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动车涨接型散热设施疏漏成因剖析


工作原理:冷却柴油机所形成的高温水经由散热器的通水管并通过与通水管紧密连接的散热片将高温水所蕴含的部分热量在风力的作用下散发到大气中去,使水温降至柴油机正常工作所需的温度,冷却后的水再进入柴油机的冷却水腔。这一周而复始的过程就能达到帮助柴油机散热的效果从而保证柴油机的正常工作。双流道机械胀接式散热器采用国际一流水平的机械胀接式换热元件制造技术,以机械胀接方式取代传统的钎焊,增强了散热管与管板的联结强度及可靠性,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,从而大大提高了产品质量和使用寿命。双流道机械胀接式散热器主要由以下几部分组成:水室(联接箱)、芯体(包括翅片、通水管、支撑管、主片)、侧护板、密封垫、以及若干螺钉、垫圈等。

  双流道机械胀接式散热器在东风Ⅱ型内燃机车等车型上使用情况良好,但在“新曙光”号动车组1年多的运行期间里,却频繁发生散热器的渗漏事故,从而引起了我们的高度重视。为此我们进行了多次的质量分析,对发生渗漏的产品从材料到工艺,从生产到检验都做了深入细致的剖析,通过与主机厂技术人员共同的探讨,最终找到了问题的结症。

  1存在的问题据统计,“新曙光”号动车组在一年多的运营期间前后发现10组散热器不同程度地出现过渗漏,其中段修发现6组,厂修发现4组,渗漏率达12.5%,渗漏率之高是从未有过的。

  2渗漏原因分析散热器在使用过程中,要承受机车振动,冷却介质压力波动所带来的机械应力和由于冷却介质温度变化带来的应力,通常散热器损坏的主要形式为管子疲劳裂纹,动车组上10组渗漏的散热器均未发现因机械应力和热应力造成的管子疲劳裂纹,亦未发现因胀接不牢出现渗漏的现象。

  通过对散热器的解体检查,10组散热器出现渗漏的共同原因均是管端与主片连接处因为水和渣质的严重冲蚀而使管子的端口形成犬齿状。由于机械胀管式散热器采用管端与主片在缜密的面接合状态下用机械方式胀接而成,如果管子的端头受到过高的水压和渣质的冲蚀就会缩小管端与主片的结合面,使密封逐渐失效从而降低承受高温,高压水和机械振动的能力渐渐出现渗漏。

  损坏的管子位置全部集中在散热器高温水循环侧的进水口处,且断面呈现出明亮的金属光泽,并且随着管子所处的位置逐渐远离进水口处,管头损坏程度逐渐减小,直至消失。

  从以上特征可以认定散热器的漏泄原因是冲蚀磨损造成的。

  为了满足散热器的冷却性能要求,同时保证散热器能够安全、可靠地使用,散热器冷却水流速的设计值应在一个合理的范围内选择,正常情况下水的流速应在1~2m/s之间。如果选择的水流速太小,散热器管子内壁容易产生沉积物,影响散热器的传热性能;如果水流速太大,则容易造成管子冲蚀磨损,影响散热器的使用寿命。

  尽管“新曙光”号动车散热器的平均水速在合理的水速范围内,但是散热器联接箱进口处的水速则远远超过允许的最大水速2.13m/s.由于散热器联接箱进水口距离管子端头较近,高速水流在没有足够扩散空间的情况下,就直接流进联接箱进水口附近的管子,致使部分管子因水速超过允许的最大水速而产生冲蚀磨损。

  冲蚀磨损的损坏机理是高速粒子流或液流中所含有的粒子通过对物体表面不断地进行冲蚀、微切削造成物体表面选择性磨损。

  由于“新曙光”号动车沿用的仍然是东风Ⅱ型机车的水泵,而且散热器的数量又由东风Ⅱ型机车上的48组改为40组,这样就必然改变了动车上散热器的水速和水压。

  3解决的措施由于发生冲蚀磨损的客观条件是高速流和粒子,因此解决问题的对策有:(1)减少水系统内含的粒子(沙子、铁屑等杂质);(2)降低水的流速。

  通过我们与戚墅堰机车车辆厂技术部门的共同协商认为,双流道机械胀接式散热器在“新曙光”号动车和东风Ⅱ型内燃机车使用条件的差异就是水的流速不同,因此降低“新曙光”号动车上散热器高温系统水的流速就可以解决冲蚀磨损问题。为了既解决散热器冲蚀磨损问题,又不影响机车散热器的冷却能力,我们建议,将散热器水的流速由现有的1.49m/s调整至1.24m/s是适宜的。具体的解决办法有:(1)降低高温水泵流量;(2)在散热器进口与出口之间,将部分水(约占总流量的20%)旁通掉;(3)对原有双流道散热器联接箱腔体结构进行改造,通过增大腔体空间来降低水的流速。

  我们对双流道散热器联接箱结构进行了改进设计,经过实际运用证明,改进后的联接箱很好的解决了由于水速过快引起的冲蚀渗漏问题。

  4结语从传热性能和经济性考虑,散热器的水流速选择在1m/s左右是最适宜的。由于最佳水速与发生冲蚀磨损的临界水速有较大的间隔空间,因此实际发生散热器冲蚀磨损的例子不多见。但是,一旦发生了冲蚀磨损,给散热器带来的损害是严重的,大部分因无法修复而报废。



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