摘要：本文介绍了内燃机车冬季运行时，由于环境温度过低无法自启动，需要向柴油机内加入不低于20℃的热循环水，文章针对循环水的加热方式提出方案，并从材料选择、结构设计、温度控制等方面制定详细对策，保障循环水可以加热到目标温度，供内燃机车柴油机顺利启机。
关键词：内燃机车；柴油机；水箱；加热；温度控制
内燃机车在检修过程中需要向柴油机加入循环水，以辅助柴油机启动，在每年11月至来年3月，天寒地冻，20℃以下的循环水无法辅助柴油机启动，因此需要加入热水。
在本段独立供暖时期，机车上水加热设备是由动力车间提供蒸汽加热，从2016年起，为响应国家和地区环保政策，我段独立供暖锅炉停用，动力车间无法提供蒸汽加热。此后，内燃机车循环水加热主要依靠提前启动机车柴油机打温加热，经测算机车存储循环水共计3吨，平均打温加热1小时后水温符合要求，消耗柴油140升，按照国家柴油价格每升6.1元计算，一台车打温一次共计产生成本879元，消耗成本居高，因此考虑设计一款可循环加热的水箱，为内燃机车提供热水辅助启机。
1.方案设计
1.1目前两种主流水箱加热方式分别是天然气加热和电加热，考虑到天然气加热具有需要改造基础建设、管道维护、火灾安全隐患等特点，而电加热操作简单、清洁便利，因此选择电加热的方式。在此基础上提出三种可行性方案，分别是水箱底部加热、水箱侧部加热和水箱外部循环加热，依次对三种方案进行分析：
显然，水箱外部循环加热的方案后期维护方便，且可以便捷快速的控制水温，因此选择方案三作为最佳方案进行细化设计。
1.2设计方案的主要特点是利用水泵将软水从水箱中抽到水箱外部的加热箱，在加热箱里对水进行加热，加热箱内部利用两块隔板将水隔开，形成三个相对独立的加热区，使水在四个加热区中流动，增加加热管对水加热的时间，加热过的水送回水箱，从而实现对水箱内水的循环加热。
正常的工况下，加热箱的进、出水口安装温度传感器，对流入、流出的水温进行监测，当监测到流入加热箱的水达到50℃，则加热箱自动切断电源停止加热；当监测到水温低于15℃，则重新开始加热。
如果遇到特殊情况需要直接将水加入机车，则将水泵出水管引入机车，同时调节水泵降低软水流速，延长水加热的时间，使水温可以在短时间内达到所需温度。
2.方案实现
确定设计方案后，分别对电加热管、加热箱箱体进行选材，并设计控制电路。
2.1加热箱箱体材料的选择
对比了常用的几种材料，最终选择密度适中、取材方便、成本低廉的钢板制作加热箱的箱体。
2.2电加热管的选择
对比U形加热管和法兰加热管，法兰加热管具有体积小、加热功率大、自带低水位保护、使用寿命长、电热管氩弧焊接后螺母密封紧固，不泄露，且价格适中，性价比高的优势，因此选用法兰电加热管作为加热元件。
目前市面上的法兰电加热管主要有不锈钢材料和铜管材料的，对比这两种材料，不锈钢材质的电加热管性价比远远高于紫铜材质的电加热管，耐高温、耐腐蚀，长期使用可靠性强。
因此，方案中的加热管选用不锈钢材质的法兰电加热管。结合加热箱尺寸，间隔50CM安装三个大功率交流220V法兰式加热管，确保软水加热效果。
其余零部件如温度传感器、电磁水阀、浮球、软质水管、密封垫圈以及螺栓，均采用标准型号的零部件。
2.3控制电路的设计组装
按照方案思路设计组装了控制电路，通过浮球、温度传感器控制电磁水阀和水泵，实现水温低于15℃自动加热、高于50℃自动断电且水位低于浮球自动开启进水阀门防止干烧。
对设计好的各部分进行了组装试验，组装效果良好，不存在密封不严漏水的现象，通电试验后，软水可以按照试验预期在加热箱中进行循环加热，直至加热到50℃，且能达到高于50℃自动断电，低于15℃自动加热，水位低于浮球自动进水防止干烧。
3.效益分析
加热水箱的成本：箱体材料费、法兰购置费、水阀购置费等材料费共计2000元，其中水泵使用从报废设备上拆除的旧水泵，功能完善，不影响使用；加工费用200元，成本共计2200元。经调查，类似加热水箱在市场上售卖价格至少在12000左右，因此，这项成果为我段节约生产成本9800元。
这次设计中，我们使用了环保、清洁、廉价的电能作为加热水箱工作动能大大节约了生产成本。经计算使用电加热水箱后，加热一台次机车3吨循环水至标准要求的50℃，只需40分钟用电25度，按照国家工业用电价格每度2.5元计算共计62.5元，较先前使用柴油加热879元，每台次节约生产成本816.5元，依照我段现配属内燃机车47台计算，防寒期内平均每天打温1.2台次，防寒期共计打温144台次，节约生产成本113976元。共计节约成本123776元。
4.结语
这一方案的提出对内燃机车上水加热方式进行了革新，创新提出了独立外循环加热水箱的方式解决课题，维修保养更加方便，安全便捷的将软水温度加热到目标值，压缩了整备作业时间，提高了机车周转率，为机车正常供应提供了有力保障。设计方案从节能环保的角度入手，研制内燃机车上水电能加热箱，替代高污染燃油加热方式，为国家空气环保做出了巨大贡献，社会效益显著。
参考文献：
[1]朱广凯.柴油机冬季放水需注意[J].乡村科技，2016（31）：29.
[2]刘开顺.冬季启动柴油机“十不准”[J].农机质量与监督，2015（02）：45.
[3]刘开顺.冬季启动柴油机要做到10不准[J].农业机械，2014（24）：40.
论文作者:马菲菲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：水箱论文; 柴油机论文; 电加热论文; 机车论文; 方案论文; 水温论文; 法兰论文; 《基层建设》2019年第17期论文;