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1、 摘 要 從1860年起，萊諾依爾發(fā)明了大氣內(nèi)燃機到如今，內(nèi)燃機經(jīng)歷了140多年的發(fā)展。內(nèi)燃機自發(fā)明以來，一直把提高動力性，改善經(jīng)濟性以及提高可靠性 和耐久性作為主要研究目標。但是隨著內(nèi)燃機的保有量及生產(chǎn)量的成倍增加，對環(huán)境的污染越來越嚴重，而且由于石油危機導(dǎo)致原油價格成倍增長，這些嚴重的問題給內(nèi)燃機的研究提出了新的要求，使內(nèi)燃機的研究目標發(fā)生了根本變化。出了提高動力性，改善經(jīng)濟性以及提高可靠性和耐久性外，影響內(nèi)燃機設(shè)計和運行的主要因素是凈化廢氣、降低噪音降低燃油消耗率和采用多種燃料。 本文以東風(fēng)4型內(nèi)燃機為例，設(shè)計確定散熱器的結(jié)構(gòu)

2、，傳熱過程的傳熱系數(shù)、面積、散熱單節(jié)數(shù)、冷卻風(fēng)扇的功率，同時對扁管和圓管進行了計算與比較。 關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機 扁管 圓管 Abstract Since 1860, leno who invented atmospheric engine up to now, experienced 140years of development of internal combustion engine. Internal combustion engine since its invention, has been to increase p

3、ower, improve the economy and improving the reliability and durability as the main research object. But with the internal combustion engine retains the quantity and production quantity increases exponentially, the environment pollution is more and more serious, and because of the oil crisis caused t

4、he oil price twice grows, these serious problems to the research of internal combustion engine has made new demands, the research of internal combustion engine target produced fundamental change. The increased power, improve the economy and improving the reliability and durability of external, inter

5、nal combustion engine design and operation effect is the main factor for purifying exhaust gas, noise reduction to reduce the fuel consumption rate and using various kinds of fuel. Taking Dongfeng 4 diesel as an example, the design to determine the structure of the radiator, the heat transfer coeff

6、icient, heat transfer area, cooling section number, cooling fan power, at the same time on the flat tube and pipe were calculated and compared. Key Words: Internal combustion Flat Tube pipe 目 錄 摘 要 ……………………………………………………. Abstract ………………………………………………… 一 緒論…………………………

7、…………………………. 1.1 課題背景和意義 …………………………………… 1.2國內(nèi)外研究發(fā)展狀況…………………………………… 1.3 內(nèi)燃機冷卻系的作用介紹及分類 ……………… 1.4本課程研究的主要內(nèi)容和任務(wù)……………………. 二 內(nèi)燃機冷卻裝置計算……………………………….. 2.1概述…………………………………………………. 2.2熱交換器的選取……………………………. 2.3 冷卻水系統(tǒng)…………………………………………. 2.4風(fēng)扇及風(fēng)機的選取與計算…………………………… 2.5本章小結(jié)……………………………………………. 三 結(jié)論與展望……………………

8、……………………… 3.1 結(jié)論………………………………………………….. 3.2 展望 ………………………………………………… 參考文獻…………………………………………………. 致 謝 …………………………………………………….. 附 圖 一 緒論 1.1課題背景和意義 東風(fēng)4型內(nèi)燃機車是一種3600馬力，交-變直流電力傳動，干線客、貨兩用的內(nèi)燃機車，它是在1965年開始由我國大連機車廠設(shè)計制造的。到目前為止，東風(fēng)4型內(nèi)燃機車仍是我國國產(chǎn)功率再打的但動力機組的內(nèi)燃機車。在圖1中可以看到東風(fēng)4型內(nèi)燃機車的外貌。 東風(fēng)4型內(nèi)燃機車的整體機車的整備重量達138噸；機車持續(xù)

9、功率為3600馬力。根據(jù)1974年對改型機車所做的牽引熱工試驗的結(jié)果，尤其是東風(fēng)4型內(nèi)燃機車批量生產(chǎn)后投入運用的實踐表明：在柴油機3300馬力的撞裝車功率下，作為貨用機車（轉(zhuǎn)向架驅(qū)動齒輪傳動比為4.5），當司機控制器主要手柄置于第16位，其啟動牽引力可達44700公斤；持續(xù)牽引力為3000公斤；持續(xù)速度為21.6公里/小時；最大速度為100公里 /小時。在這種工況下，它能牽引3300噸的列車以23公里/小時的計算速度通過6‰的坡道。此牽引定數(shù)3300噸使我國近期內(nèi)鐵路干線上最大的牽引定數(shù)，遠期可考慮將牽引定數(shù)提高到3800~4000噸的水平。東風(fēng)4型內(nèi)燃機車作為客用機車時（轉(zhuǎn)向架驅(qū)動齒輪比為3

10、.75），能牽引750噸~800噸的客車以110~120公里/小時的速度在平直線路上運行。遠期可考慮客用機車編組20輛，列車重量達1000噸，運行速度仍為110~120公里/小時。從以上牽引運輸能力來看，東風(fēng)4型內(nèi)燃機車在近期是可以滿足我國鐵路干線客、貨運輸?shù)男枰摹? 東風(fēng)4型內(nèi)燃機車初期采用的柴油機為1624Z型（約100臺左右）。后來經(jīng)過了幾年的反復(fù)試驗，特別是積累了運用實踐的經(jīng)驗，對該機型的一些零、部件的結(jié)構(gòu)、尺寸作了改進，稱為1624ZA型柴油機。在運用實踐中，1624ZA型機型又暴露了一些問題，大連機車車輛廠對其又進行了改進，并于1977年對改進的1624ZB型柴油機通過了臺架試驗

