内燃机车热电保障技术的研究与应用

内燃机车热电保障技术的研究与应用

王晓晓1  杨臣2  赵齐3

                             大庆炼化公司储运部

                            黑龙江大庆  163400

摘要：内燃机车在油、水温度低于20℃时禁止启动柴油机，低于40℃时不得加载移动。机车在环境温度较低的情况下长时间停机，其柴油机系统内的冷却水和机油温度会逐渐降低，需要间隔一段时间启动柴油机以提高机车冷却水和机油的温度（即机车打温）。因此，当气温低于20℃时，机务部门必须考虑机车打温问题，消除柴油机冷机启机隐患，保证柴油机应用安全。机车打温不但造成资源浪费及环境污染，而且增加了机车运用费用及劳动强度。基于热电保障装置在铁运处焦化运输部先期2台机车的运用经验，结合机务段内燃机车运用与检修的实际情况，对热电保障技术进行了深入研究，完成了对机务段检修车间、大东整备场及13台机车的技术升级改造，主要内容包括专用“油水整备房”、“防护箱”的建造，加热设备的改造，以及相应管线、阀门、油水泵的升级等。该技术在国内外内燃机车打温方面具有较大的推广及借鉴价值。

关键词：内燃机车；热电保障技术；应用；

前言：通过在内燃机车上安装热电保障装置，利用小型柴油发电机组和循环水泵以热电联供方式加热机车冷却水与柴油温度，全天候保障机车柴油机顺利启动，实现冬季使用0#柴油，且提供DC110V和AC220V电源供司机室的电取暖器、电炉、车载计算机、仪器仪表等设备正常工作，达到降低机车油耗目的

一、技术方案

系统组成。热电保障系统由柴油机发电机组、电控箱、燃油恒温热交换器和循环水泵等设备组成，在司机室安装手动和自动控制开关，通过可编程序逻辑控制器(PLC)控制电控箱，实现内燃机车冷却水循环加热、辅助用电及燃油加热三大功能。

(1)柴油发电机组:柴油机与发电机组成立式柴油发电机组，并在其上设计和安装废气热交换器、机油热交换器、恒温控制等部件，实现热效率大于88%。其中，柴油机选用SL3105ABD型3缸四冲程，直列式、水冷、直喷式，功率30．7kW及转速1800r/min;发电机选用STC－24型三相交流同步，功率因数0．8，Y型方式接线。

(2)电控箱:以可编程序逻辑控制器(PLC)为控制中心的电控箱，其内部安装三相变压器、三相整流模块、熔断器、散热风机等部件。柴油发电机组发出380V交流电，在电控箱内变换为AC220V和DC110V电源，驱动机车燃油泵、辅助机油泵及司机室电取暖器、电炉、仪器仪表等设备运行工作。

(3)恒温热交换器:机车停机时，通过安装在燃油恒温热交换器上的水泵驱动循环热水，对冷却水和燃油进行加热。在燃油恒温热交换器上设置恒温控制装置，保证了热交换后燃油和水温的恒定性。

二、内燃机车热电保障技术的研究与应用

为了对内燃机车的冷却水、机油和燃油进行加热地面加热设备的加热循环是利用机车上原预热系统的工作流程进行的。加热设备工作时，机车冷却水系统由循环水泵带动，从机车高、低温冷却水系统的逆止阀前吸入冷却水，打入热电保障设备系统加热后再分为2路，1路进入柴油机内部高温水系统，1路进入中冷器、机油热交换器等低温水系统。经换热的冷却水，按高、低温水系统的正常工作流程循环至逆止阀前再进入热电保障设备系统，连续不断地往复循环，达到机车冷却水温度升高或恒定的目的。地面加热设备在相关管路及电气线路连接后，通过控制柜内的微电脑控制器实现机车冷却水、机油加温及保温的自动循环控制。为使机油系统加温，以保证柴油机启机温度要求,热电保障设备工作时，当机油温度达到加热设备微电脑控制器设定的下限时,自动启动机车上的辅助机油泵，将机油循环起来，经机油热交换器实现机油系统加热。机车在正常运行时，循环水通路中的二、四号截止阀关闭，通高温水的一、三号截止阀打开。机车需预热或保温时，操作驾驶室电控箱控制开关打开二、四号2个截止阀。此时，柴油机起动使装置进入运行状态，发电机输出AC380V电压，供电加热器加热循环水。

