160 km/h交流传动快速客运电力机车通风系统

崔启超，王旭海，金磊

（中车大同电力机车有限公司研究院，山西大同037038）

引言

机车通风系统主要作用是对车上发热量大的电器部件进行冷却，如牵引电机、牵引变压器、主变流器等，使其工作温升不超过允许值，从而保证系统正常可靠地运行。另外一个作用是对机车内的温度、压力、风速等气候参数进行调节，为司乘人员提供一个舒适、洁净的作业环境。

1 通风系统组成

160 km/h机车通风系统采用侧墙独立通风，具有结构简单、进风面积大、风阻小、各通风支路风量分配均匀等特点。主要由牵引通风支路、机械间通风支路、复合冷却塔通风支路、滤波柜通风支路、压缩机通风支路、供电柜通风支路和司机室空调通风支路组成。160 km/h机车通风系统走向见图1[1]。

图1 通风系统走向图

1.1 牵引通风支路

160 km/h机车共有4组牵引通风支路，其中1、4位为1拖1结构，分别给1、6位牵引电机通风冷却；2、3位为1拖2结构，分别给2、3位和4、5位牵引电机通风冷却。

牵引通风支路冷却空气走向为：环境空气→侧墙过滤器→过渡风道→牵引风机→风道支架→软风道→牵引电机→车底大气[2]。

侧墙过滤器由一级水过滤器、二级除尘装置和过渡风道组成。侧墙过滤器见图2。

图2 侧墙过滤器

第一级水过滤器采用竖式S型结构，具有阻水、虑尘效率高、阻力小、免维护和自清洁的特点。其过滤原理见图3。

图3 一级水过滤器结构和原理图

第二级除尘装置采用纤维层过滤器，主要由骨架、滤料（无纺布）组成。根据通风系统要求采用G3、G4级滤料，具有拆装方便、滤料易更换、自动排尘等特点。牵引通风支路走向见下页图4。

为验证牵引通风机性能及优化风机设计，进行了叶轮有限元分析及空气流场分析。经过计算分析，牵引通风机可以满足使用要求。

叶轮有限元分析如下页图5所示。

图4 牵引通风和机械间通风示意图

图5 最大等效应力、主应力云图

牵引通风机流场分析如图6所示。

图6 风机静压分布及叶轮内近盖侧速度矢量分布

1.2 机械间通风支路

机械间1、4位牵引电机通风支架上设有机械间风机，与牵引电机通风机共用第一、第二级过滤器，然后由过渡风道分出一路进入机械间通风机，再经第三级过滤器后吹入机械间，空气质量可达G4级。机械间设有压差传感器和自动排风装置，控制机械间的压力在50～150 Pa之间，以保持机械间的微正压，有效防止灰尘吸入，提供一个舒适、干净的工作环境。

机械间通风支路冷却空气走向为：环境空气→侧墙过滤器→过渡风道→机械间风机→第三级过滤器→机械间→车内取风设备→车外大气，其风路走向见图4。

1.3 复合冷却塔通风支路

复合冷却塔通风支路冷却空气走向为：环境空气→车顶过滤器→过渡风道→冷却塔风机→波纹板式复合散热器→车底大气，其风路走向见图7。

复合冷却塔通过管路分别与主变流器和牵引变压器连接。复合散热器由两个隔开的流体支路组成。上层为水散热器，使用纯净水/乙二醇（45%/55%）的混合物为主变流器内的功率模块冷却。下层为油散热器，使用矿物质油为牵引变压器冷却。

图7 复合冷却塔通风示意图

为验证复合冷却塔通风机性能及优化风机设计，进行了叶轮有限元分析及空气流场分析。经过计算分析，复合冷却塔通风机可以满足使用要求。

叶轮有限元分析如图8所示。

复合冷却塔通风机流场分析如图9所示。

图8 最大等效应力、主应力云图

图9 复合冷却塔通风机通风曲线

1.4 滤波柜通风支路

滤波柜通风有冬、夏季两种模式。冬季通风采用车内吸风车内排风的内循环通风方式，有利于维持机械间的温度。夏季通风采用车内吸风车顶排风的独立通风方式，有利于降低机械间的温度。

冬季通风冷却空气走向为：机械间内环境空气（柜体底部进风口）→滤波柜风机→滤波柜出风口→车内大气。

夏季通风冷却空气走向为：机械间内环境空气（柜体底部进风口）→滤波柜风机→滤波柜出风口→过渡风道→车顶大气。

1.5 压缩机、供电柜通风支路

压缩机和供电柜都采用车内吸风车内排风的内循环方式。

1.6 司机室空调通风支路

司机室空调通风有两个独立的空气支路，空气处理系统和压缩冷凝系统，即室内空气循环和室外空气循环。司机室空调通风见图10。

图10 司机室空调通风示意图

室内空气循环：室内循环系统设有两个进风口，一个是空调混合风道侧面的新风进口，另一个是操纵台副台柜内的室内循环空气进口，室内循环空气和新风比例由新风风门控制。

混合的空气通过回风滤网进入蒸发器和电加热器，由控制器决定空气是被加热或是被冷却。被处理过的空气经空调出风口及设置在操纵台前端、司机室两侧的出风口送入司机室内部。

操纵台前端区域采用分布式出风口，且出风口设有可以调节风向及风量的开关，有助于均衡室内速度场及温度场，降低室内微风速度，并具有良好的气流组织，有效地提供了司机室的舒适度。

室外空气循环：室外循环系统的空气从司机室前端整流罩上的进风口进入，首先经过空调冷凝器，吸收冷凝器的热量，然后进入冷凝室，吸收压缩机的热量，再由冷凝风机加压后，进入空调下方的冷凝风排风道，最后排向车底大气[3]。

冷凝排风道为独立风道，有效避免了冷凝进风和排风的混流，提高了空调工作能力。

2 通风系统主要技术特点

1）160km/h机车采用侧墙独立通风，具有结构简单、通风面积大、进入风量不需要二次分配、系统集成度高、互换性好、易于维护等优点。

2）机械间通风采用三级过滤，另外设有压差传感器和自动排风装置，控制机械间的压力在50～150 Pa之间，有效阻滞了灰尘侵入，保持了机械间的清洁度，减少了电器件的故障率。

3）复合散热器采用整体波纹板式翅片，翅片没有接口，散热面积大，灰尘容易通过且便于清洗维护。

4）空调通风采用分布式出风口、风向及风量可调，新风量可控的通风方式，大大提高了司机室人工气候的舒适度。

3 结语

160 km/h机车通风采用侧墙独立通风，系统集成度、模块化程度高，部件可互换性、维护性好，机车通风方式及通风量设计合理，完全可以满足机车正常运行需要，是一种值得推广的机车通风方式。

[1]任广慧.HXD2B型机车的通风系统[J].机车电传动，2011（3）：78.

[2]肖云华.和谐HXD1型大功率交流电力机车通风系统[J].电力机车与城轨车辆，2007（1）：45.

[3]孙一坚，沈恒根.工业通风[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.