鐵路司機(jī)技師論文素材.doc

電力機(jī)車空氣管路系統(tǒng)防寒技術(shù) 發(fā)表日期：2008年1月30日 【編輯錄入：辦公室】 防寒技術(shù)是確保機(jī)車低溫工作性能的關(guān)鍵。過(guò)去我國(guó)電力機(jī)車主要在華北及其以南地區(qū)運(yùn)用，最低使用溫度一般不到一25，隨著國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車進(jìn)入東北地區(qū)和烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦等國(guó)外市場(chǎng)，這些地區(qū)冬季嚴(yán)寒的氣候給電力機(jī)車正常運(yùn)用帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。以哈爾濱地區(qū)為例，一月份平均氣溫為一196 oC，極端最低氣溫可達(dá)一426 oC。這些用戶都明確要求機(jī)車應(yīng)能滿足一4o(哈薩克斯坦招標(biāo)機(jī)車要求為一5O)低溫下正常運(yùn)行，而低溫下電力機(jī)車空氣管路系統(tǒng)因防寒措施不當(dāng)易出現(xiàn)零部件性能下降、管路及閥件凍結(jié)等問(wèn)題，將嚴(yán)重影響機(jī)車的正常運(yùn)用。1 空氣管路系統(tǒng)防寒歷程最初國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車的防寒是在既有機(jī)車的基礎(chǔ)上進(jìn)行防寒處理和改進(jìn)，以滿足低溫運(yùn)行要求，其型號(hào)主要有SS4改、SS9和SS9改。由于當(dāng)時(shí)缺乏防寒經(jīng)驗(yàn)，我們主要針對(duì)機(jī)車低溫下出現(xiàn)的問(wèn)題，逐步摸索空氣管路系統(tǒng)防寒經(jīng)驗(yàn)，最終使機(jī)車滿足一40低溫下正常工作要求。第一階段的防寒從首批赴東北地區(qū)運(yùn)用的SS4改型機(jī)車設(shè)計(jì)制造階段開始實(shí)施。我們從確保部件的低溫性能人手，要求全部裝車產(chǎn)品滿足一4o低溫要求，關(guān)注的重點(diǎn)是壓縮機(jī)、干燥器及各閥的密封橡膠件等幾項(xiàng)關(guān)鍵部件。此外我們還參照西北地區(qū)電力機(jī)車的防寒經(jīng)驗(yàn)，對(duì)空氣管路系統(tǒng)中影響行車安全的分配閥、中繼閥、管道濾塵器等幾個(gè)重要閥件加包電熱套，并借鑒高寒地區(qū)內(nèi)燃機(jī)車用布包裹管道防寒的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)安裝于機(jī)車底架上的鋼管加包防寒保溫材料。該批機(jī)車投入東北地區(qū)運(yùn)用后在2001年冬季，空氣管路系統(tǒng)出現(xiàn)了一些問(wèn)題，經(jīng)統(tǒng)計(jì)主要有以下幾類：壓縮機(jī)無(wú)法向總風(fēng)缸充風(fēng)；升弓管路系統(tǒng)工作不正常，導(dǎo)致機(jī)車升弓、合主斷困難；干燥器工作異常，如無(wú)法正常排污或內(nèi)部氣流通道堵塞；少量制動(dòng)機(jī)閥件凍結(jié)卡滯等。針對(duì)以上問(wèn)題，我們實(shí)施了第二階段的防寒，在原來(lái)基礎(chǔ)上擴(kuò)大電熱套的應(yīng)用范圍，對(duì)空氣管路系統(tǒng)幾乎所有氣動(dòng)閥件加包電熱套。考慮到蓄電池的容量，這些電熱套分為兩類：第一類主要對(duì)確保受電弓、主斷正常工作的升弓管路系統(tǒng)各閥件進(jìn)行加熱，由機(jī)車蓄電池提供DC 110 V電源；其余電熱套列為第二類，主要對(duì)風(fēng)源系統(tǒng)和制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)各閥件進(jìn)行電加熱，由機(jī)車控制電路供電。