11、。 由于柴油機的功率、經(jīng)濟性和重量指標對內(nèi)燃機車的性能有著極大地影響，所以在當前國內(nèi)外機車柴油機的研制方面都已力求提高功率、改善經(jīng)濟性能和延長使用壽命為主攻方向。目前在比較成熟的機車柴油機中，單機功率達到4000馬力是為數(shù)不多的。在經(jīng)濟指標方面，中速柴油機的燃油消耗率已減少到140~150克/馬力小時的范圍內(nèi)，中速柴油機的重量指標，比較先進的也達到4.5到5公斤/馬力左右；大修期限可達到30000小時以上，從以上各主要參數(shù)來看，1624ZA型柴油機已經(jīng)進入了比較先進的機車柴油機的行列。 東風(fēng)4型內(nèi)燃機車（采用交-直流電力傳動裝置）。然而內(nèi)燃機車電力傳動在近四十年的發(fā)展過程中，一直采用直

12、-直流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是線路簡單，調(diào)節(jié)方法簡便。此外直流電機在制造個運用方面都比較成熟。但是隨著鐵路運輸不斷的發(fā)展，柴油機制造水平不斷地提高，致使動力機組功率迅速增加，因此要求電力傳動內(nèi)燃機車向大功率發(fā)展。但直流牽引發(fā)動機的提高時受限制的，只是在電機電驅(qū)的線負荷及整流片間電壓不超過它們的允許值時，才能有滿意的整流。 東風(fēng)4型內(nèi)燃機車的牽引發(fā)電機為TQFR-3000型三相交流同步徑向自通風(fēng)發(fā)電機，它的額定容量為2985千伏安；額定電壓為438/613伏；額定電流為3936/2805安；額定轉(zhuǎn)速為1100轉(zhuǎn)/分。 1.2國內(nèi)外研究發(fā)展狀況 1.2.1我國內(nèi)燃機車的現(xiàn)狀

13、我國內(nèi)燃機車經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，經(jīng)過了早期試制、定型生產(chǎn) 、自主開發(fā)、采用先進技術(shù)開發(fā)新型內(nèi)燃機車四個階段，累計生產(chǎn)了４代、２００多種型號的18000 多臺內(nèi)燃機車（至２００９年末）。內(nèi)燃機車產(chǎn)品，也經(jīng)過了試制產(chǎn)品、第一代產(chǎn)品、第二代產(chǎn)品、第三代產(chǎn)品四個階段。目前正在開發(fā)生產(chǎn)第四代產(chǎn)品。 國產(chǎn)第一代內(nèi)燃機車設(shè)計生產(chǎn)的5年（1964~1968）,技術(shù)特征：同上，但性能有所提高,代表產(chǎn)品：東風(fēng)、東風(fēng)2、東風(fēng)3、東風(fēng)2增、東風(fēng)增、東方紅1等. 國產(chǎn)第二代內(nèi)燃機車開發(fā)生產(chǎn)的20年（1966~1988）, 技術(shù)特征:（1）機車、柴油機及主要部件都是我國自主開發(fā)的；（2）機車技術(shù)性能和可靠性、經(jīng)濟性

14、有大幅度提高；（3）液力傳動既配高速柴油機，也配中速柴油機.代表產(chǎn)品：東風(fēng)4A、B、C、東風(fēng)5、東風(fēng)7、東風(fēng)8、東方紅3、北京等（北京型和東方紅型都是液力傳動內(nèi)燃機車，目前已經(jīng)逐步淘汰）。國產(chǎn)第三代內(nèi)燃機車開發(fā)生產(chǎn)的10年（1989~1998）,技術(shù)特征:1、干線機車采用與國外合作開發(fā)或進一步自主開發(fā)的新型16V240ZJD（及其系列）和16V280ZJA型柴油機; 2、干線機車為中速柴油機匹配交直流電傳動;3、采用微機控制；4、準高速機車采用牽引電動機架懸式轉(zhuǎn)向架；5、機車整體水平有了很大提高。代表產(chǎn)品：DF6、東風(fēng)11、東風(fēng)8B、東風(fēng)4D、東風(fēng)10F等. 國產(chǎn)第四代內(nèi)燃機車開發(fā)生產(chǎn)的起步（

15、1999~ ）技術(shù)特征：1、采用交直交電傳動（直接采用第三代逆變器IGBT）；2、輔機交流電傳動；3、機車微機控制;４、柴油機電子噴射；５、客運機車牽引電動機架懸、貨運機車徑向轉(zhuǎn)向架。代表產(chǎn)品：捷力號（日本三菱公司IPM）、DF8CJ、DF8DJ（西門子IGBT功率模塊）、HXN5（GE）、出口澳大利亞內(nèi)燃機車（SDA1）和4400HP機車等。 我國生產(chǎn)和開發(fā)的四代內(nèi)燃機車的生產(chǎn)運用現(xiàn)狀,大致可以歸納如下:第一代機車已經(jīng)使用到限,淘汰完畢。第二代和第三代國產(chǎn)內(nèi)燃機車是目前國家鐵路非電氣化線路上的主要牽引動力,提速重載內(nèi)燃機車都屬于第三代新型內(nèi)燃機車,窄軌鐵路、非國家鐵路及出口內(nèi)燃機車大多是

