機械間通風(fēng)散熱機車機破故障模式分析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了機械間通風(fēng)散熱機車機破故障模式分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要:介紹了某型國產(chǎn)電力機車機破故障的一種故障模式，從相關(guān)系統(tǒng)的工作原理、試驗過程，到查找原因并制定糾正措施，從而有效地提升了機車產(chǎn)品質(zhì)量安全的一個完整的過程。

關(guān)鍵詞:電力機車;牽引封鎖;通風(fēng)散熱;糾正措施

1概述

機破類機車故障對鐵路系統(tǒng)負(fù)面影響很大，機車運營方和生產(chǎn)方有責(zé)任基于具體的故障模式，采取有效措施糾正該故障，以提升機車可靠性，減低因該類故障模式導(dǎo)致的擊破率。

2故障描述

某型國產(chǎn)電力機車曾發(fā)生多起牽引封鎖而引起的機車機破故障，故障排查過程中發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生時冷卻塔水溫很高，致使主變壓器水溫過高，從而導(dǎo)致機車牽引封鎖、機車停車。該型電力機車批量投入使用2年后，連續(xù)發(fā)生8起同一故障模式的機破故障。該類故障均發(fā)生于夏季(5－9月)，氣候炎熱，故障發(fā)生時，機械間通風(fēng)散熱不良，溫度過高。

3工作原理

3．1機械間通風(fēng)系統(tǒng)

該型電力機車的機械間通風(fēng)系統(tǒng)分2種工況———夏季工況和冬季工況，冬夏季之間的轉(zhuǎn)換裝置主要有3處:輔助濾波柜上風(fēng)道蓋板、壓縮機下風(fēng)道蓋板、冷卻塔旁風(fēng)口蓋板。冬季工況時，為了提高因冬季環(huán)境溫度過低時機械間的保溫能力，保證機械間的溫度不至于過低，須將輔助濾波柜上風(fēng)道蓋板打開、壓縮機下風(fēng)道蓋板通向車外的風(fēng)口關(guān)閉、冷卻塔旁風(fēng)口蓋板關(guān)閉。車外空氣經(jīng)過輔助濾波柜進入機械間，從機械間出風(fēng)口百葉窗排出車外，其余暖空氣保留在機械間內(nèi)，確保車內(nèi)溫度不會迅速下降。冬季機械間通風(fēng)模式如圖1所示。夏季工況時，為了提高夏季環(huán)境溫度過高時機械間的散熱能力，保證機械間內(nèi)的溫度不至于過高，須將輔助濾波柜的上風(fēng)道蓋板關(guān)閉、壓縮機下風(fēng)道蓋板通向機械間的風(fēng)口關(guān)閉、冷卻塔旁風(fēng)口蓋板打開。車外空氣經(jīng)過輔助濾波柜進入機械間后，從機械間的出風(fēng)口百葉窗、壓縮機散熱器和冷卻塔旁風(fēng)口排出車外，形成機械間內(nèi)空氣循環(huán)，有效降低機械間車內(nèi)溫度。夏季機械間通風(fēng)模式如圖2所示。

3．2冷卻塔通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

該型車?yán)鋮s塔通風(fēng)支路冷卻空氣的走向為:環(huán)境空氣→車頂過濾網(wǎng)→主冷風(fēng)機→散熱器→車底空氣。冷卻塔通過管路分別與主變流器和主變壓器連接，采用復(fù)合散熱器進行空氣和冷卻液體的熱量交換，復(fù)合散熱器由2個隔開的流體支路組成，主變流器回路采用水冷技術(shù)，主變壓器回路采用油冷技術(shù)。主變流器和主變壓器共用一個復(fù)合散熱器，簡化了主變流器冷卻系統(tǒng)和主變壓器冷卻系統(tǒng)。控制系統(tǒng)根據(jù)主變流器支路的水溫和變壓器支路的油溫，自動調(diào)節(jié)其運行電壓和頻率，來改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，以使風(fēng)量適合于主變流器和主變壓器當(dāng)時的冷卻需要。復(fù)合散熱器是冷卻塔冷卻系統(tǒng)的專用熱交換設(shè)備，主變流器的冷卻水進入散熱器上層，主變壓器油進入散熱器下層，主變流器和主變壓器的熱量，在復(fù)合散熱器中與空氣進行交換，使水、油冷卻到所需的溫度。被冷卻后的水和油，分別進入主變流器和主變壓器，對主變流器和主變壓器進行降溫。冷卻塔冷卻系統(tǒng)如圖3所示。

4溫度試驗

生產(chǎn)方在該型車運用段進行了機械間及低壓柜內(nèi)部的溫度測試試驗，試驗選取了多個空氣溫度測點，并在不同時間段記錄溫度測量值，繪制溫度變化曲線。試驗結(jié)果顯示，環(huán)境溫度為39．4℃時，通過機械間通風(fēng)系統(tǒng)的散熱達(dá)到穩(wěn)定后，機械間局部空氣最高溫度47℃，相對環(huán)境空氣溫度，機械間局部空氣最高溫升8℃，能夠滿足機械間設(shè)備的散熱要求。低壓柜內(nèi)部的溫度測試顯示，環(huán)境溫度為37．8℃時，低壓柜內(nèi)局部空氣最高溫度50．5℃，相對環(huán)境空氣溫度，低壓柜內(nèi)局部空氣最高溫升12．7℃，能夠滿足低壓柜內(nèi)的設(shè)備散熱要求。