實(shí)施以上防寒措施后，SS4改型機(jī)車低溫工作性能明顯提高，但SS9和SS9改型機(jī)車因其特殊的管路布置，仍存在低溫下壓縮機(jī)無(wú)法向總風(fēng)缸充風(fēng)的問(wèn)題。針對(duì)該情況我們?cè)?002年冬季對(duì)這兩型機(jī)車實(shí)施了第三階段防寒，即在兩壓縮機(jī)出風(fēng)管匯合處的三通閥及附近鋼管(均屬機(jī)車底架管路)、干燥器排污管共兩處地方纏繞自控溫電伴熱線，外包防寒保溫材料；并在螺桿壓縮機(jī)與干燥器進(jìn)風(fēng)管之間增設(shè)一條備用管路；同時(shí)還將雙塔干燥器轉(zhuǎn)換周期縮短，以提高干燥效果；除此之外，還從SS90074機(jī)車開始，將螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)位置對(duì)調(diào)，以縮短螺桿壓縮機(jī)至干燥器的管路長(zhǎng)度。通過(guò)以上三個(gè)階段的防寒，電力機(jī)車因低溫而出現(xiàn)的故障大幅減少，基本上能滿足在冬季嚴(yán)寒氣候條件下正常運(yùn)用。但以上防寒措施中也存在一些問(wèn)題與不足，主要有以下幾點(diǎn)：(1)加熱保溫針對(duì)性不強(qiáng)。由于過(guò)去我們對(duì)管路系統(tǒng)易凍部位調(diào)查分析不夠，從確保安全角度出發(fā)，采取了對(duì)幾乎所有氣動(dòng)閥件加包電熱套，對(duì)大部分管路包加防寒材料的措施。實(shí)際上這是一種治標(biāo)措施，效果并不理想。因?yàn)樵摯胧┎荒芮宄苈废到y(tǒng)凍結(jié)的真正元兇 冷凝水，反而使機(jī)車制造和運(yùn)行成本增加，電氣線路的故障隱患點(diǎn)增多，而且閥件包加電熱套后還增加了檢修維護(hù)的難度。(2)電熱套缺乏自動(dòng)調(diào)溫能力。環(huán)境溫度稍高時(shí)，部分閥件可能因加熱溫度過(guò)高而加速內(nèi)部橡膠件老化；當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，另一部分閥件又可能因加熱功率不足而起不到防凍的效果。2 空氣管路系統(tǒng)防寒技術(shù)分析21 防寒設(shè)計(jì)原則空氣管路系統(tǒng)防寒設(shè)計(jì)原則是在滿足機(jī)車低溫下正常運(yùn)用的基礎(chǔ)上，還具備安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。也就是說(shuō)，一方面要確保防寒效果顯著，方面又要使防寒措施簡(jiǎn)單實(shí)用，具有可靠性、針對(duì)性和一定的免維護(hù)性。既防止因擴(kuò)大圍加熱保溫而造成資源浪費(fèi)，又避免因防寒措施不當(dāng)而導(dǎo)致機(jī)車故障。22 低溫對(duì)機(jī)車空氣管路系統(tǒng)的影響我國(guó)東北地區(qū)以及哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等地的最冷時(shí)期出現(xiàn)在每年l2月至次年1月，此時(shí)日最低氣溫一般為一5一一35 ，相對(duì)濕度60 一80。這種嚴(yán)寒的氣候?qū)C(jī)車空氣管路系統(tǒng)的影響主要有兩方面。一方面是低溫下各零部件自身性能下降或喪失，如潤(rùn)滑油脂粘度增大甚至固化、橡膠件變脆且易老化龜裂、鋼材韌性下降而脆性增大、電子元器件工作異常等。針對(duì)這類問(wèn)題，關(guān)鍵在于對(duì)機(jī)車外購(gòu)零部件及原材料進(jìn)行把關(guān)，確保選用的產(chǎn)品在一40甚至更低溫度下能正常工作。