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【摘 要】随着科技的发展内燃机车的冷却系统有了很好的发展,但在实际的使用中也会存在一些问题,本文主要针对内燃机车冷却系统进行分析,在原有系统的基础上附加换热器,然后计算出空间尺寸和换热能力的优化参数,并根据内燃机换热器的水温,来分析进出口需要的水温和附加换热器的水流量,并探究水流量和水温度的关系曲线.以通过换热器的水温和水流量的自动调节来保证内燃机的稳定运行.
【关 键 词】内燃机车冷却系统技术换热器水流量控制温度
随着时代的变迁,内燃机车的冷却技术有了很大提高,但还存在不足.冷却系统是内燃机车的重要组成部分,在其中维持着温度的平衡.当内燃机车在爬坡或者进入隧道时,会产生高的热量导致温度升高,特别是在夏天温度较高时,内燃机的温度可达90度的限值,使得内燃机的各方面性能都变弱,严重影响了其运行的工作效率.于是需要对传统的冷却系统进行改造和创新,在保证原系统不变的情况下进行改进,以保证内燃机运行的稳定和安全.
一、方案的设计
传统的内燃机冷却系统是利用水冷却的方式来带走热量,一般可以带走600kW的热量,在此基础上增加25%-35%的量,来确保出水口的温度保证在合适的范围内.因为当内燃机的工作温度在80-90度时,内燃机的工作效率达到最高,主换热器智能减低10度,因此在设定进口水温时定位80度.但内燃机的运行温度不能太低,当温度小于40度时需要利用预热设备对其进行加热.
其具体的流程是：内燃机的高温水出来之后流入温控阀1,如果水温小于70度,温控阀1的副阀门将会开启,循环水就会流入到水泵中,然后被水泵送入到内燃机内；如果此时温度高于80度,温控阀1将开启,水进入主换热器,利用风将循环水冷却,冷却之后水流进温控阀2,水温的高低决定了阀门开启的程度.如果这时出来的水流温度在80度以下,就直接流入水泵；如果高于80度,水流会流入附加的换热器,风冷冷却后与旁边的冷却水结合,最后被水泵导入内燃机内部,形成完整的一个冷却循环.
二、换热器的附加设计
内燃机车的技术条件：内燃机主换热器通过的水量m等于16.7kg/s,而带走的热量为Q等于180kW,附加换热器设计的进口温度为t1等
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(一)附加换热器的选择
传统的内燃机的换热器为板翅式的换热器,由于换热能力不能满足内燃机实际的需要.因此改进时需要将主题换热器改造为换热能力强的,但由于内燃机的冷却系统空间较小,所以附加换热器的尺寸定位1.4m*0.6m*1.4m.因为管道阀门和换热器的衔接处比较紧凑,所以换热器的体积要求就会更加严格,而板翅式的换热器正好具有紧凑性的特征,且性能高效,故选择板翅式的换热器.
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(二)翅片的选择和设计
选择翅片时既要考虑强化传热的特点又要考虑到空间的局限性,锯齿形翅片具有换热性强、效率高的特点.
(三)通道参数的确定
水的传热性要比空气的传热性好,所以要对空气侧的传热面积进行扩大,空气通道设置为30个,而水通道则设置15个.
三、进水温度和流量的控制
内燃机工作时进口水温度如果低于40度,就会导致机油的黏度增大,气缸润滑性能变差,各种机械零件就会出现磨损.而对于气水的换热器而言,主要在空气一侧产生热阻,水对整个热传导影响不大.所以分析各种因素之后,将冷却系统在冷却之后进入内燃机的水温定在80度；如果这时温度太低,冷却的水将不会经过附加的换热器,直接流入内燃机.所以,要根据具体情况来判断需进水的流量和温度,运行时,通过内燃机的附加换热器进入水的温度来确定流入附加换热器中水的流量.
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经过计算分析,在主换热器流出的水温较高的情况下,为了使冷却水在流入内燃机时温度低于80度,换热器的水流量和运行过程中附加换热器的进水温度的调节变化曲线关系非常明显.
水流量和进水温度的变化中反映了如果附加换热器的进水温度大于或等于82.6度,流出的冷却水将全部流入附加换热器,此时将达到最大的换热负荷值.冷却水降低了2.6度,使得内燃机在高温或者爬坡时避免了出现警戒高温的局面,保证了内燃机运行的稳定性.
冷却系统主要采用电动的温控阀门来控制水流量大小,而阀门的调节主要受阀的流量特性、阀权度和流体特性的制约.一般的调节阀主要是四种类型：对数特性、直线特性、抛物特性和快开特性等.而调节阀的流量特性跟通过调节阀的介质的流量和调节阀的开启程度存在明显的关系.而调节阀门的开度大小跟相对流量的曲线关系较为明显.
进水的流量和附加换热器的进水温度之间存在线性的关系,在选择温控阀时可以选择阀门1.因为其具有线性的特征,其核心的元件为传感器单元,能根据具体的周围环境来调节自身的体积大小,从而使调节阀的阀芯产生位移量,达到附加换热器进水温度的要求.并能根据水温适当的调节所需要的水流量大小,来保证整个内燃机冷却水温度变化的需求.
四、结束语
目前内燃机的冷却系统不能完全解决特殊工况下的散热要求,因此还需要在内燃机狭小的空间内,研究其冷却系统,并加以改造,使其改造后的冷却系统能够在特殊工况下解决散热问题,满足机车的安全运行.
参考文献：
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[2]Г.И.Маслов,钱勇.内燃机车冷却系统板翅式换热器的结构特点及其制造工艺[J].国外内燃机车,1981,08：36-43.
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