16、第三代內(nèi)燃機車。從2004 年起,由于國家鐵路內(nèi)燃機車的訂貨量迅速下降,各工廠主要生產(chǎn)自銷到非國家鐵路的機車和出口機車。第四代交流電傳動機車已經(jīng)開始批量生產(chǎn)（完全自主設(shè)計生產(chǎn)），2010年9月1日，資機公司與澳大利亞SCT公司簽署了總額超億元的共計12臺交流傳動內(nèi)燃機車購銷合同。首批6臺澳車預(yù)計于2011年12月底全部交付。2011年戚機公司將開始批量生產(chǎn)完全自主設(shè)計的4400HP交流傳動內(nèi)燃機車. 1.2.2國外內(nèi)燃機車技術(shù)水平 Alstom公司從1999年就開始批量生產(chǎn)第三代交流電傳動內(nèi)燃機車；GM公司則從2002年才開始改造試驗第三代交流電傳動內(nèi)燃機車。雖然GE公司和GM公司的機車裝

17、車功率較大（分別為3281kW和3207kW），而Alstom公司機車的最大裝車功率為2880kW，但是從第三代交流電傳動內(nèi)燃機車的技術(shù)水平和可靠性而言，目前世界上水平最高的交流電傳動內(nèi)燃機車，應(yīng)屬Alstom公司的PrimaTM系族的為伊朗制造的DE43CAC（AD43C）型內(nèi)燃機車。 世界最高水平的交流傳動內(nèi)燃機車是2002年由Alstom公司為伊朗生產(chǎn)的DE43CAC（AD43C）型內(nèi)燃機車。采用軸控式直交電傳動系統(tǒng)、IGBT/ ONIX逆變器和Alstom公司的Agate微機控制系統(tǒng) 單節(jié)功率最大的批量生產(chǎn)貨運交流電傳動內(nèi)燃機車是1995年起美國GE公司生產(chǎn)的AC6000CW型內(nèi)燃

18、機車和1996年起美國GM公司生產(chǎn)的SD90MAC型內(nèi)燃機車。其柴油機裝車功率分別達到4660kW和4476kW。機車采用的是GTO晶閘管逆變器。 運行速度最高的批量生產(chǎn)交流電傳動內(nèi)燃機車是1997年由原Adtranz公司為希臘國鐵制造的26臺A480AC型（DE2000型）雙柴油機組內(nèi)燃機車。該機車軸式為Bo-Bo，軸重20.5t，機車功率2100kW，設(shè)計速度為200km/h，運營速度為160km/h，裝用2臺MTU 12V396TC13型高速柴油機，機車采用柔性浮動轉(zhuǎn)向架，采用GTO晶閘管逆變器. 1.2.3我國內(nèi)燃機車與國際先進水平的差距 我國內(nèi)燃機車經(jīng)過50多年，取得了長足

19、的進步，也為中國鐵路的發(fā)展、特別是為中國鐵路的四次大提速作出了重要貢獻。然而,在當代最先進技術(shù)的應(yīng)用(如上述“四大關(guān)鍵技術(shù)”) 和機車的可靠性、經(jīng) 濟性、耐久性和對環(huán)保要求適應(yīng)性等方面,與世界先進水平尚有一定 差距。與國際先進水平的差距主要體現(xiàn)在機車柴油機、電傳動系統(tǒng)、、機車轉(zhuǎn)向架、微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、液力傳動系統(tǒng)和機車性能等幾個方面： 1）運輸安全可靠性難以滿足要求，設(shè)備故障時有發(fā)生，給運輸安全帶來不少隱患； 2）機車整體技術(shù)檔次不高，許多關(guān)鍵技術(shù)落后于發(fā)達國家；國外交流傳動機車已大批量生產(chǎn)，而我國才剛剛起步； 3）設(shè)備運用和維修成本較高，由于設(shè)計生產(chǎn)質(zhì)量不高，運用中需要大量的人力、

20、物力和財力支撐； 4）功能上不適應(yīng)運輸發(fā)展需要，尤其是在標準化、系列化、模塊化、信息化方面與發(fā)達國家相比存在明顯的差距，也滿足不了我國鐵路發(fā)展對機車高速和重載的要求。 1.3內(nèi)燃機冷卻系的作用介紹及分類 1.3.1冷卻系的功能 內(nèi)燃機工作時，氣缸內(nèi)燃氣的最高溫度可達2500℃.與燃氣接觸的氣缸套、氣缸、活塞和氣門燈零件將吸收大量的熱量而使溫度升高很快。若不及時將這些高溫零件上的過多熱量散去，將出現(xiàn)下述各種不良現(xiàn)象： 1.在高溫下零件的機械性能會顯著下降，易發(fā)生變形或者破裂。 2.由于氣缸內(nèi)溫度過高，吸進的工質(zhì)因高溫而膨脹，使氣缸沖氣量下降，從而導(dǎo)致內(nèi)燃機功率下降。 3.溫度過高破

