电力机车采用螺杆空压机对车内温度影响的研究.pdf
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1、第2 期 ( 总第 1 2 6 期 ) N o 2 ( S U M N o 1 2 6 ) 机 械 管 理 开 发 MECHANI CAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT 2 0 1 2 年 4月 Apr 201 2 电力机车采用螺杆空压机对车内温度影响的研究 李 兵 , 周 浩 ( 中 国北车集团 大 同电力机车有限责任公司 , 山西大 同0 3 7 0 3 8 ) 摘要: 通过对独立通风方式电力机车采用螺杆空压机散热量进行模型建立、 车 内热平衡计算、 数据计算结果分 析, 指出了独立通风方式电力机车采用螺杆空压机对车内温度影响, 为要保持车内合适温度, 须对车内进行
2、一定数 量的通风, 以维持车内热平衡 , 并对螺杆空压机的安装提出了进一步要求。 关键词 :电力机 车; 螺杆 空压机 ; 温度 ; 影响 中图分类号 : U 2 6 4 文献标识码 : A 文章编 号 : 1 0 0 3 7 7 3 x( 2 O 1 2 ) 0 2 0 0 2 7 0 2 0引 言 我 国电力机车大多采用独立通风方式 , 即电力机 车用于冷却变压器、 牵引电机等的通风不再经过车体 内部 , 而是各部分均为独立从车外引风 , 通过风道 , 最 后排 出车外 ; 同时 , 通过向车 内补风 的方式 , 在车 内形 成正压 , 以避免 由于空压机等用风产生 的负压将灰尘 吸入车
3、, 以及 消除乘务人 员 由于负压 产生不适 感 ” 。独立通风有利于 降低车 内负压 , 机械间保持 相对 清洁 、 干净 , 有效降低车内积尘 , 使车内各种电器设备 尽可能免受污染, 以保证其可靠性的前提下提高使用 寿命 。但是这种方式产生的问题之一 , 就是空压机散 于车内的热量不易散出。目前 , 活塞式空压机的压缩 空气 出 口温度约为 1 8 0 o C 左右 , 热量通过压缩空气带 入总风缸 , 散于车外 。而当机车采用螺杆式空气压缩 机时, 空压机输出空气的温度仅比环境温度高l 5 左 右 , 空压机除了生产压缩空气等有用功外, 其余的大 量热能却逸散在车内, 因此, 本文试图
4、通过空压机工作时 建立车内热平衡的模型, 进行理论分析, 以解决这个问题。 1 模型的建立 图 1 车 内热量平衡图 假设机车从车外吸入空气质量为 , 压力为 , 体积为 , 温度 为 T o ; 空压机 的压缩空气进入 总风缸 的空气质量 为 , 压力 为 , 体积为 , 温度为 , 热 量为 ; p散 为空压机散于车内的热量 , 为通过车体 向车外散出的热量 , 为泄漏于车外空气 带走的热 量。这样 , 就有图 1 所示的车内热平衡图。 1 ) 空气流量平衡 : M0 =M1 + 式 中: 为进入车体空气质量 ; 为被压缩的空气 ; 为因车内泄漏出的空气质量。 2 )空压机的能量平衡 :
5、= 压+Q +Q散 即 : 空压机耗去的电能= 压缩 空气耗能+ 被压缩空气 因温 度升高带 出车外的热能+ 散于车内的热能。 3 ) 车体内的热能平衡 : Q散=Q3 +Q2 +Q4 即 : 空 压机散于车 内的热能 Q散= 通过车体 向外传热 Q。 + 由 泄漏 的空气 带走的热能 Q + 使车内温度升高的热 能 Q4 注 : Q1 、Q2 、Q3 、Q4 、Q散是相对于 Q。 ( 即常温 下单位空气所带 的热能 ) 。 基本条件及假设说明 : 1 ) 温度假设 : 为计算方便 , 常温选为 2 7 o C 。2 ) 大气压力 : P o =9 8 0 6 6 5 1 0 4 P a 1
6、O P a 大气 由N : 的质量分数为 7 8 、 0 的质量分数为 2 2 组成 , 为双原 子理想气体 。3 )空压机 的压缩过 程 : 由于大量热能被润滑 由吸收 , 可视为“ 等温压缩过 程 ” 。4 ) 车 内容 积按 车体 占有 的 1 2 ( 经 过估算 ) 计 标 。5 ) 根据有关 资料 , 2台空压机 的使用频率按 5 0 计算 , 等效于 1 台空压机连续工作。 2 相应的计算 1 )空压机 的压缩过程 : 将常温 、 常压下 的空气 以 2 4 m3 mi n的速度压缩成 P1 =9 X 1 0 P a ; 温度 7 1 = T+ 1 5 的空气 , 按照 B o y
7、 l e Ma r i o t t e 定律 : = 0 1 : 下 eo Vo: :0 3 5 m3 丽 x 百 T1 =3 0 0+ 1 5 =3 1 5K = 2 7 3+2 7=3 0 0 K J F ) 9 1 0 P a 总 风缸容积 一般 为 1 2 m。, 充 满 的时间为 : 1 2 IT I 。 0 3 5 m。 rai n = 3 m i n 2 5 s ( 与现场实 验相符 ) 。 2 )由于空气 压缩过程 中的容积 、 压力 、 温度均有 变化 , 压缩是一个多方过程 , P ”= C的确定需要相关 的实验 ; 可 以考虑为“ 等温过程” 来计算压缩功 , 因为温 度
8、从 T o = 3 0 0 K到 = 3 1 5 K变化较小。空压机按等温 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 1 0 1 7 作者简介: 李兵( 1 9 7 2 一 ) , 男, 山西大同人, 工程师, 本科, 从事产品工艺设计工作。 2 7 第 2 期( 总第 1 2 6 期 ) 机 械 管 理 开 发 2 0 1 2 年4月 压 缩 时 ,压 缩 功 按 下 式 : A = R T 1n 鲁 式 中 : R=8 3 l J ( k g K) ; T=3 1 5 K;P =1 0 P a; P o =1 0 。 P a; M为按每分钟压缩量计算: 为2 4 in 的空 气 , 空气密度为
9、1 3 k g m ; 则 : M=2 4 x 1 3 k g ; Mm 。 I 为 空气 的摩尔质量 ; Mn 1。 l =2 9 1 0 一k g A: : 垒 : 8 3 1 3 1 5Ln : 2 9X1 0一 。 1 0 一 7 4 8 1 0 J =-5 6 71 0 J 每小时工作的压缩功 : 6 0 5 6 7 1 0 J =3 4 1 0 J 按 1 k W h=3 6 1 0 J 每小时的压缩功率 : 3 4 1 0 ( 3 6 1 0 )=9 k W h 3 )由于被压缩后温度升高 , 空气从系统中带走热 能 Q , 则 : Q =M ( 一丁 1 ) 式 中: M 为按
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