HXN5B型调车机车散热器泄漏失效原因分析及改进措施

杨添植 马明 王尧 蔡忠全

摘  要：本文针对HXN5B型调车机车投入运用以来，散热器发生多起故障，进行了数据统计、故障分析及相关试验，制定了相应的治理措施并实施，取得了较好的效果。

关键字：HXN5B型;调车机车;散热器;故障;措施

中图分类号：TD72 文献标识码：A  文章编号：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

进入21世纪10年代，我国经济高速发展，铁路货运周转量高速增长，货运量也不断增加，目前我国的DF5、DF7系列调车使用年限普遍较长，已经无法满足需要。2012年，中车戚墅堰机车有限公司（以下简称QLW）提出了“中等功率交流传动内燃机车技术平台及280系列柴油机技术提升研究 ”立项申请并获得批准，平台涵盖了4400马力交流传动调车机车、货运机车、客运机车。2012年5月，首台HXN5B型样车下线。同年9月底完成厂内调试和正线试验。该车型分为两批次生产，第一批生产95台（含样车），第二批生产100台，目前已生产195台，并已投入运行使用。该195台调车机车分布面广，配属在国内10个铁路局，包括成都、西安、兰州、广铁、哈尔滨、上海、南昌、南宁、昆明、乌鲁木齐铁路局，运行段达到19个机务段。

HXN5B型大功率交流传动调车内燃机车是一款为适应中国铁路现代化，重载化，一体化和系列化而设计和生产的和谐系列大功率干线机车的后生车型。它可以用于大中规模的站线编组作业，也可以对应应急的干线客货运需求，作为调车机车，它为中国铁路在交流传动和大功率机车设计概念提供了良好的见证。HXN5B型大功率交流传动调车内燃机车具有牵引力大、启动加速快的特点。柴油机油耗低，标定工况燃油消耗率为198g/kW·h。机车优化了冷却水系统控制参数，并采用由牵引电机温度控制通风量等新技术，有效降低了基础辅助功率。在机车待命状态下可停止柴油机工作，采用蓄电池为机车生活设施及辅助设备供电。机车采用燃油电控喷射技术、高压比可变喷嘴增压等技术，排放达TierⅡ水平。机车装用6A监控系统，以确保行车安全。机车冷却系统主要由散热器、中冷器、热交换器、水泵、风扇及电机，其中散热器采用先进的大板块干式冷却，放置于机车冷却室顶部两侧。

1 散热器简介

HXN5B型调车机车的大板块散热器采用机械联接式，其主要特点是将散热管与管板（主片）之间的连接由传统的钎焊连接改为机械胀接。机械胀接，顾名思义，就是将扁铜管扩圆后，将之与主片用机械的方法胀紧。这种机械联接方式可以极好的承受柴油机工作时产生的热应力、疲劳应力以及消除机械振动对散热器主片与管根连接处的负面影响，彻底解决了钎焊式散热器管根处易破裂从而产生泄漏的问题。此类散热器在国内各大主机厂的出口机车上广泛使用，使用效果良好。

2 故障信息

HXN5B机车在上述10个铁路局运用至今，从出厂1年后，陆续发生了数起散热器泄漏事件。而HXN5B调车机车散热器出厂前进行两次压力试验，到QLW安装时进行一次压力试验，整车在水阻台上进行一次压力试验。散热器从生产到机车出厂经过多次压力试验没有發现泄漏，排除了产品自身工艺质量的问题。因此为控制事态进一步恶化，找到泄漏原因并采取有效措施刻不容缓。

以下是对泄漏散热器的拆解检查中，采集的资料及分析：

2.1 泄漏散热器拆解

（1）对散热器的拆解中发现存在大量颗粒物杂质，大部分分布在散热器通水管口处，有的在水室内，最大尺寸能达到3×20mm，见图1-2。

（2）散热器主片和水室上附着了杂质，洁净度非常差，散热器主片已被腐蚀严重，见图3。

（3）散热器冷却水水样可明显看出浑浊并有杂质，见图4。

对所取水样依据TB/T 1750-2006《内燃机车用冷却液》标准，对氯离子、苯骈三氮唑两种元素浓度进行检测。检验结果见表1

在冷却水的检测数据（表1）中可以看出，所取的三份水样中苯骈三氮唑浓度都没有达到标准要求，最低的浓度为14.9 mg/l，不足标准的1/3氯离子浓度只有水样2符合标准，水样1的浓度已经超过标准近3倍，远远高出运用中冷却液报废标准。