21、壞了各零件間的正常配合間隙，使其無法正常工作，甚至造成卡死現(xiàn)象。 4.在高溫下潤滑油粘度大幅度下降，并易于氧化變質(zhì)，使?jié)櫥瑮l件惡化，運動件間磨損加劇，功率消耗加大。 冷卻系的功能就是強制地將高溫零件所吸收的熱量及時的散去，以保證它們能在正常的溫度范圍內(nèi)工作。在現(xiàn)代內(nèi)燃機中，冷卻所消耗的熱量約等于供給內(nèi)燃機的全部熱量的1/4-1/3. 如果內(nèi)燃機冷卻過度，不僅浪費了熱能，而且還會引起下述的各種不良后果： 1.氣缸內(nèi)溫度過低，會使燃料的霧化蒸發(fā)性能變差，不利于可燃混合氣的形成和燃燒，從而使燃油耗量增大。 2.廢氣中的水蒸氣和硫化物在低溫下會凝結(jié)成亞硫酸、硫酸等酸性物質(zhì)，造成零件的腐蝕和磨

22、損。 3.溫度過低會使機油的粘度變大，運轉(zhuǎn)阻力變大，從而使內(nèi)燃機的功率下降。 4.氣缸中溫度過低，會使熱量散失較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃繙p少，從而使內(nèi)燃機功率和輸出功率降低。 綜上所述，冷卻系統(tǒng)的功能是及時并適量的把在高溫條件下工作的機件所吸收的熱量散發(fā)到空氣中去，保證內(nèi)燃機在最適宜的溫度下工作。對水冷式內(nèi)燃機，汽缸套中適宜的溫度是85-95℃:；對于風(fēng)冷式內(nèi)燃機，氣缸壁適宜的溫度是150-180℃. 冷卻系統(tǒng)工作的好壞，對內(nèi)燃機的經(jīng)濟性、動力性、可靠性和耐久性都有直接的影響。 1.3.2內(nèi)燃機冷卻系的分類 車用內(nèi)燃機的冷卻系有兩大類，一類是水冷，另一類是風(fēng)冷。就目前的情況而言，

23、大多數(shù)車用內(nèi)燃機采用水冷系。 水冷系按冷卻水的循環(huán)方式又分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種。 自然循環(huán)冷卻系使利用水的密度隨溫度而變的特點，使冷卻水在系統(tǒng)中進行自然循環(huán)。溫度較低的水由于密度較大而沉到冷卻水套的下部，而吸熱以后溫度較高的水由于密度減小而上升到冷卻系統(tǒng)的上部，將熱量散于大氣中。自然循環(huán)冷卻沒有水泵，沒有或只有較少的管路，結(jié)構(gòu)很簡單。它的最大缺點是耗水量太大，由于散熱，水不斷的蒸發(fā)，必須及時補充冷卻水才能保證內(nèi)燃機正常工作，這對于車用內(nèi)燃機使及其不方便的。因此它一般僅用于采用單杠的手扶拖拉機或小型翻斗車上。 強制循環(huán)冷卻系按其是否與大氣相通又可分成開式冷卻系和閉式冷卻系兩種。 開式

24、冷卻系的水循環(huán)系統(tǒng)與外界大氣直接相通，冷卻系內(nèi)的壓力與外界大氣相等，因此冷卻系內(nèi)的冷卻水不斷地蒸發(fā)，必須不斷的補充冷卻水，造成水的大量消耗。由于水的大量蒸發(fā)使冷卻系內(nèi)壁上形成了一層水垢，造成散熱惡化。 閉式冷卻系的水循環(huán)系統(tǒng)與外界大氣不直接相通。這樣就可以適當提高冷卻系內(nèi)的壓力和溫度，減少水的蒸發(fā)量，這不僅減少了水的消耗，而且也改善了散熱條件。另外，由于冷卻水溫高，也改善了氣缸內(nèi)氣體的工作過程，這有利于提高內(nèi)燃機功率和減少燃油消耗。目前車用內(nèi)燃機絕大多數(shù)都采用閉式冷卻系。 1.4本課程研究的主要內(nèi)容和任務(wù) 本文的的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1機油熱交換器的選擇 2設(shè)計和確定冷卻

25、室和散熱器的結(jié)構(gòu) 3傳熱過程的傳熱系數(shù)、面積、散熱單節(jié)數(shù)、冷卻風(fēng)扇的功率的確定 二 內(nèi)燃機冷卻裝置計算 2.1概述 內(nèi)燃機運行時，機車的冷卻水、潤滑油、牽引電機及電器或液力傳動裝置的傳動油等的溫度均會不斷地升高，若不加以冷卻，將要影響到柴油機的正常工作。 內(nèi)燃機運行時，機車的冷卻水、潤滑油、牽引電機及電器或液力傳動裝置的傳動油等的溫度均會不斷地升高，若不加以冷卻，將要影響到柴油機及傳動裝置的功率發(fā)揮，工作效率下降，潤滑油老化變質(zhì)，破壞潤滑，影響機車零部件的使用壽命，甚至損壞。因此，在內(nèi)燃機車上采取必要的冷卻措施，設(shè)置一些裝置來保證柴油機、傳動裝置工作時所產(chǎn)生的熱量能及