另一方面是壓縮空氣中的冷凝水在管道內(nèi)結(jié)冰，造成管路系統(tǒng)凍結(jié)。這是因?yàn)榭諝鈮嚎s后，單位體內(nèi)的水蒸氣分壓力增大，露點(diǎn)升高，當(dāng)其隨環(huán)境溫度降至0 oC以下，就有可能析出冷凝水并結(jié)冰圖1表示的是壓縮空氣飽和含濕量與絕對(duì)壓力和溫度的關(guān)系。從圖中可以看出，低溫狀態(tài)下空氣飽和含濕量一般較低(075 09 MPa壓縮空氣在0 以下的飽和含濕量小于l gkg)，隨著溫度升高，該值呈近似指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)；在溫度不高(40以下)時(shí)，飽和含濕量與壓力呈近似反比關(guān)系。例如在環(huán)境溫度一20 ，相對(duì)濕度60時(shí)，大氣含濕量約為05 gkg，對(duì)應(yīng)露點(diǎn)一25 ；當(dāng)壓縮至900 kPa后，壓縮空氣的露點(diǎn)將升高至4左右，降至環(huán)溫后每含有1 kg干空氣的濕空氣中將有約045 g水析出并結(jié)冰。23 干燥指標(biāo)的選定防治管路系統(tǒng)凍結(jié)的關(guān)鍵在于對(duì)壓縮空氣進(jìn)行干燥處理，除去其中水份，使其壓力露點(diǎn)低于環(huán)境溫度。為確保空氣管路系統(tǒng)低溫下正常工作，我們應(yīng)正確選定干燥器的干燥指標(biāo)。根據(jù)世界各國(guó)經(jīng)驗(yàn)，為防止管路系統(tǒng)出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，空氣管路系統(tǒng)使用的壓縮空氣相對(duì)濕度應(yīng)低于35，當(dāng)然這是指壓縮空氣在壓力狀態(tài)和環(huán)境溫度下的相對(duì)濕度值。實(shí)際上由于在干燥器出風(fēng)口處的壓縮空氣溫度有可能高于環(huán)溫15(螺桿壓縮機(jī)供風(fēng))甚至更多(活塞壓縮機(jī)供風(fēng))，在其降溫過(guò)程中，相對(duì)濕度必然上升，所以干燥器出風(fēng)口處干燥指標(biāo)應(yīng)低于35方能滿足要求。究竟低多少合適呢?我們可假定機(jī)車由螺桿壓縮機(jī)供風(fēng)，此時(shí)干燥器出風(fēng)口處的壓縮空氣與環(huán)境的溫差為15(忽略總風(fēng)冷卻管、干燥簡(jiǎn)的散熱以及吸附過(guò)程中的發(fā)熱)。從圖1可看出，該溫差將導(dǎo)致空氣飽和含濕量下降為原來(lái)的1412，即壓縮空氣充分冷卻后相對(duì)濕度將為高溫狀態(tài)下的24倍。所以為確保壓縮空氣相對(duì)濕度始終低于35 ，干燥器出風(fēng)口處干燥指標(biāo)宜選定為不大于8。此外，雙塔干燥器的干燥效果與轉(zhuǎn)換周期有一定關(guān)系，一般而言縮短轉(zhuǎn)換周期可提高干燥效果，但會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)換閥件的工作頻率增高而縮短使用壽命。由于高溫和低溫環(huán)境下干燥劑的吸附效果都會(huì)明顯下降，所以此時(shí)應(yīng)適當(dāng)縮短干燥器轉(zhuǎn)換周期，并增大再生孑L徑，以確保干燥效果。24 防治管路系統(tǒng)凍結(jié)的重點(diǎn)部位根據(jù)對(duì)機(jī)車低溫下故障情況的統(tǒng)計(jì)，我們將下面三個(gè)部位作為重點(diǎn)來(lái)做好管路系統(tǒng)凍結(jié)的防治工作。241 干燥器干燥器低溫下易出現(xiàn)內(nèi)部氣流通道堵塞或無(wú)法正常排污等故障。