5故障原因

通過機械間及低壓柜內(nèi)部的溫度試驗可以發(fā)現(xiàn)，機車的通風(fēng)設(shè)計能夠滿足溫度要求，通風(fēng)設(shè)計并非導(dǎo)致故障發(fā)生的根本原因。對導(dǎo)致故障發(fā)生的其他可能性進行排查后發(fā)現(xiàn)，冷卻塔過濾網(wǎng)的機械結(jié)構(gòu)可能是導(dǎo)致故障發(fā)生的根本原因。該型車?yán)鋮s塔過濾網(wǎng)采用2種設(shè)計:單層過濾網(wǎng)和雙層過濾網(wǎng)。單層過濾網(wǎng)網(wǎng)的優(yōu)點是格密度較高，春季能有效地防止楊絮、柳絮等較大物體和部分細(xì)小顆粒透過濾網(wǎng)落到復(fù)合散熱器上面，散熱器的清洗周期長;缺點是會有較多雜物落在過濾網(wǎng)表面，因此過濾網(wǎng)的清洗周期較短。雙層過濾網(wǎng)的優(yōu)點是格密度較低，過濾網(wǎng)本身的網(wǎng)孔較散熱器孔截面小，較大的柳絮、楊絮等會被過濾網(wǎng)阻隔在散熱器外，但是細(xì)小的灰塵與顆粒通過過濾網(wǎng)落在散熱器表面;缺點是散熱器的清洗周期短，清洗難度高。生產(chǎn)方及使用方對發(fā)生主變流器水溫保護故障的機車?yán)鋮s塔情況進行檢查時發(fā)現(xiàn)，冷卻塔散熱器(裝雙層過濾網(wǎng))和單層過濾網(wǎng)存在不同層度的不清潔、堵塞情況。這種情況導(dǎo)致散熱器散熱不良，從而使主變流器冷卻水溫度過高，產(chǎn)生水溫保護。該型車牽引變流器散熱(特別是IGBT模塊散熱)設(shè)計的最大冷卻水溫為55℃，即在水溫低于55℃時，能夠保證模塊在大功率情況下不發(fā)生過熱或損害，主變流器正常工作;當(dāng)水溫高于55℃時，主變流器啟動水溫保護功能，停止工作，引起機車主回路牽引封鎖，導(dǎo)致機車發(fā)生擊破類故障。

6方案分析

該型車?yán)鋮s塔風(fēng)機工作于輔助回路中的變頻變壓支路，風(fēng)機的工作頻率不僅取決于主變流器水溫，還與主變壓器油溫、牽引電機定子溫度有關(guān)。同樣溫度下，該型車靜止時風(fēng)機的運行頻率低于機車運行時的頻率，一定程度上保證司機操作的舒適性(減少機車靜止時的噪聲)，此時機車發(fā)揮功率較小，需要散熱功率較小。如果在機車靜止時將水溫降低至40℃時風(fēng)機滿負(fù)荷工作，將會導(dǎo)致機車靜止時司機室噪聲增加。另外，根據(jù)發(fā)生主變流器水溫保護導(dǎo)致牽引封鎖的該型車的數(shù)據(jù)來看，故障機車都是在運行途中(運行了幾小時后)發(fā)生水溫保護，此時冷卻塔早已滿負(fù)荷工作。因此，提高主變流器水溫保護值和降低風(fēng)機滿負(fù)荷溫度值不能根本解決機車運行途中發(fā)生水溫保護的問題。

7糾正措施

通過實際的運用考核和試驗結(jié)果證明，該型車的機械間通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足部件冷卻散熱的要求，而主變流器水溫保護導(dǎo)致牽引封鎖，主要是由冷卻塔散熱器和過濾網(wǎng)不清潔、堵塞引起。冷卻塔過濾網(wǎng)的拆卸和清洗步驟簡單、易操作，而散熱器清潔則較難執(zhí)行，一般清潔時可用高壓水沖洗，但徹底清洗時須對其拆卸后方能進行。考慮到使用方維護的便捷性，提升機車可用度，生產(chǎn)方將該型機車?yán)鋮s塔散熱器的雙層過濾網(wǎng)全部換成單層過濾網(wǎng)，并建議使用方定期對散熱器過濾網(wǎng)進行清洗。

8結(jié)語

通過本文對牽引封鎖而引起的機車機破故障分析可以發(fā)現(xiàn)，機車設(shè)計細(xì)節(jié)須嚴(yán)格結(jié)合機車的運營環(huán)境進行設(shè)計，高溫氣候須重點關(guān)注設(shè)備散熱通風(fēng)措施，設(shè)計時須考慮當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量，以減少機車失效概率。

參考文獻(xiàn):

［1］李良巧．可靠性工程師手冊［M］．北京:中國人民大學(xué)出版社，2012．

作者：李柔萱 王大平 仇洪波 單位：中車株洲電力機車有限公司海外市場營銷中心