26、時適度地排放到大氣中去，使其溫度維持在允許的范圍內(nèi)，以改善零部件的熱強度和潤滑狀況，提高內(nèi)燃機車工作的經(jīng)濟性和可靠性，延長其使用壽命，這就是內(nèi)燃機車冷卻系統(tǒng)的主要任務(wù)。 內(nèi)燃機車的冷卻，除電機、電器的通風(fēng)冷卻與空氣有關(guān)外，其余柴油機冷卻水、增壓空氣、潤滑油和液力傳動裝置傳動油等的冷卻均與水有關(guān)。因此，內(nèi)燃機車的諸多冷卻，可概括分為通風(fēng)冷卻系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng)兩類。 通風(fēng)冷卻系統(tǒng) 為冷卻主發(fā)電機、牽引電動機和電器專門設(shè)置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由通風(fēng)機、進、排風(fēng)道以及空氣濾清裝置等組成。按通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征可分為：自通風(fēng)式、獨立通風(fēng)式、車內(nèi)進氣式、車外進氣式、單獨式、集中式和混合式等。自通風(fēng)式是指通風(fēng)機在

27、牽引電機內(nèi)部，安裝在電機軸上。獨立通風(fēng)式是指通風(fēng)機與電機分開安裝。牽引電機、電器車內(nèi)進氣的空氣溫度比大氣溫度要高，顯然，車外進氣式牽引電機、電器的散熱條件比車內(nèi)進氣式優(yōu)越。因此，現(xiàn)代內(nèi)燃機車多采用車外進氣式，但在設(shè)計上要預(yù)先考慮到在惡劣氣候條件下改為車內(nèi)進氣的臨時措施。內(nèi)燃機車電機通風(fēng)系統(tǒng)有三種供風(fēng)方式：①單獨式。主發(fā)電機、牽引電動機和硅整流裝置各有單獨的通風(fēng)機供給冷空氣。②混合式。主發(fā)電機和硅整流裝置各有一臺通風(fēng)機供給冷空氣，而兩組牽引電動機則分別有兩臺通風(fēng)機集中供給冷空氣。中國東風(fēng)11型內(nèi)燃機車采用類似混合式的通風(fēng)方式，其不同點在于主硅整流柜與主發(fā)電機的通風(fēng)串聯(lián)在一起，共用一臺通風(fēng)機冷卻。

28、③集中式。主發(fā)電機、整流裝置和牽引電動機均由一臺集中通風(fēng)機供風(fēng)。集中通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點是通風(fēng)機驅(qū)動裝置簡化，驅(qū)動裝置的質(zhì)量減輕，尺寸減小，占用空間少，同時可采用高效率、大容量通風(fēng)機。其缺點是風(fēng)道長，流動阻力大，驅(qū)動裝置消耗功率也相應(yīng)增大。 在通用系統(tǒng)中普遍采用網(wǎng)式空氣濾清器，也有用旋風(fēng)式除塵器、玻璃纖維或氯丁橡膠纖維制成的空氣濾清器等?？諝鉃V清器安裝在車體的側(cè)壁上，安裝位置與通風(fēng)方式和進氣系統(tǒng)有關(guān)。 水冷卻系統(tǒng) 為冷卻柴油機的冷卻水、潤滑油、增壓空氣和液力傳動機車的傳動油專門設(shè)置的系統(tǒng)。按水冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征可分為∶①按循環(huán)水路分有獨立循環(huán)水路、單循環(huán)水路和雙循環(huán)水路系統(tǒng)。獨立循環(huán)水路系統(tǒng)是指

29、柴油機冷卻水、潤滑油和增壓空氣的冷卻水分別有各自單獨的循環(huán)水路系統(tǒng)。單循環(huán)水路系統(tǒng)是指柴油機、機油熱交換器和增壓空氣的中冷器合用一個循環(huán)水路。雙循環(huán)水路系統(tǒng)中柴油機冷卻水為一個循環(huán)水路.稱為主（高溫）循環(huán)水路；而機油熱交換器和中冷器的冷卻水為另一個循環(huán)水路，稱為次（低溫）循環(huán)水路。在兩個循環(huán)水路各有一個水泵，分別稱為主水泵和次水泵。②按水溫調(diào)節(jié)分有不可調(diào)節(jié)式、有限調(diào)節(jié)式和自動調(diào)節(jié)式三種。有限調(diào)節(jié)式為采用離合器驅(qū)動冷卻風(fēng)扇，根據(jù)冷卻水的水溫，確定離合器合上或者分離,使冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動或者不轉(zhuǎn)動來進行冷卻。自動調(diào)節(jié)式是根據(jù)冷卻水溫度的變化，相應(yīng)地改變冷卻水的流量（冷卻水分流），或改變冷空氣的流量（改變

30、百葉窗調(diào)節(jié)片的開度，調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇葉片角度，或改變冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速），或者采用兩種調(diào)節(jié)方法共同使用的聯(lián)合調(diào)節(jié)方式，以使冷卻水溫度穩(wěn)定在某一最佳的范圍內(nèi)。③按水系統(tǒng)的封閉性分有開式和閉式兩種水循環(huán)系統(tǒng)。開式水循環(huán)系統(tǒng)是指整個水冷卻系統(tǒng)不承受附加壓力，水系統(tǒng)中殘存的氣體由膨脹水箱排往大氣。開式水循環(huán)系統(tǒng)允許最高水溫不得超過360K.中國生的的各型內(nèi)燃機車大部分采用開式水循環(huán)系統(tǒng)。閉式水循環(huán)系統(tǒng)是指該系統(tǒng)不與大氣相通，并給系統(tǒng)施加一定的壓力，這樣可提高水的沸點。系統(tǒng)附加壓力寸為0.04 MPa時水的沸點為382K；附加壓力為0.1MPa時水的沸點為394 K。這種利用提高水的沸點，來強化內(nèi)燃機車冷卻效果的

