摘要：随着科技的发展，内燃机车的冷却系统技术获得有效的提高，但还存在一些不足，而冷却系统作为内燃机车的重要部件，具有维持温度平衡的作用。内燃机车在爬坡或者持续工作状态下会产生瞬间的升温，夏天情况更严重，当内燃机的温度达９０℃的限值时，内燃机的各方面性能都会减弱，这会严重影响到内燃机车的工作效率。这就需要我们对冷却系统进行研究与改造，在保证原有内燃机系统不变的情况下进行技术更新，以保证内燃机平稳运行。
关键词：内燃机车；冷却系统；技术改造
一、内燃机车冷却系统简介
内燃机车的诸多冷却部件，可概括分为通风冷却系统和水冷却系统两类。电机、电器的通风冷却属于通风冷却系统；柴油机冷却水、增压空气、润滑油和液力传动装置传动油的冷却属于水冷系统。内燃机车在运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等的温度均会不断地升高，影响到柴油机及传动装置的功率发挥，产生润滑油老化变质现象，进而破坏润滑，影响机车零部件的使用寿命，严重的还会损坏内燃机。而冷却系统就是通过设置一些水冷和风冷的装置来保证内燃机以及传动装置、润滑油等工作时所产生的高温能得到有效控制，降低工作温度，并把热能扩散到空气中，使内燃机的温度始终维持在工况范围内，调节零部件的刚性和液体的润滑状况，从而提高内燃机车的可靠性，延长内燃机车的使用寿命，内燃机车冷却系统就是控温系统。
二、内燃机车冷却系统的技术改造与研究
2.1方案设计
为满足特殊工况需求，在原内燃机车通过水冷却系统带走热量约600kW的基础上，增加25%～30%的散热量，即约180kW，以确保内燃机出口水温不超出警戒温度.实践证明，内燃机工作水温在80～90℃时内燃机技术性能将维持在最佳状态，且主换热器只可为系统降温10℃，故设定内燃机进口设计水温为80℃。然而内燃机运行温度也不可过低，低于40℃时需采用预热装置对机油、燃油进行预热，因此，当内燃机出水温度低于80℃时即不使用附加换热器。改造后的冷却系统增加了附加散热器，同时采用自动调节系统根据主换热器出水温度调节进入附加换热器的水流量，以有效地降低进入内燃机的循环水温。该冷却系统流程为：从内燃机出来的高温水进入温控阀1，当水温低于70℃时，温控阀1的副阀门打开，此时循环水全部流入水泵，再被水泵压入内燃机；当水温高于80℃时，温控阀1主阀门打开，水流过主换热器时，采用风冷冷却循环水，经一次冷却的循环水流经温控阀2时，由水温的高低来调节主阀门开启的大小.当主换热器出水温度低于80℃时，直接进入水泵；高于80℃时，在温控阀的控制下冷却水以一定流量流经附加换热器，通过风冷降温后再与旁通的冷却水混合，最后由水泵压至内燃机，至此完成一个新的冷却循环。图1为改造后的内燃机车冷却系统。
2.2附加换热器设计
2.2.1附加换热器的选择
板翅式的换热器作为一般的内燃机的换热器，存在换热能力不足的情况，也不能满足内燃机的工况需要。所以我们可以加以改进，可以通过优化换热器的形式，将主体换热器提升换热能力，但是因为冷却系统自身的空间小，所以如果附加换热器的话，尺寸要进行合理控制。而且由于换热器的管道阀门衔接处比较短，附加换热器的尺寸要求更加严格，板翅式的换热器由于体型小，空间紧凑的特点，性能也很高，所以可以选择板翅式的换热器。
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2.2.2通道参数的确定
冷却系统主要由风冷和水冷两种形式，总的来说，水的传热性优于空气的传热性，所以在进行通道布局的时候，要对空气侧的传热面积进行扩大，设置15个水通道、30个空气通道，从而优化两者的散热能力，达到很好的传热效果。
2.3进水温度与流量的调控
内燃机工作需要较稳定的进口水温，进口水温太低，不但容易造成内燃机熄火（低于40℃），而且会导致机油黏度增加，使得汽缸润滑性差，加速机械零件的磨损。对于气水换热器，热阻主要在空气侧，水流量的变化对总传热系数影响不大。因此，在综合考虑各种因素之后，设定通过冷却系统冷却后的内燃机进口水温为80℃，且在温度较低时，冷却水不经过附加换热器，直接经过旁通管道进入内燃机，因此，需对附加换热器进水流量进行调节。工作时，需视内燃机附加换热器进水温度（即主换热器出水温度）确定经过附加换热器的水流量。附加换热器换热过程如图2所示。经分析计算，给出了在主换热器出水温度（即附加换热器进水温度）仍较高的情况下，为使冷却水在进入内燃机之前至少降温至80℃，运行过程中附加换热器进水水温与应进入该换热器的水流量之间的调控曲线。由实践表明，附加换热器进水温度与内燃机进口水温的关系，在附加换热器进水温度与流量线性变化的情况下，当附加换热器进水温度等于或大于82.6℃时，冷却水全部经过附加换热器，换热量达到最大换热负荷，此时可使冷却水有2.6℃的降温效果，很大程度上降低了特殊工况下内燃机出口水温达到90℃警戒温度的几率。
该冷却系统采用电动温控阀控制水流量。调节阀的调节特性由流体特性、阀的流量特性和阀权度共同决定，常见的调节阀中有4种典型的流体特性：直线特性、对数特性、快开特性和抛物特性.调节阀的流量特性是指被调介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，其数学表达式为：
式中，R、Rmax分别为调节阀全开和某一开度时的流量；L、Lmax分别为调节阀全开和某一开度时的行程；f为比例系数。由于附加换热器进水温度与进水流量呈线性对应关系，系统应选择具有直线特性的温控阀1。温控阀核心部件为传感器单元，可感应周围温度的变化而改变自身体积，带动调节阀阀芯产生位移，实现依据主换热器出水温度（即附加换热器进水温度）对附加换热器进水流量的自动调节，以确保进入内燃机的冷却水温满足技术要求。
结语
总而言之，冷却系统是内燃机车的重要组成部分，其作用是维持最佳工作温度。随着机车向高速、大功率方向的发展，提出新的冷却方式显得尤为重要。根据内燃机车冷却系统的具体条件，在保证机车原冷却系统不变的情况下对其进行改造，研究一个新型技术方案改造，解决目前内燃机车出现的问题，以保证使用的安全性和可靠性。因此，本文研究内燃机车冷却系统技术改造具有重要意义。
参考文献：
[1]谢珂．分体节能型电源车冷却系统的优化设计与研究[D]．兰州：兰州理工大学，2011．
[2]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，2009．
[3]徐仲斌．内燃机车冷却系统新型缓蚀剂配方应用技术研讨会[J]．铁道机车车辆，2010．
作者简介：
丁伟（1979.6-），男，河南省孟县人，兰州交通大学机电一体化大专，技师，单位：中车兰州机车有限公司，研究方向：内燃机车
论文作者:丁伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：换热器论文; 内燃机论文; 系统论文; 温度论文; 水温论文; 冷却水论文; 流量论文; 《电力设备》2018年第18期论文;