動車漲接型散熱設施疏漏成因剖析
作者: 來源: 日期:2017/5/19 人氣:5964
工作原理:冷卻柴油機所形成的高溫水經由散熱器的通水管并通過與通水管緊密連接的散熱片將高溫水所蘊含的部分熱量在風力的作用下散發到大氣中去,使水溫降至柴油機正常工作所需的溫度,冷卻后的水再進入柴油機的冷卻水腔。這一周而復始的過程就能達到幫助柴油機散熱的效果從而保證柴油機的正常工作。雙流道機械脹接式散熱器采用國際一流水平的機械脹接式換熱元件制造技術,以機械脹接方式取代傳統的釬焊,增強了散熱管與管板的聯結強度及可靠性,這種機械聯接方式可以極好的承受柴油機工作時產生的熱應力、疲勞應力以及消除機械振動對散熱器主片與管根連接處的負面影響,從而大大提高了產品質量和使用壽命。雙流道機械脹接式散熱器主要由以下幾部分組成:水室(聯接箱)、芯體(包括翅片、通水管、支撐管、主片)、側護板、密封墊、以及若干螺釘、墊圈等。
雙流道機械脹接式散熱器在東風Ⅱ型內燃機車等車型上使用情況良好,但在“新曙光”號動車組1年多的運行期間里,卻頻繁發生散熱器的滲漏事故,從而引起了我們的高度重視。為此我們進行了多次的質量分析,對發生滲漏的產品從材料到工藝,從生產到檢驗都做了深入細致的剖析,通過與主機廠技術人員共同的探討,最終找到了問題的結癥。
1、存在的問題據統計,“新曙光”號動車組在一年多的運營期間前后發現10組散熱器不同程度地出現過滲漏,其中段修發現6組,廠修發現4組,滲漏率達12.5%,滲漏率之高是從未有過的。
2、滲漏原因分析散熱器在使用過程中,要承受機車振動,冷卻介質壓力波動所帶來的機械應力和由于冷卻介質溫度變化帶來的應力,通常散熱器損壞的主要形式為管子疲勞裂紋,動車組上10組滲漏的散熱器均未發現因機械應力和熱應力造成的管子疲勞裂紋,亦未發現因脹接不牢出現滲漏的現象。
通過對散熱器的解體檢查,10組散熱器出現滲漏的共同原因均是管端與主片連接處因為水和渣質的嚴重沖蝕而使管子的端口形成犬齒狀。由于機械脹管式散熱器采用管端與主片在縝密的面接合狀態下用機械方式脹接而成,如果管子的端頭受到過高的水壓和渣質的沖蝕就會縮小管端與主片的結合面,使密封逐漸失效從而降低承受高溫,高壓水和機械振動的能力漸漸出現滲漏。
損壞的管子位置全部集中在散熱器高溫水循環側的進水口處,且斷面呈現出明亮的金屬光澤,并且隨著管子所處的位置逐漸遠離進水口處,管頭損壞程度逐漸減小,直至消失。
從以上特征可以認定散熱器的漏泄原因是沖蝕磨損造成的。
為了滿足散熱器的冷卻性能要求,同時保證散熱器能夠安全、可靠地使用,散熱器冷卻水流速的設計值應在一個合理的范圍內選擇,正常情況下水的流速應在1~2m/s之間。如果選擇的水流速太小,散熱器管子內壁容易產生沉積物,影響散熱器的傳熱性能;如果水流速太大,則容易造成管子沖蝕磨損,影響散熱器的使用壽命。
盡管“新曙光”號動車散熱器的平均水速在合理的水速范圍內,但是散熱器聯接箱進口處的水速則遠遠超過允許的最大水速2.13m/s.由于散熱器聯接箱進水口距離管子端頭較近,高速水流在沒有足夠擴散空間的情況下,就直接流進聯接箱進水口附近的管子,致使部分管子因水速超過允許的最大水速而產生沖蝕磨損。
沖蝕磨損的損壞機理是高速粒子流或液流中所含有的粒子通過對物體表面不斷地進行沖蝕、微切削造成物體表面選擇性磨損。
由于“新曙光”號動車沿用的仍然是東風Ⅱ型機車的水泵,而且散熱器的數量又由東風Ⅱ型機車上的48組改為40組,這樣就必然改變了動車上散熱器的水速和水壓。
3、解決的措施由于發生沖蝕磨損的客觀條件是高速流和粒子,
因此解決問題的對策有:
(1)減少水系統內含的粒子(沙子、鐵屑等雜質);
(2)降低水的流速。
通過我們與戚墅堰機車車輛廠技術部門的共同協商認為,雙流道機械脹接式散熱器在“新曙光”號動車和東風Ⅱ型內燃機車使用條件的差異就是水的流速不同,因此降低“新曙光”號動車上散熱器高溫系統水的流速就可以解決沖蝕磨損問題。為了既解決散熱器沖蝕磨損問題,又不影響機車散熱器的冷卻能力,我們建議,將散熱器水的流速由現有的1.49m/s調整至1.24m/s是適宜的。
具體的解決辦法有:
(1)降低高溫水泵流量;
(2)在散熱器進口與出口之間,將部分水(約占總流量的20%)旁通掉;
(3)對原有雙流道散熱器聯接箱腔體結構進行改造,通過增大腔體空間來降低水的流速。
我們對雙流道散熱器聯接箱結構進行了改進設計,經過實際運用證明,改進后的聯接箱很好的解決了由于水速過快引起的沖蝕滲漏問題。
4、結語從傳熱性能和經濟性考慮,散熱器的水流速選擇在1m/s左右是最適宜的。由于最佳水速與發生沖蝕磨損的臨界水速有較大的間隔空間,因此實際發生散熱器沖蝕磨損的例子不多見。但是,一旦發生了沖蝕磨損,給散熱器帶來的損害是嚴重的,大部分因無法修復而報廢。