浅析恒温柜（Chiller）在探伤车检测中的作用和改进措施

王旭 朱永辉 王琦

【摘 要】随着探伤车检测速度的提高，轮式超声探头内部部件换能器、挡声板等与耦合介质摩擦愈加剧烈，内部温升更加显著，直接影响了系统的检测质量，造成电气噪声增大；耦合介质声学性能改变，为解决这些问题保证检测效果增加恒温柜（Chiller）输出恒温介质通过轮探头内部装置的热交换器，使得轮探头内部温度基本稳定。

【关键词】轮探头 超声波 恒温系统

1探伤车作用、发展概况

钢轨探伤车是利用超声波原理通过轮式超声波传感器，在不影响钢轨使用性能的前提下，在较高速度运行过程中同步检测出车下钢轨内部存在的不均匀区域和裂纹等伤损。采用钢轨探伤车能够提高探伤检测速度和伤损检出率，降低错、漏检率，改善探伤工作人员工作条件，降低劳动强度，提高工作效率。

随着全国铁路提速进程的加快和深入，以及高速铁路的开通，钢轨探伤车的检测速度也在逐步提高，由原来的40km/h发展到60km/h，直到现在投入使用的附带轨廓系统和巡检系统检测的新型探伤车，检测速度达到了80km/h。

2恒温柜（Chiller）在探伤车检测中的作用

在实际运用中发现，随着检测速度的提高，轮式超声探头内部部件换能器、挡声板等与耦合介质摩擦愈加剧烈，内部温升更加显著，直接给整个检测系统造成了电气噪声增大等一系列问题；伴随着耦合介质声学性能改变，影响声束传输；外膜软化，强度下降，下压量变化，超声声程改变，影响检测结果；内部液体的离心力会导致其变形乃至爆裂；降低换能器性能，同时导致其使用寿命急剧缩短甚至直接损坏；影响密封效果，引起轮探头渗漏损坏；严重影响检测效果，可能造成设备故障。

为了降低轮式超声探头的温度，Sperry公司在实际应用过程中通过采取增大轮探头直径至9英寸降低角速度、增加液体量等措施来减少摩擦温升，但温度控制的效果并不理想。

另外在低温状态下外膜材质变硬变脆，为了保证探轮与钢轨的耦合效果施以较大下压力时，会导致探轮轮膜发生脆裂；检测运行过程中，轮探头内部温度升高，外膜材料又会变软，下压压力又要随之调整，实际操作中诸多不便。

认识到这些问题以后，Sperry公司在其1900系统中添加了恒温系统，以期解决上述问题。车上恒温柜（Chiller）输出恒温介质，通过轮探头内部装置的热交换器，使得轮探头内部温度基本稳定。恒温系统原理见图一。

图一

该系统的应用比较完美地解决了60Km/h检测速度下的探轮温升问题。但是随着GTC-80型钢轨探伤车检测速度的进一步提高，轮探头发热量显著增加，对此Sperry公司新车型的恒温柜大幅提升了压缩机功率，增加制冷能力。这带来了新的问题：恒温柜自身的散热问题

3恒温柜散热不好造成的问题

过高的内部温度会使恒温柜自身保护电路启动，恒温系统停止工作，使得整个检测系统无法运行，在实际工作过程中时有发生，严重影响了检测设备安全运行。实测压缩机工作温度超过60℃，接近保护临界值，水泵外壳温度可达80℃以上。

恒温系统工作效率降低，达不到设计要求，无法保证检测系统正常工作；

压缩机持续高负荷运转影响寿命。

4分析原因

分析恒温柜内部风路设计，觉得其倾向于维持机柜内较高温度，可能是该公司位于美国北部，常年处于低温环境，对高温环境的考量不足。

车上放置恒温柜的房间空间过于狭窄，热容量太小应该是主要原因之一，而最重要的原因是该房间空调器的制冷功率严重不足。查空调参数可知其额定输入功率为1430W，据相关资料，气温40℃时空调的制冷效率约为2，此时其制冷量约为2.9kW。较早使用的恒温柜压缩机的制冷量为10000BTU，换算成公制单位为2.93kW，与高气温下空调器的制冷量基本相符，这就是早期的恒温柜高气温环境下虽然不能有效控制探轮温度，但自身没有出现问题的原因。新版的恒温柜压缩机制冷量为15000BTU，主机厂没有相应提高空调器制冷量与之相配，而是沿用了原先的型号，才导致了前述现象。

电源频率带来的问题，中美两国市电电源标准是不同的，恒温柜内压缩机、循环泵均专为美国60Hz电源频率设计，用于中国50Hz电源环境时，虽然能够工作，但是由于感抗的下降，工作效率降低，自身温升高。

5建议改进措施

（1）柜内部件密集，流动不畅，风压损失较大，在机柜外壳后部、上部添加排风扇加强排风；（2）冷凝器前增加风机加大进风压力；（3）改善室内环境，在门窗上添加风机，加强室内外空气交换，增大空调功率，降低恒温柜外部温度；（4）将冷凝器移至车下，热空气直接排至车外大气；（5）换50Hz高效压缩机，提高制冷效率，降低自身发热量；（6）更换大功率空调器。

这样能更好的改善恒温柜（Chiller）使用效果，提高设备使用率，降低材料损耗和劳动强度，保证检测质量，保证设备安全运行。

作者简介：王旭（1965年4月），男，山东济南人，学历：青岛理工大学05级计算机与技术专业，研究方向：钢轨伤损发展规律；朱永辉（1974年4月），男，山东济南人，学历：北京交通大学05级电气工程及其自动化专业，研究方向：铁道工务检测方向；王琪 （1981年6月），男，山东泰安人，学历：兰州交通大学05级计算机与科学专业，研究方向：铁道工务检测方向。