氣全部逸出，保證系統中充滿冷卻水。

采用壓力式加水時，當膨脹水箱的溢水管有水溢出時，應立即關閉其下部的上水閥。然后，待各排氣閥都有水排出，并稍過片刻，關閉排氣閥。待系統中水穩定后，再打開冷卻裝置上集流管排氣閥。如果沒有氣體逸出，即可啟動柴油機。正常運用時，它們處于常閉狀態。不論采用何種加水方法，在柴油機啟動后，都必須注意膨脹水箱的水位。如果，水位表水位下降大，且排氣閥中有氣體逸出時，應停機再行補水。這樣反復數次，直至膨脹水箱水位表中的水位波動不大，排氣閥中沒有氣體逸出時，加水才完成。

3 CDD5B 內燃機車冷卻水系統故障及原因分析

3.1 冷卻水系統異常損耗

當水箱中冷卻水位不明原因下降時，首先，應當結合冷卻水系統工作原因，對冷卻水系統進行檢查，大概率原因為冷卻系統存在 跑、冒、滴、漏 。其次，通過對油、水的取樣分析，重點檢查高溫水泵是否存在封泄漏；增壓器水腔是否裂漏；冷卻單節可能漏水；水路管節閥門是否損壞；管路因銹蝕是否出現漏點；噴油器導套及其膠圈材質是否出現過熱老化及萎縮變形。

3.2 膨脹水箱漲水

在運用中如果水箱出現漲水，導致該現象出現的原因只能是進入了空氣。而冷卻水系統中出現空氣的原因有以下3點：

3.2.1 冷卻水氣化產生氣體。

由于燃油在氣缸內過量燃燒，使局部部件溫度達到冷卻水氣化溫度。產生的氣體未能及時通過水箱的排氣管路向外排出，導致氣體積聚并急劇膨脹，壓迫冷卻水進入膨脹水箱。

3.2.2 外界空氣進入冷卻水系統

由于水泵進水管接頭處、冷卻單節連接處不密封，導致負壓出現吸收空氣；增壓器中冷散熱管因材質出現裂紋與開焊，導致高壓冷空氣進入冷卻系統。

3.2.3 高壓燃氣進入冷卻水系統

造成該問題發生的原因應為柴油機氣缸蓋、氣缸套因材質有裂紋出現，導致高壓燃氣進入冷卻水系統。

由于CDD5B 機車的冷卻水系統是一個半封閉系統，當氣體不能隨管路排出時，氣體就會在冷卻系統的循環功能下，隨管路運行。并在冷卻單節、熱交換器等部件內部形成氣體團。當機車停機或是回手柄（柴油機轉速處于低轉速）時，冷卻水系統內壓強下降，造成氣體體積膨脹，反而壓迫冷卻水，促使膨脹水箱水位上升。

3.3 膨脹水箱自身故障

膨脹水箱用鋼板進行焊接，內部存在多個水腔。它除了用以存儲冷卻水外，還可以起到將柴油機體高溫水中產生的水蒸汽排掉，并對冷卻水系統起到熱脹冷縮的調節作用。在箱體頂部留有孔洞，分別為加水口、注水口及觀察口。如前所述，該水箱也為半封閉設備，通過溢水管與外界空氣相通，使得內外氣壓等同于大氣壓強。當排氣管路堵塞，柴油機加載運行時，高壓強的氣體能使水箱中的水進入管道，影響冷卻水系統的正常運行。

4 冷卻水系統故障的處理措施

4.1 冷卻水系統異常損耗的應急處理及改進辦法

4.1.1 途中應急處理

機車在運行途中，發現水位異常下降已經低于膨脹水箱上的最低紅色刻線時，必須使用輔助水箱對冷卻水系統臨時補水。首先，打開高低溫補水截止閥，然后，再打開輔助水箱放氣閥。利用水泵工作的動力作用將輔助水箱里的冷卻水引入膨脹水箱。如機車臨時停于車站在停機檢查時，乘務員發現膨脹水箱水位不足，需由輔助水箱補水時，要在柴油機起機的情況下。

4.1.2 回庫后改進措施

各管路接頭損壞閥門的更換；噴油器導套密封膠圈氟硅材質的確認；機車修程時，對柴油機氣缸蓋更換密封膠圈及銅墊并按規定進行水壓試驗；更換冷卻單節，焊接管路系統漏點。

4.2 氣體進入冷卻水系統的處理措施

當氣體進入膨脹水箱導致水箱脹水時，我們應當仔細觀察水箱中水的呈現狀態，以此進行故障處所的初步判斷：當水體外觀清潔無渾濁，那表明是外界空氣進入；當水體渾濁，那說明氣體是由燃氣管路進入。

4.2.1 外界空氣進入冷卻水系統的故障處理

首行進行排氣，以消除在加注冷卻水時導致管路內的氣體未能及時排出，如該故障現象未能消除，那就表明氣體確為外界進入，要對以下部件進行重點檢查：

（1）水泵進水端口。進水管路吸入空氣原因主要就是接頭松動。在停機狀態下，當發現接頭處有漏水現象，但是在起機后特別是柴油機高轉速時，該處所卻不再漏水時，應當判定接頭松動導致，需采取緊固或更換措施。

（2）冷卻單節。在實踐中，由于制水設備生產的冷卻水不符合《TB/T1751 鐵路內燃機車冷卻液用水》及《TB/T1750 鐵路內燃機車冷卻液添加劑》中的規定，造成不達標而引發冷卻單節腐蝕；冷卻單節本身制造工藝及材質問題導致其質量下降，上述的原因也可能導致單節本身出現漏水現象。可以根據單節的漏水處所采取緊固或更換措施。

（3）中冷器。在停機一段時間后，打開穩定箱排氣閥，觀察是否有水流出，如果有水流出，則要對中冷器進行修復或更換。

4.2.2 燃氣進入冷卻水系統的故障處理

在停機狀態下甩車，開啟示功閥，排出氣體及水汽。在甩到某一缸時，水箱內水位不上升，但在恢復后水位又上升的，可判定此缸故障，必須進一步解體進行判斷處理。

4.3 膨脹水箱故障的處理措施

通過檢查，判斷排氣管路是否存在因銹蝕產生的銹皮、沉積的水垢、水中雜質顆粒造成管路堵塞現象，及時進行管路的清潔疏通。

5 結語

隨著肯尼亞蒙內鐵路運量的不斷攀升，投入運用的43臺CDD5B 機車陸續進入相應修程，冷卻系統故障造成的區間停車有所抬頭。經綜合分析，除了文中所提到的主要故障外，還有因銹皮及雜物堵塞中冷器銅管及熱交換器的現象，個別機車水管路清潔程度不佳。因此，加強機車冷卻系統的保養檢查，提升乘務員應急故障判斷及處理能力尤為重要。

因此，乘務員在柴油機起動前，必須檢查冷卻水系統各部件、管件及管路各處是否泄漏；冷卻水溫是否符合規定；水位是否在膨脹水箱水位規定的范圍內。同時，應當注意觀察膨脹水箱水位變化，水位應在膨脹水箱水表的1/4 以上。注意風扇運轉狀態及冷卻水溫變化。柴油機冷卻水溫及機油溫度最高允許88℃。

如果水溫過高，可能是因冷卻水管路被異物所堵塞，致使冷卻水流量減少，或因散熱器太臟及冷卻風扇轉速低等原因造成，應查明原因，分別對可能造成水溫過高的部件進行拆檢修復。

在今后的工作實踐中，我們將集思廣義，更快更好地解決該型號機車冷卻水系統故障。