苯骈三氮唑是一种铜保护剂，冷却液中的苯骈三氮唑会在运用过程中，在散热器内部形成难以溶解的保护膜。而冷却液中含有氯离子浓度过高也会破坏铜管内壁的保护膜，促进腐蚀的发生。若冷却液使用不当，会影响保护膜的形成，进而影响散热器使用寿命。结合图片及检测结果可以判断，散热器的铜管是被腐蚀泄漏，原因为苯骈三氮唑浓度过低，减少对冷却管内壁的保护作用，加速腐蚀，最终导致泄漏。

2.2 散热器泄漏位置铜管内部解剖

（1）从解剖图片5-6能够发现，腐蚀是从管内壁开始的，蚀孔在管内壁萌生、生长，进而向管外壁发展、延伸，直至穿孔。

（2）散热器铜管是否存在应力腐蚀问题的实验，第三方检测机构对散热器铜管试样进行应力检测。按照GB/T 10567.2-2007《铜及铜合金加工材料残余应力检验方法 氨熏试验法》标准，采用氯化铵试验法进行检测。试验后，采用20倍光学显微镜分别检查了散热器铜管外壁表面和铜管内壁表面是否有裂纹。观察时，为了排除切取试样或试样表面有磕碰伤时所造成的局部应力的影响，距试样端部5mm以内的裂纹忽略不计。图7为试验后散热器铜管试样的观察照片。其中图7a、图7b分别为散热器铜管试样外壁和内壁表面。

经检验，散热器铜管管壁表面平整，没有出现应力腐蚀裂纹迹象。

3 分析结论

根据HXN5B机车散热器的泄漏现象和统计分析，散热器在运用一年后开始陆续发生泄漏故障，发生故障的原因在于冷却液成分不达标，水系统内部存在异物、颗粒状杂质等导致散热器发生腐蚀泄漏，而根本原因即运行过程中的冷却液成分不达标。结合以上，可以得出以下结论：冷却液成分不达标、水系统内部存在异物、颗粒状杂质等，是当铜管内壁的保护性氧化层被破坏或消耗掉后，就会发生腐蚀侵蚀。

4 治理措施

HXN5B调车机车散热器的泄漏原因与HXN5机车散热器发生泄漏故障的情况相同，都是因为冷却液不达标，所以使用合格的冷却液，并在运行过程中及时更换不达标的冷却液可以有效控制散热器的泄漏。QLW借鉴哈尔滨铁路局针对HXN5机车散热器泄漏的成功治理经验，治理措施如下：（1）呼吁散热器的供应商、QLW与铁路局各段三方面配合，对配属的HXN5B机车散热器，用去离子水进行清洗。（2）QLW派出技术人员到各机务段进行技术交流，加强水系统的清洁度，认真贯彻执行QLW在HXN5B机车维修手册中规定的“冷却液将冷却液改进后苯骈三啖唑的浓度要求由原来的60±10mg/L，提高至100±10mg/L。运行中机车冷却液中苯骈三氮唑浓度不得低于60mg/L”。（3）各机务段把保证新制冷却水质量、运用冷却后水质量，两个环节作为一个基础性、长期性的工作。

参考文献

[1]西安交通大学.内燃机原理[M].北京：中国农业机械出版社，1981.

[2]李淑清.内燃机车.内燃机车冷却液及其管理[M].大连：内燃机车，2004.

[3]王宁.铁道机车与动车.HXN5型机车散热器失效的治理[M].大连：铁道机车与动车，2013.

收稿日期：2019-07-19

作者简介：杨添植（1987—），男，辽宁瓦房店人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：换热设备。