這是因?yàn)楦稍锲鲀?nèi)部一些管路、閥件處在高濕度甚至有冷凝水析出的情況下工作，水份殘留在內(nèi)壁，日積月累可能導(dǎo)致排污管和濾清簡(jiǎn)冰凍堵塞，排污閥和進(jìn)氣閥等部件動(dòng)作卡位。針對(duì)這類問(wèn)題，我們可在安裝設(shè)計(jì)中盡量避免排污管大角度折彎，并在該管外包自控溫電伴熱線和防寒管材；同時(shí)對(duì)排污閥和進(jìn)氣閥等部位采用加熱板或電熱套進(jìn)行加熱保溫。過(guò)去為確保干燥器故障后能維持機(jī)車運(yùn)行，通常設(shè)有干燥器短接塞門，以將其隔離而直接導(dǎo)通壓縮機(jī)與總風(fēng)缸。該做法對(duì)防寒工作十分不利，因?yàn)閷?dǎo)通短接塞門將導(dǎo)致大量未經(jīng)處理的飽和高濕度壓縮空氣直接進(jìn)入后續(xù)管路，低溫下極易引發(fā)凍結(jié)故障，在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)盡量避免。若干燥器的可靠性很高，則可考慮在設(shè)計(jì)中取消短接塞門。242 總風(fēng)冷卻管路壓縮機(jī)至干燥器之間的總風(fēng)冷卻管路凍結(jié)堵塞問(wèn)題曾經(jīng)在電力機(jī)車上多次出現(xiàn)。其主要原因是該段管路位于干燥器之前，內(nèi)部的壓縮空氣未經(jīng)干燥處理，富含水份，低溫下易導(dǎo)致該段管路上的止回閥凍結(jié)卡位或鋼管內(nèi)部完全冰封堵死。止回閥是通過(guò)閥芯在閥體內(nèi)上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣體單向流動(dòng)的，閥芯表面附著的冷凝水結(jié)冰后，容易使閥芯凍結(jié)在閥體上不能動(dòng)作，導(dǎo)致壓縮空氣流動(dòng)受阻。要解決該問(wèn)題可考慮在止回閥外部加裝效果良好的加熱裝置，使其溫度升至冰點(diǎn)以上。如果壓縮機(jī)自帶止回閥(目前裝車的螺桿壓縮機(jī)都屬該情況)，則總風(fēng)冷卻管上的止回閥多余，可予以取消總風(fēng)冷卻管內(nèi)部完全冰封堵死的情況主要出現(xiàn)在SS9型機(jī)車上，且一般位于距干燥器較近的底架管路低凹處以及穿越車底地板處。這是因?yàn)镾S9型機(jī)車壓縮機(jī)與干燥器總體布置距離較遠(yuǎn)，總風(fēng)冷卻管較長(zhǎng)，且多布置于車底，使得高溫壓縮空氣與外界的熱交換比較充分，冷凝水有足夠時(shí)間冷卻并結(jié)冰。相比之下SS4改型機(jī)車因?yàn)閴嚎s機(jī)與干燥器的距離較近，總風(fēng)冷卻管較短，而極少出現(xiàn)這種情況。這說(shuō)明要避免總風(fēng)冷卻管凍結(jié)堵塞，應(yīng)盡量將干燥器與壓縮機(jī)布置在一塊，以縮短該段管路長(zhǎng)度，若條件允許還可在該段鋼管外纏繞自控溫電伴熱線，外包防寒保溫材料。243 升弓管路系統(tǒng)以前電力機(jī)車升弓管路系統(tǒng)出現(xiàn)凍結(jié)故障的情況比較嚴(yán)重，這是因?yàn)闄C(jī)車庫(kù)停后重新升弓合主斷時(shí)，有時(shí)需要輔助壓縮機(jī)提供壓縮空氣，而輔助壓縮機(jī)提供的壓縮空氣一般未進(jìn)行有效的干燥處理，其中肯定會(huì)有凝結(jié)水隨溫度下降而析出，并容易在隨后管路中的止回閥、調(diào)壓閥等處集結(jié)成冰使其動(dòng)作失靈，導(dǎo)致機(jī)車故障。針對(duì)這類問(wèn)題首先可考慮減少易故障部件，如：受電弓一般自帶調(diào)壓閥，設(shè)置在管路中的受電弓調(diào)壓閥可考慮取消；其次，可在輔助壓縮機(jī)出口設(shè)置冷卻風(fēng)缸，以盡快降低壓縮空氣溫度，并通過(guò)分水濾氣器或小型干燥器及時(shí)處理掉已析出的冷凝水，防止其進(jìn)