风源系统的研究

机车风源系统供风能力的研究

作者：株洲电力机车厂刘豫湘吴智卢东涛方长征

摘要：先容了影响机车风源系统供风能力的空气压缩机型式、空气压缩机排气压力、总风缸压力范围的选取原则以及空气压缩机的排气量与总风缸容积的计算与选择方法。通过试验结果，提出了机车空气压缩机排气量及总风缸容积对列车充气缓解的影响，证实现有SS3B型机车风源系统供风能力满足4000-5000t列车的充气要求。关键词：机车；供风能力；空气压缩机；总风缸

机车风源系统是机车空气管路系统的基础，也是全列车空气管路系统的基础。影响机车风源系统供风能力的主要因素有：空气压缩机型式，空气压缩机的排气压力与排气量，总风缸容积与压力范围等。这些参数的选择主要取决于机车使用范围和牵引能力，还应考虑空气于燥器再生耗气率、总体布置的可行性以及机车设计任务书或机车招标书(用户需求)等。怎样公道地选择这些参数，并使它们达到公道的匹配，本文将逐一先容。

1 空气压缩机型式的选择

从目前国外机车普遍采用活塞式或螺杆式空气压缩机的现实来看，这两种型式的空气压缩机都能适应机车风源系统的要求。但由于我国活塞式空气压缩机制造工艺及材料的影响，机车用活塞式空气压缩机普遍质量不高。如存在漏油，漏风，连杆与曲轴断裂，进排气阀碎等惯性质量题目；同时还存在噪声大，振动大，油耗大，易损易耗件多，检验周期短，整机使用寿命短及故障率高，可靠性低等。这已严重影响了机车风源系统的正常工作。螺杆式空气压缩机已在很多领域逐步替换了活塞式空气压缩机。目前国产螺杆式空气压缩机的主要零部件(如机头)采用进口高品质产品，整机故障率极低，已达到国外水平。尽管螺杆式空气压缩机的价格较高，但由于检验周期长，故障少，油耗低，寿命长，易损易耗件少，其综合运用本钱还是较活塞式空气压缩机低。

由于机车用国产活塞式空气压缩机压缩空气中含油较多(这也是造成油耗高的直接原因)，温度较高且不明确(与工作率及工作时间有关)，势必造成空气干燥器的工作负担，影响干燥与净化效果。机车一般采用增加油水分离装置减少压缩空气中油的含量，增加冷却管降低压缩空气的温度(冷却管至少20m以土)。而机车用螺杆式空气压缩机中包含有油气分离器与后冷却器，压缩空气中含油较低(簇5x10勺，温度仅高于环境温度1015cC，这样就不必再设置油水分离装置和后冷却器，经空气干燥器处理后的压缩空气干燥净化指标比较稳定可靠。

再有，国产机车用活塞式空气压缩机工作率一般最高取10%-20%，而机车用螺杆式空气压缩机为保证其油气分离的效果及防止润滑油的乳化，要求其工作率不小于30%，且越大越好。也可以说满足同样的供风能力，螺杆式空气压缩机排气量的选择可以比活塞式空气压缩机排气量小。

通过以上对比，目前国内机车应优先采用螺杆式空气压缩机，以进步机车风源系统的可靠性，保证机车或列车的安全运用。

2 总风缸压力范围与压缩机排气压力的选择

机车空气压缩机的排气压力一般与机车总风缸最高压力相等，而总风缸的压力范围取决于列车管的压力(即列车管定压)。根据前苏联资料先容，总风缸与列车管压力差对于列车空气制动机缓解时间及常用全制动后再充气时间有影响，其关系如图1所示。图中曲线为列车全长为100辆装有苏式马氏制动机的四轴货车的试验结果。

1，2及3一总风缸压力与缓解时间曲线；4，5及6一总风缸压

力与充气时间曲线；1，4一列车管压力，500kPa；2，5一列车管压力，

550kPa；3，6一列车管压力，600kPa；t-缓解或常用全制动后再充

气时间，s；AP一总风缸与列车管压力差，kPao

图1 总风缸压力与缓解充气时间关系曲线

从图1中的曲线可知：

(1)当在同样的压力差△尸时，列车管压力较高时，其缓解及再充气时间均增加；

(2)当列车管压力一定时，压力差△尸越大，其缓解及再充气时间就越缩短。但当△P>200kPa后，缓解时间加速并不明显(图中曲线1，2，3，当△P>200kPa时曲线陡直)。

实际上，列车管压力进步至超过600kPaI对制动效果并分歧适，所以当列车管压力为600kPa时，对加速缓解，总风缸压力取800kPa即△P=200kPa)是相当满足了；但对加速充气，总风缸压力取900kPa更为理想。由于总风缸压力不可能是恒定为某一数值，必然在一定范围内波动，其波动范围由图1可知，宜选择最小压差在150kPa以上，故而在列车管压力为600kPa条件下，总风缸压力取值为750900kPa是较为合适的。而对于列车管压力为500kPa条件下，总风缸压力范围为750900kPa就更能满足缓解与充气要求。根据总风缸压力范围为750900kPa，并考虑到电力机车强泵扳键操纵时的总风缸压力最高可到970kPa，故可选择如下：

(1)活塞式空气压缩机的额定排气压力选择定为900kPa。利用其超负荷运用特点，可使排气压力进步到额定值的1.1倍，即最大990kPa。这样即满足了强泵要求，也满足了正常情况下的总风缸压力范围。

(2)螺杆空气压缩机由于有超负荷运用的限制(利用安全阀限压)，其额定排气压力应选择为1000kPa。

3 空气压缩机排气量的计算与选择

机车空气压缩机的排气量取决于制动时空气实际消耗量及管路系统的空气泄漏量，机车控制与辅助装置及其他用风量，列车充气缓解时间，还与总风缸的容积大小有关。客运机车空气压缩机的排气量选择较为方便。本节重点对牵引货运列车的货运机车空气压缩机的排气量进行计算与选择。

3.1 列车制动系统容积计算

(1)列车主管容积Vi

V1=(L1j+nL1i)x1.004(1)

式中：L1j--机车列车主管长度，单机取30m，双节重联取60m；

L1i--车辆列车主管长度，取15m；

1.004--公称通径为Dg32管径的单位长度容积，L/m；

n--车辆数目。

(2)列车支管容积V2

V2=(L2；+nL2，)x0.573(2)

式中：L2；，L2，一分别为机车(单机取1.5m，双节重联取3m)、车辆(取1.5m)的列车支管长度；

0.573一公称通径为Dg25管径的单位长度容积，L/m。

(3)车辆副风缸容积Vg

V3=nVf(3)

式中：Vf为车辆副风缸容积，取60L。

(4)机车与车辆分配阀容积V4

V4=V4j+nV4i

式中：V4j，V4i为机车、车辆分配阀容积(包括工作风缸等)，V4j单机取11L，双节重联取22L，V4i取11L。

(5)机车总风缸及联管容积VS

总风缸容积单机取1224L，双节重联取2448L，其联管按单机30m，双节重联60m长度，公称通径Dg32，管路计算为30L或60L。

(6)全部制动系统容积V

V=V1+V2+V3+V4+VS(5)

不同质量列车的制动系统容积计算结果见表1。表1 不同质量列车的制动系统容积

3.2 列车压缩空气消耗量

(1)管路系统的空气漏泄量Q1

Q1=(V3+V5)A1/P0+(V1+V2+V4)A2/P0(6)

式中：A1--机车总风系统及车辆副风缸漏泄量，取10kPa/min；

A2--列车管系漏泄量，取20kPa/min；