31、方法稱為高溫冷卻。 在采用高溫冷卻的內(nèi)燃機車上，多采用雙循環(huán)水路冷卻系統(tǒng)。閉式高冷卻水系統(tǒng)專為冷卻柴油機氣缸套、氣缸蓋等部件之用。柴油機出口水溫的最高允許值從目前的360 K提高到380K～400K。另一個開式水循環(huán)系統(tǒng)用來冷卻機油及增壓空氣。采用高溫冷卻，可使散熱器單節(jié)的平均溫差提高0.8～1.5倍，在冷卻風(fēng)扇功率保持不變的情況下，可相應(yīng)地減少散熱器單節(jié)數(shù)目。這點對于大功率內(nèi)燃機車尤為重要。目前，高溫冷卻在國際上已廣泛應(yīng)用，中國生產(chǎn)的東風(fēng)6型內(nèi)燃機車也采用高溫冷卻。閉式高溫冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生壓力的方法有三種：①在閉式高溫冷卻系統(tǒng)中增設(shè)活塞式輔助泵，膨脹水箱的水經(jīng)吸水閥進入水泵，加壓后經(jīng)壓水閥進

32、入散熱器，多余的水經(jīng)吸排水閥和蛇形凝汽空流入膨脹水箱。此方法比較復(fù)雜。②利用膨脹水箱蒸汽空氣墊產(chǎn)生壓力。膨脹水箱上部空間的蒸汽和空氣的壓力，隨水溫上升而升高，直至蒸汽空氣閥動作為止。系統(tǒng)內(nèi)壓力由蒸汽空氣閥調(diào)節(jié)。此方法簡單，只需要添加一個蒸汽空氣閥即可。但缺點是水循環(huán)管路內(nèi)不但有汽囊存在，而且在蒸汽空氣間動作時，要損失一部分冷卻水。③利用機車制動系統(tǒng)的壓縮空氣進入膨脹水箱，用減壓閥使膨脹水箱壓縮空氣保持一定的壓力。此法簡便易行，世界上許多國家的內(nèi)燃機車都有采用此方法，一般開式水冷卻系編印可方便地轉(zhuǎn)變成閉式高溫冷卻系統(tǒng)。 高溫冷卻與通常中溫冷卻相比，其明顯優(yōu)點是有色金屬和冷卻風(fēng)扇功率消耗降低。當

33、最高冷卻水溫從360 K提高到390 K時,可使散熱器單節(jié)數(shù)目減少40%，而冷卻風(fēng)扇功率消耗只有中溫冷卻的30%。高溫冷卻時，柴油機在低負荷工況下氣缸內(nèi)的溫度比中溫冷卻時要高，這不但有利于柴油機低負荷工況下燃燒狀況的改善，而且缸套的熱變形和穴蝕狀況亦有所減弱。它的缺點是柴油機零件熱強度增大，機油溫度升高，加速其老化，油膜易破壞，磨損加劇。所以，采用高溫冷卻，對柴油機機油、活塞環(huán)與缸套的配合間隙和加工精度、散熱器單節(jié)的焊接質(zhì)量及高溫冷卻閉式水系統(tǒng)的密封性等提出了更高有要求。 內(nèi)燃機車冷卻水系統(tǒng)流程 見下圖。系統(tǒng)為開式雙循環(huán),冷卻水最高工作水路為88℃。冷卻水系統(tǒng)由冷卻水泵、中冷器、機油熱交換器

34、、散熱器、冷卻風(fēng)扇、靜液壓油熱交換器、膨脹水箱、閥門管路及儀表等組成。①高溫水循環(huán)系統(tǒng)。柴油機工作時驅(qū)動高溫水泵.將冷卻水壓入柴油機左、右兩側(cè)氣缸套和氣缸蓋及柴油機前、后渦輪增壓器出氣殼。冷卻后出來的熱水匯合進入散熱器，被冷空氣冷卻后經(jīng)止回閥又回到高溫水泵.②低溫水循環(huán)系統(tǒng)。柴油機工作時低溫水泵轉(zhuǎn)動，將冷卻水送入前、后中冷器，機油熱交換器出來的熱水在散熱器被冷空氣冷卻后，進入靜液壓油熱交換器，最后經(jīng)逆止閥又進入低溫水泵。③冬季司機室需要取暖和燃油需要預(yù)熱時，可打開柴油機熱水總管中的截止閥，使部分熱水進入司機室的熱風(fēng)機和燃油預(yù)熱器，出來的熱水流回高溫水泵吸水管。膨脹水箱安裝在水冷卻系統(tǒng)的最高處,

35、 它的作用是給冷卻水系統(tǒng)自動補水（水的泄漏、蒸發(fā)），清除系統(tǒng)中產(chǎn)生的汽泡和使冷卻水受熱后有膨脹的余地等。 管片式散熱器由連接箱、扁銅管、管板、支撐管、側(cè)護板等組成。扁銅管和散熱片組成散熱器的冷卻芯。散熱片上沖有許多小凸球或其他的結(jié)構(gòu)形狀，以增強空氣統(tǒng)湍流特性，提高傳熱系數(shù)。冷卻芯兩端焊接在補強板和管板的扁孔內(nèi)，兩端的連接箱和管板焊接，連接箱與管板之間構(gòu)成的空間，為冷卻水進、出流動的水腔。散熱器通常呈V形布置，安裝在機車冷卻室鋼骨架的集流管上。內(nèi)燃機車上使用的散熱器有管片式、強化型管片式，管帶式、板翅式（鋁）和新型管帶式雙流道散熱器等。內(nèi)燃機車散熱器采用單節(jié)型式,有利于內(nèi)燃機車配件的標準化

