和谐型大功率电力机车冷却塔过滤网设计

和谐型大功率电力机车冷却塔过滤网设计摘要：冷却塔过滤网将安装在冷却塔内部，用于解决其换热器堵塞，难以清洗的问题，此过滤网具有易安装，易维护，易清洗的特点。通过计算验证，安装过滤网对换热器的影响在允许范围之内。关键词：过滤网;机车冷却塔;结构优化;散热性能Abstract:Thecoolingtowerfilterswillbeinstalledinsidethecoolingtower,heatexchangerisusedtosolvetheblockage,difficulttoclean,thisfilterareeasytoinstall,easytomaintain,easytocleancharacteristics.Verifiedbycalculation,thefilterisinstalledontheheatexchangerwithintheallowablerange.Keywords:filter;locomotivecoolingtower;structuraloptimization;thermalperformance中图分类号：TU8文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）01-0020-021引言近阶段，我国自主研制开发了9600千瓦大功率电力机车。如此大功率的机车，对于机车主变流元器件散热有非常严格的要求。由于我国北方具有独特的生态地理环境与气候条件，每到春夏交替之季，空中会有许多的柳絮等杂质。机车冷却塔上部与火车顶盖相通，机车在运行之中就会不可避免的吸入许多的柳絮等杂物，对冷却塔的散热效果产生严重影响。因此，必须对换热器进行清洁，然而机车机械间操作空间狭小，不便于维护，柳絮等杂物附着在换热器上也十分难以清洗。针对这种情况，设计了冷却塔过滤网，从而加强了冷却塔的使用寿命，同时过滤网本身具有易安装，易维护，易清洗，可拆卸等特点。通过计算验证，安装过滤网对冷却塔的散热能力没有影响。2过滤网结构设计过滤网安装在风机出风方向，换热器表面。如图1所示：换热器的上表面长为1294，宽为1014，机架下端面与换热器接触表面长为1277，宽为994，另外在机架内还焊接有4个风机支撑座，其与换热器上表面距离为28，风机电机与换热器上表面距离为189。在如此苛刻的条件下，需要在换热器上安装过滤网板，其结构要求十分严格。图1过滤网安装位置示意图本次设计采取4块网板的结构形式。简图如图2所示。图2过滤网结构示意图此方案解决了网板太大的问题，网板分成了4块小的网板，分别为左前网板，右前网板，左后网板，右后网板。另外增加了横梁槽钢以对过滤网板进行固定。左前网板与右前网板结构一致，并在一短边框上开腰孔。腰孔宽16，直径为6。左后网板与右后网板的结构也一致，且在一长边框上开腰孔。腰孔宽16，直径为6。换热器的支脚数目为4，为安装横梁槽钢以及支撑前网板所用。横梁槽钢上开有8个M5螺纹孔，分别对应网板上的腰孔。大块网板长680，宽630。小块网板长630，宽300。边框的结构为U型不锈钢片中间加压板和过滤筛网铆接成一体。另边框外围套橡胶垫，各处支脚经过折弯处理，防止过滤网板对换热器翅片进行损坏。其他具体尺寸与安装尺寸参照过滤网板结构图2。四块网板结构最大的特点在于易安装，易拆卸。增加了横梁槽钢，解决了过滤网无法固定的问题，使得网板能固定在换热器的上表面，在机车运行时不会进行横向与纵向的移动。3冷却塔换热器散热能力计算过滤网安装在换热器表面上，这无疑对换热器的散热能力造成一定的影响。下面通过计算验证安装过滤网对换热器的影响是否在允许范围之内。3.1冷却塔技术要求：3.11设计要求冷却塔在规定环境条件下运行，未安装过滤网时冷却塔要达到的设计要求。主变流器换热功率：125kW入口温度：+62.5出口温度：+55.0冷却液的循环量：17.2m3/h主变压器散热功率：168KW入口油温：82.5冷却介质：45#变压器油冷却液的循环量：40m3/h进口空气温度：40冷却空气流量：10.5m3/s静压:1600Pa3.2验证是否对冷却塔造成较大影响空气总温升：水路空气温升：油路空气温升：在未装过滤网时，冷却塔能满足前面所提出的技术要求。在空气流量为10.5m3/s的状况下，空气进口温度设为40，冷却液离开变流器最高温度为62.4，冷却液进入变流器最高温度为55。（以下变量下标w，o分别代表水路、油路。）3.2.1额定点的空气温升计算水路冷却液温升计算：变压器油温升计算：计算平均温压：3.2.2额定点过滤网压力损失计算当换热器表面安装过滤网时。由实际测量可以得知，过滤网的面积为1.05m2。已知条件当流量为10.5m3/s时，通过过滤网的空气速度为：由过滤网供应厂家提供过滤网阻力系数为：=0.2过滤网的压力损失为：(40时空气密度为1.12kg/m3)3.2.3换热器流道内实际风速由风机特性曲线可以知道，在安装过滤网后，风机实际静压需达到1611.2Pa。此时对应的空气流量为实际流量。Q实=10.42m3/s在实际流量时，换热器内空气流速计算公式为：通道的横截面积为：V=10.42/0.8692=12m/s.3.2.4换热系数计算3.2.4.1雷洛数计算换热器流道当量直径为：10-3m3根据空气热物力性质表，水路平均温度为45时，根据差值法算得：17.5410-6m2/s则有水路空气侧雷洛数：Rew=2340油路平均温度为57时，根据差值法算得：18.7110-6m2/s则有油路空气侧雷洛数：Reo=2193.43.2.4.2努赛尔数计算由换热器设计可知，L/De=360/3.42=105.250,且空气平均温度，与壁面温度相差不大，不考虑热流方向的影响，对直通道本次设计计算努赛尔数采用下面的表达式：水路平均温度为45时，根据差值法算得：Prw=0.710则有：=0.02323400.80.710.4=10.08水路平均温度为45时，根据差值法算得：w=2.7510-2W/mk换热系数为：W/（m2k）那么冷却塔在预留15%的余量之后，所需要的散热面积为：油路平均温度为57.47时，根据差值法算得：Pro=0.709则有Nuo=0.023=0.0232193.40.80.7090.4=9.48油路平均温度为57.47时，根据差值法算得：o=2.8310-2W/mk换热系数为：W/（m2k）那么冷却塔在预留15%的余量之后，所需要的散热面积为：3.2.5换热器理论面积与实际面积对比由设计尺寸可知，换热器实际的散热面积为。F1为水路实际散热面积，F2为油路实际散热面积。通过计算可知F1Fw，F2Fo。即冷却塔在安装过滤网后对冷却塔的散热效果不影响。4结论冷却塔增加过滤网，过滤效果良好，能过滤掉柳絮、煤灰等杂物，保护了换热器，延长了冷却塔使用寿命。过滤网制造简单，成本低廉，使用起来十分方便。以往需要使用很长的时间才能将冷却塔换热器清理干净，增加了过滤网板后，可以直接将网板拿出车外清洗，不但大