[12-2025] Компоненты систем принудительного жидкостного охлаждения силового оборудования подвижного состава

[Admin]

Компоненты систем принудительного жидкостного охлаждения силового оборудования подвижного состава

Р.В. МИХАЛЕВСКИЙ, техник, руководитель проекта «ИПП», Дирекция скоростного сообщения -филиал ОАО «РЖД»,
д.э. ЛИМОНОВ, начальник управления проектирования подвижного состава ООО «Уральские локомотивы»,
А.А. ШАБАШОВ, И.В. СТЕПАНОВ, Северо-Западная дирекция скоростного сообщения Дирекции скоростного сообщения - филиала ОАО «РЖД»

Для принудительного жидкостного охлаждения силового оборудования электроподвижного состава к настоящему времени стали широко использоваться специализированные устройства охлаждения (УО).
В настоящее время на современный подвижной состав наиболее часто устанавливают устройства охлаждения серии У0.2.000.000. Технические характеристики этих устройств приведены в табл. 1. Основные сборочные единицы устройства представлены на рис. 1. При выборе оборудования для установки его на отечественный подвижной состав особое внимание уделяется вопросам импортозамещения.

Устройства охлаждения, изображенные на рис. 2 монтируются на крышах моторных вагонов электропоездов «

Финист

».
Подключение электродвигателей вентиляторов (380 В переменного тока), поплавкового выключателя (110 В постоянного тока), а также насоса (380 В переменного тока) к питающим цепям электропоезда осуществляется через контактные гнезда штекерных разъемов 7, 8 (рис. 1).

Для защиты от поражения или повреждения электрическим током при обрыве контактного провода и его падении на крышу вагона используется система шунтирования. Каждый компонент связан шунтирующим кабелем 9 (см. рис. 1) с рамой, которая, в свою очередь, соединяется с кузовом вагона. Таким образом, при возникновении аварийной ситуации электрический ток будет передаваться от устройства охлаждения к кузову электропоезда и т.д. и, в конечном итоге, через заземление колесной пары на рельс.
Подсоединение всасывающего 1 и нагнетающего 4 трубопроводов к контуру охлаждения электропоезда показано на рис. 2. Всасывающие и нагнетающие трубопроводы контура охлаждения защищены от передачи колебаний гофрированными гибкими металлорукавами (поз. 1,2).

Для очистки охлаждающей жидкости от посторонних частиц в нагнетающий трубопровод вварен сетчатый фильтр 5 с тонкостью фильтрации 100 мкм.
Запорная арматура - фланцевые заслонки 2, шаровой кран 3 и быстроразъемные соединители 6 предназначены для проведения регламентных работ с минимальными потерями охлаждающей жидкости.
Элементы крепления выполнены из высокопрочной нержавеющей стали, устойчивой к отрицательным температурам, нагрузкам, воздействию окружающей среды и моющих средств.

Для снижения вибрации при эксплуатации рама установлена на виброгасящие демпфирующие устройства - виброопоры 7, которые не резонируют с колебаниями кузова электропоезда. Виброопоры и резиновые уплотнения элементов выполнены из резины, устойчивой к низким температурам. Уплотнения устойчивы к воздействию охлаждающей жидкости.
Конструкция устройства выполнена в блочно-модульном исполнении. Несущим элементом устройства охлаждения (рис. 3) является сварная рама, состоящая из продольных балок 1 и поперечин 2, изготовленных из листов загнутой формы. Для жесткости рама имеет конструктивные усилители.
Рассмотрим общее устройство и работу составных частей устройства охлаждения.
Для принудительного воздушного охлаждения теплообменника предназначен вентилятор. Основные технические характеристики вентилятора (установки охлаждения) приведены в табл. 2.
Основными узлами вентилятора, показанного на рис. 3, являются:

1. рабочее колесо 5;
2. входной диффузор 6;
3. электродвигатель 3;
4. корпус 4.

Рабочее колесо радиального типа предназначено для формирования потока воздуха с требуемыми параметрами производительности. Рабочее колесо состоит из ступицы, рабочих дисков (основным и передним), лопастей. Входной диффузор предназначен для формирования и направления воздушного потока.

Трехфазный асинхронный электродвигатель крепится к подмоторной площадке 8 (см. рис. 3).
Принцип работы вентилятора основан на способности вращающихся лопастей создавать разрежение и засасывать порции воздуха в рабочую камеру корпуса вентилятора. Попавшие внутрь рабочей камеры воздушные массы через диффузор попадают в рабочее колесо вентилятора, подхватываются лопастями и отбрасываются через отверстия в крышке корпуса вентилятора вверх в атмосферу.
Корпус вентилятора представляет собой сварную клепаную конструкцию. В корпусе установлен электродвигатель с рабочим колесом и входным диффузором для всасывания воздуха. Охлаждающий воздух проходит через теплообменник и выбрасывается вверх в атмосферу через отверстия крышки корпуса вентилятора.
Корпус вентилятора выполняет несколько функций:

1. обеспечивает защиту аппаратуры и человека от поражения электрическим током и от травм, возникающих от быстровращающихся лопастей рабочего колеса вентилятора во время эксплуатации устройства охлаждения;
2. снижает общий уровень шума устройства охлаждения от работы вентилятора.