根据需要，AC380V又可转换为AC220V和DC110V，不仅供司机室各项设备正常工作，而且电控箱控制DC110V开启机车燃油泵、辅助机油泵。这时在循环水泵的作用下，迫使高、低温水系统的冷却水经装置的电加热器加热和机组上热能交换后，再分别进入高、低温冷却水系统加热燃油、机油及各系统的部件，最后进入装置加热和热能交换。如此循环往复，使冷却水、燃油、机油温度不断提高。以及机车相应管线、阀门上油上水泵的升级等。鉴于机务段机车运用数量及运维方式与焦化运输部有较大不同，库外运用及库内待机备用时间长，原方案在每台机车上安装加热装置，安装成本较大机车有限空间占用量大，且装置部件在机车上恶劣温度及震动环境中长期运用极有可能导致疲劳、松脱、管路冻害等故障发生。为解决此问题，将加热体、循环水泵及控制柜等车上加热装置从车上预热间移下，通安装在地面一辆可移动的推车内，报警装置由原设计位置机车裙板处移至控制柜上，形成一套地面加热设备机车上仅保留 2 个简单的连接口用于设备连接，其余阀门改造与原装置相同，实现了用 1 台地面移动加热设备来完成对多台机车的轮流循环预热、自动保温，使得加热设备的安装及操作由车上分散式变为地面集中式，大大节约了安装改造成本及机车空间。鉴于机务段检修车间是机车定修、备用机车存放及换油、换水地点，受条件限制冬季机车均采用直接加冷水、冷油，且机油温度低、粘稠，更换时间较长，不利于柴油机零部件保养，增加了检修人员劳动强度；机车换油换水完毕后，还必须再牵引至检修库保温，出库运用不及时，库内保温效果也不理想。为此，在检修车间建造专用“油水整备房”，除安装一套地面加热设备用于机车打温外，还配备一套预热油箱、水箱及相应的输送系统，油箱内设置水管通路，利用地面加热设备加热冷却水后，由油箱内水管路循环加热机油，实现对预上车的机油及冷却水的循环预热。

鉴于机务段原有的上油、上水设备系统为检修车间自制的油泵、水泵系统，功率小、效率低、劳动强度大，管路密封及布设易漏油漏水，对环境与卫生产生不利影响。升级改造后的上油、上水设备系统，输送泵及电机采用室内安装、防暴设计，功率大、效率高，管路设计标准、规范，系统操作安全、简便。鉴于机务段大东整备场为机车交接班整备及临碎修所在地，为保证机车运用动力，常保留 1~2台待机机车以备急用，冬季每天均须启机打温，以保证柴油机油水温度不低于 20℃，而且打温期间乘务员不得离开机车，造成了人力、物力的浪费。为此，安装 1 套加热设备及整流设备，并建造专用“防护箱”进行加热设备的安全防护，实现了机车自动油水保温，打温无人值守为保证柴油机启机时机油润滑要求，热电保障设备为机车辅助机油泵电机提供电力，节约机车蓄电池电量。在机车辅助机油泵的外电源启动线路增设了抑制器，以保护机车电器电路及人身安全。

三、技术效益

机车柴油机需启动时，系统能够安全可靠工作，保证油水温度迅速达到20℃以上，顺利启机(2)系统持续工作时，机车柴油机油、水温度不低于40℃，保证机车随时投入运用。实现冬季使用0#柴油，且提供AC220V和DC110V电源供司机室电取暖器、电炉、仪器仪表、车载计算机等设备用电和正常工作。采用热电保障装置后，机车保温由每小时耗油25kg降到6kg提高了机车柴油机蓄电池的使用寿命。

结束语：机车本次升级改造以满足东风机车的油水温度要求、节约成本、完善性能及提升效率为目的，使原装置升级成为一套全新的、系统性的“内燃机车热电保障设备”，具有了油水车下预热、机车自动保温、蓄电池充电以及油水低温报警等功能。

参考文献：

1刘达德．东风4B型内燃机车结构、原理、检修[M]．北京：中国铁道出版社，2019．