36、，給制造檢修部門帶來方便。檢修時如發(fā)現(xiàn)損壞，可更換有關(guān)單節(jié)。不同功率的機車可采用不同數(shù)量或者不同結(jié)構(gòu)而安裝尺寸相同的單節(jié)，這對制造檢修部門非常有利。內(nèi)燃機車上所用散熱器單節(jié)數(shù)目的多少，要根據(jù)機車功率的大小、應(yīng)散走的熱量多少計算而定。 冷卻風(fēng)扇為扭曲葉片的軸流式風(fēng)扇。由輪轂、葉片、流線罩組成，有鋼板焊接結(jié)構(gòu)和整體鑄造結(jié)構(gòu)兩種，內(nèi)燃機車的高溫、低溫水冷系統(tǒng)，各有一個冷卻風(fēng)扇。風(fēng)扇組裝后需對風(fēng)扇半徑、中片頂部之間的距離、頂部的高度及安裝角進行檢查，并進行靜平衡和超速試驗。 冷卻風(fēng)扇安裝在冷卻室鋼結(jié)構(gòu)的頂部，與兩側(cè)的散熱器構(gòu)成V字形空間。當冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時，將冷空氣從撤熱器機外側(cè)吸進，并穿過散熱片與

37、散熱器的熱水進行熱交換，然后向車頂排出。 2.2熱交換器的選取與計算 在柴油機運轉(zhuǎn)時，各運動機件在潤滑和冷卻后有6.3~8.25%的熱量被機油所帶走，因而機油溫度不斷上升，循環(huán)使用的機油如不及時進行冷卻，則機油粘度將迅速下降，使主機油泵的供油壓力不足而造成卸載，停機現(xiàn)象，因而使柴油機無法正常工作，隨著油溫的升高，機油容易氧化變質(zhì)，甚至釀成火災(zāi)；或由于油膜減薄，零件配合間隙的變更，柴油機運動機件發(fā)生卡滯，燒瓦，拉缸等故障，使柴油機的工作可靠性大為降低。因而保持機油的正常循環(huán)溫度，對確保柴油機運轉(zhuǎn)的耐久性和可靠性使具有重要意義。 熱交換器的作用是使機油得到冷卻并在冬季對機油進行預(yù)熱。 東風(fēng)

38、4型內(nèi)燃機車安裝有兩個構(gòu)造相同的機油熱交換器。熱交換器采用水管換熱器，即冷卻水在管內(nèi)流動，機油在管外流動，通過管壁進行熱交換，兩個熱交換器內(nèi)的冷卻水為串聯(lián)流動，而機油為并并聯(lián)流動。 熱交換器的芯部裝有868根呈正三角形排列的銅管，其直徑為8毫米，壁厚為0.5毫米，長度為1150毫米，管中心距為10毫米，銅管固焊在兩端的管板上，與胴體及后蓋固定的管板稱為固定管板，裝在胴體和前蓋內(nèi)孔中的管板可以自由伸縮稱為活動管板，這是考慮到銅管受熱膨脹程度與胴體不一致而設(shè)。在兩管板之間交叉布置有七塊隔板，其中四塊隔板的中部有通孔，其他三塊隔板的邊緣留有通道。隔板除作為銅管的中間支撐外，并造成機油的迂回運動以增

39、加其散熱效果。 胴體的兩端側(cè)面分別設(shè)有進、出油管道。前、后蓋的軸向設(shè)有進、出水管道。胴體上不設(shè)有放氣管和放氣閥；底部設(shè)有放油管及放油閥。 為了防止油水互串，在活動管板、胴體及前蓋之間設(shè)有兩道O形密封圈，兩密封圈之間裝有壓環(huán)，在壓環(huán)上鉆有24個徑向小孔，當密封圈泄漏時油或水能從孔中排除體外。因而如果有較多的水或油泄出時，為密封圈老化失效所致，應(yīng)及時進行更換。 在柴油機運轉(zhuǎn)時，機油壓力一般高于冷卻水壓力，而在停機時，由于水位高于油位，且水的比重比油大，因此如銅管脫焊或泄露、密封圈老化或破裂，將造成油、水互竄，這時可能在膨脹水箱或曲軸箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)機油或水，應(yīng)及時予以修理。 熱交換器組

40、裝后對油、水通路要分別進行水壓試驗，其試驗壓力機油系統(tǒng)為10公斤/厘米、冷卻水系統(tǒng)為4公斤/厘米（持續(xù)5分鐘后不得有泄露現(xiàn)象）。 2.3 冷卻水系統(tǒng) 柴油機燃油的化學(xué)能在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱能，使與高溫燃氣接觸的零件強烈受熱，對這些零件如不及時加以適當冷卻，則它們將無法正常工作。例如由于汽缸蓋與汽缸套的壁溫高，將導(dǎo)致充量系數(shù)降低，進氣量減少，因此造成燃燒不正常；同時缸壁溫度還將使機油粘度降低，使磨損增大，甚至可能發(fā)生拉缸；活塞環(huán)傳熱困難，提高了環(huán)槽的溫度，因而易使機油結(jié)膠而黏住活塞環(huán)；機油系統(tǒng)油溫的增高，使機油壓力和粘度降低，將導(dǎo)致零件摩擦、磨損加劇及機油過早變質(zhì)等，于是將導(dǎo)致柴油機工作的可靠性