В корпусе вентилятора имеются дренажные отверстия для стока воды из устройства охлаждения на крышу электропоезда. На корпусе вентилятора закреплен расширительный бачок.
Циркуляционный насос НЦ32-Г-2-115/1,2 (рис. 4) с экранированным трехфазным асинхронным двигателем предназначен для перекачивания охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Технические характеристики циркуляционного насоса приведены в табл. 3.
Насос и электродвигатель жестко связаны друг с другом и образуют единый блочный агрегат. Рабочее колесо насоса и ротор двигателя установлены на одном общем валу.

Камера ротора отделена от камеры статора тонкостенным экраном. Тонкостенный экран из устойчивого к коррозии материала опирается на статор для восприятия усилий, возникающих из-за внутреннего давления в камере насоса.
Вал вращается на подшипниках скольжения, смазываемых рабочей жидкостью. Она поступает через отверстия в камеру ротора при вводе в эксплуатацию насоса и удаляет из неё воздух через центральное сквозное отверстие в вале. Из-за разности давления между отверстиями на входе в камеру ротора и на выходе центрального отверстия на валу со стороны рабочего колеса получается непрерывный циркулирующий поток антифриза. При прохождении антифриза через кольцевой зазор между ротором и тонкостенным экраном происходит отвод тепла, образующегося в результате работы электродвигателя.
Теплообменник (рис. 5) изготовлен из алюминиевого сплава и состоит из кожуха и теплообменной секции. Кожух предназначен для защиты теплообменной секции от механических повреждений, присоединения подводящих жидкость патрубков и крепления теплообменника к другим конструкциям. Основные технические характеристики теплообменника приведены в табл. 4.
Теплообменная секция предназначена для обеспечения высокоэффективного процесса передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному. Она состоит из пакета тонких каналов, поперечно расположенных, оребренных, штампованных пластин для горячего и холодного теплоносителей, между которыми расположены плоские разделительные пластины.

Горячий теплоноситель, двигаясь по теплообменным каналам, отдает более холодной разделительной пластине часть своего теплового потока и выходит из теплообменной секции существенно более холодным. Холодный

теплоноситель

, в свою очередь, нагревается от более горячей разделительной пластины и выходит из теплообменной секции существенно более горячим.
Для защиты от загрязнений при прохождении потока воздуха через пластины теплообменника предусмотрена защитная сетка. Наружные поверхности теплообменника и сетку необходимо регулярно очищать от грязи и пыли продувкой сжатым воздухом и промывкой водой.
Для слива жидкости из теплообменника в нижней точке кожуха имеется резьбовое отверстие с вкрученным в него быстроразъемным соединителем (ниппелем). Через данный ниппель можно заполнять теплообменник антифризом.

Для исключения завоздушивания контура охлаждения теплообменник связан патрубком с расширительным бачком. Расширительный бачок (рис. 6) предназначен для:

• компенсации изменения объема антифриза при изменении его температуры;
• удаления воздуха из контура циркуляции антифриза.

Основные технические характеристики расширительного бачка и входящих компонентов приведены в табл. 5.
В состав расширительного бачка входят:

1. пробка М42х2 с уплотнительным кольцом. Пробка закрывает отверстие, которое задействовано в операции по удалению воздуха из системы. Также данное отверстие может служить для ручной заправки контура охлаждения антифризом;
2. паровоздушный клапан двойного действия, предназначенный для регулировки рабочего избыточного давления в контуре охлаждения работающей системы и защиты контура от воздействия атмосферного давления при остановке работы насоса и охлаждении системы;
3. указатель уровня рабочей жидкости для рекомендованного объема в контуре охлаждения;
4. поплавковый выключатель, который контролирует уровень антифриза в контуре охлаждения по положению поплавка на поверхности антифриза относительно стержня считывающего устройства. При этом осуществляется постоянная передача информации от выключателя в информационную систему электропоезда. При критических значениях уровня антифриза в контуре (ниже допустимого минимума) система электропоезда дает сигнал для прекращения работы насоса до устранения причины и пополнения уровня антифриза в расширительном бачке.

Антифриз, циркулирующий по трубопроводам контура охлаждения, проводит высокоэффективный отвод теплоты, образовавшейся от работы теплонапряженных электрокомпонентов.
Насос устройства охлаждения всасывает нагретую охлаждающую жидкость (антифриз) из контура охлаждения электропоезда и прокачивает через теплообменник. При движении создаваемого вентилятором воздушного потока, проходящего через пластины теплообменника, происходит передача теплоты от более нагретого антифриза менее нагретому атмосферному воздуху. Нагретый воздух выпускается вверх в атмосферу через пазы в крышке корпуса вентилятора.