41、、耐久性和經(jīng)濟型前面惡化，因此為了保證柴油機的正常工作則必須設(shè)置冷卻水系統(tǒng)。 通常對于汽缸套、氣缸蓋、增壓器、空氣冷卻器及熱交換器等零部件由冷卻水直接冷卻，對活塞、活塞環(huán)和各摩擦面等由機油間接冷卻，而機油則由冷卻水進行冷卻(機油的冷卻對保持其良好的工作品質(zhì)具有重要的意義)。 但是柴油機冷卻過度只能得到相反的效果，因為除了增加散熱損失外，還將使混合氣的形成惡化、柴油機工作粗暴、氣缸套產(chǎn)生腐蝕磨損、柴油機機械效率降低、燃油消耗量增加等，因此冷卻系統(tǒng)的任務(wù)是保證柴油機主要零件在適宜的溫度狀態(tài)下工作，從而使各運動零部件之間保持合適的配合間隙、較高的充氣系數(shù)、一定的機油粘度和穩(wěn)定的機油品質(zhì)，以保證柴

42、油機高效能的持久地工作。 機車柴油機通常采用強制循環(huán)水的冷卻系統(tǒng)。為了兼顧氣缸與增壓空氣不同的冷卻要求，因而冷卻水系統(tǒng)分成高、低（中冷）溫兩個冷卻水系統(tǒng)。 2.3.1冷卻水質(zhì) 在東風(fēng)4型內(nèi)燃機車的冷卻水管路內(nèi)儲存的水為1.2噸。 冷卻水必須采用軟化處理后的水，以減少結(jié)垢、氣泡穴蝕及電化腐蝕等弊病，同時可提高散熱效果和延長機件的工作壽命。 冷卻水軟化處理有兩種方法： 第一種方法是使用開水、樹脂離子交換處理水或蒸餾水，并加入適當?shù)能浕瘎┘胺栏瘎?。例如每立方米蒸餾水加入軟化劑：NaOH0.5-0.6公斤，Na3PO．12H2O0.16-0.2公斤。對其他水質(zhì)，則根據(jù)水中含鹽量加入適量的

43、軟化劑及防腐劑。 對冷卻水質(zhì)的要求如下： 總硬度 不大于0.2毫克當量/升 總堿度 1.5-2.5毫克當量/升 氯化鈣 不大于30毫克/升 氧化磷 15-25毫克/升 氧化鉻 1000-2500毫克/升 亞硝酸鈉 2000-2500毫克/升 懸浮物 少于30毫克/升 通常，機車每走行2000-3000公里化驗一次水質(zhì)，即在柴油機運轉(zhuǎn)時，從高溫水放氣閥處取水半公斤作為樣品。如

44、冷卻水中氯化鈣的含量達到50毫克/升，總硬度大于0.3毫克當量/升時則應(yīng)進行更換。 第二種方法是使用來自水加入NL型乳化防銹油。 要求使用潔凈的總硬度為0.7-8毫克當量/升、氯離子不超過150毫克/升的普通水。如硬度太小，則可能產(chǎn)生泡沫而引起腐蝕，這時每100公斤可投放5克硫酸鈣。 通常按冷卻水系統(tǒng)的總?cè)莘e在膨脹水箱中加入1-1.5﹪NL型乳化油，然后使柴油機運轉(zhuǎn)而將冷卻水乳化（冷卻水液應(yīng)呈乳白色）。通常，機車每行走2000-3000公里化驗水質(zhì)，水中含油量應(yīng)不低于0.5﹪。如果水液變成黃色、棕色、泥漿色或漂油狀，則表明乳化油老化或分離，這時應(yīng)將水液排盡，并清洗管路，然后重新配液。

45、2.3.2冷卻水管路 冷卻氣缸套、氣缸蓋及增壓器等部件的冷卻水系統(tǒng)，其進水溫度可達65-70℃，一般稱為高溫水系統(tǒng)（圖12.1）。 如果進入氣缸的增壓空氣也用此水冷卻，則空氣溫度可能高達75℃以上，這樣將使增壓的效果大為降低。為了增加氣缸內(nèi)的空氣充量，則冷卻水的溫度應(yīng)大大低于增壓空氣的溫度，所以空氣中間冷卻器的冷卻水必須與高溫水系統(tǒng)分開，通常稱為低溫水系統(tǒng)或中冷水系統(tǒng)。考慮到機車上散熱器的布置，應(yīng)使高、低溫水系統(tǒng)的散熱量基本平衡，因而在中冷水系統(tǒng)中串聯(lián)有機油熱交換器等部件，這樣也為機油的散熱創(chuàng)造了良好的條件，有利于柴油機可靠性的提高（圖12.2）。 此外，由于柴油機啟動必須在一定的油、水溫度下進行，因此在外界溫度較低時需要對機油、冷卻水及燃油進行預(yù)熱，以創(chuàng)造安全、有效的啟動條件和對柴油機進行保溫，所以在機車上附設(shè)有能單獨工作的預(yù)熱系統(tǒng)。 冷卻水管路如下：