一种机车集成式通风冷却系统和控制方法以及机车

技术领域

本发明属于机车散热技术领域，并且更具体地，涉及一种机车集成式通风冷却系统和控制方法以及机车。

背景技术

内电集成双源机车是一种将电力动力源与内燃动力源集成在一起的机车，该机车不仅可以在电气化线路采用电力牵引运行，实现路网贯通，也可以在非电气化线路或接触网故障等特殊情况时，由内燃机提供动力实现牵引。特别是在内燃模式下工作时，主发电动机、牵引电动机及变流系统全部投入工作，并产生热量，这些热量需要依靠机车冷却系统来解决。

中国专利公开号为CN102361392A的专利公开了一种内燃机车变流器冷却系统，属于变流器冷却系统领域，所述独立进风单元设于散热器顶部，散热器设于独立风室的顶部，牵引电机通风机设于独立风室内；所述主发电机的进风口与独立风室连通，独立风室与独立进风单元连通；所述散热器的出水管路与水泵的进水口相连，水泵的出水口与变流器进水管路相连，变流器进水管路与变流器的进水口相连，变流器的出水口与变流器出水管路相连，变流器出水管路与散热器进水口相连，散热器出水口与散热器出水管路相连。然而，该专利将变流冷却系统与牵引电机通风冷却进行了部分集成，主发电机和牵引电机分别采用独立的通风机，主要为解决变流冷却的问题。

中国专利公开号为CN109617375A的专利公开了一种内燃机车高度集成冷却系统，包含安装在车顶的密闭风室，其侧壁设进风口，密闭风室内部依次设有滤清装置、水泵、散热器、通风机组一、通风机组二，滤清装置位于进风口处，水泵出水口与变流系统进水口相连，变流系统出水口与散热器进水口相连，散热器出水口与水泵进水口相连，通风机组一设出风处、进风处，出风处与主发电机相连，进风处与散热器相连，通风机组二与牵引电机相连，本发明将变流系统通风系统和牵引电机的通风系统集成组成一个独立系统。然而该专利也是将变流冷却系统与牵引电机通风冷却进行了部分集成，主发电机和牵引电机分别采用独立的通风机，主要为解决变流冷却的问题，集成度不高。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明针对现有模块化集成度技术不足，提供一种机车集成式通风冷却系统及控制方法，实现机车变流系统、主发电动机、牵引电动机的通风冷却，减少部件的应用，节省机车内部空间，为机车合理部件及提升维护性提供空间。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一方面，提供一种机车集成式通风冷却系统，包括：

侧墙过滤器，该侧墙过滤器设置在机车侧墙上开口的外侧并且与外界空气相连通；

变流水冷散热器，该变流水冷散热器设置在机车侧墙上开口的内侧，变流水冷散热器对侧墙过滤器过滤后的空气进行冷却；

通风机，该通风机安装在机车的底架上，底架上具有底架风道，通风机位于底架风道的上方，通风机与变流水冷散热器之间通过过渡风道连接密封，通风机的进风口接收来自变流水冷散热器冷却后的空气，通风机的出风口与底架风道连接密封；

牵引电动机，该牵引电动机安装在机车的底架上并且位于底架风道的下方，牵引电动机的进风口与底架风道的出风口连接，牵引电动机的出风口将经牵引电动机冷却后的空气排出至外界空气中；

主发电动机，该主发电动机安装在机车的底架上且位于底架风道的上方，主发电动机的进风口与底架风道的出风口连接，主发电动机的出风口将经主发电动机冷却后的空气排出至外界空气中。

在本发明的一个实施例中，机车侧墙上开口的内侧和外侧上分别设置有内安装法兰和外安装法兰，侧墙过滤器安装在外安装法兰上并且变流水冷散热器安装在内安装法兰上。

在本发明的一个实施例中，底架风道内设置有导流板和旁通孔，底架风道在导流板和旁通孔的作用下将变流水冷散热器冷却后的空气按照各个电动机通风需求分配给牵引电动机和主发电动机。

在本发明的一个实施例中，通风机按照以下逻辑进行控制：

当检测到机车的手柄位处于惰转或1档位时，控制通风机运行频率为15Hz；

当检测到机车的手柄位处于2档位或3档位时，控制通风机运行频率为30Hz；

当检测到机车的手柄位处于4档位或5档位或6档位时，控制通风机运行频率为35Hz；

当检测到机车的手柄位处于7档位或8档位时，控制通风机运行频率为40Hz；

当检测到机车的手柄位处于9档位或10档位或11档位时，控制通风机运行频率为45Hz；

当检测到机车的手柄位处于12档位时，控制通风机运行频率为50Hz。

在本发明的一个实施例中，变流水冷散热器冷却水温度保护控制逻辑如下：

当检测到变流水冷散热器的冷却水温度低于49℃时，控制通风机运行频率为15Hz；

当检测到变流水冷散热器的冷却水温度高于49℃且低于52℃时，控制通风机运行频率为30Hz，并且当检测到冷却水温度将至47℃时，控制通风机运行频率降回15Hz；

当检测到变流水冷散热器的冷却水温度高于52℃且低于55℃时，控制通风机运行频率为45Hz，并且当检测到冷却水温度将至50℃时，控制通风机运行频率降回30Hz；

当检测到变流水冷散热器的冷却水温度高于55℃时，控制通风机运行频率为50Hz，并且当检测到冷却水温度将至53℃时，控制通风机运行频率降回45Hz。

在本发明的一个实施例中，当机车通风机控制逻辑与变流系统冷却水温度保护控制逻辑冲突时，取两者中通风机频率的高值。

根据本发明的另一方面，提供一种利用如前所述的机车集成式通风冷却系统进行通风冷却的控制方法，包括以下步骤：

启动通风机以使通风机的叶轮旋转产生负压；

在负压的作用下，使外界空气通过侧墙过滤器过滤后，进入变流水冷散热器中对变流系统的冷却水进行冷却，并使冷却后的空气通过过渡风道进入通风机；

使进入通风机的空气在叶轮的作用下压入底架风道，通过底架风道在导流板和旁通孔的作用下按各个电动机的通风需求分别进入牵引电动机与主发电动机中；

分别冷却进入牵引电动机与主发电动机中的空气，并分别通过牵引电动机的排风口与主发电动机的排风口排入外界大气中。

在本发明的一个实施例中，通风机按照以下逻辑进行控制：

当检测到机车的手柄位处于惰转或1档位时，控制通风机运行频率为15Hz；

当检测到机车的手柄位处于2档位或3档位时，控制通风机运行频率为30Hz；

当检测到机车的手柄位处于4档位或5档位或6档位时，控制通风机运行频率为35Hz；

当检测到机车的手柄位处于7档位或8档位时，控制通风机运行频率为40Hz；

当检测到机车的手柄位处于9档位或10档位或11档位时，控制通风机运行频率为45Hz；

当检测到机车的手柄位处于12档位时，控制通风机运行频率为50Hz；

变流水冷散热器冷却水温度保护控制逻辑如下：

当检测到变流水冷散热器的冷却水温度低于49℃时，控制通风机运行频率为15Hz；

当检测到变流水冷散热器的冷却水温度高于49℃且低于52℃时，控制通风机运行频率为30Hz，并且当检测到冷却水温度将至47℃时，控制通风机运行频率降回15Hz；

当检测到变流水冷散热器的冷却水温度高于52℃且低于55℃时，控制通风机运行频率为45Hz，并且当检测到冷却水温度将至50℃时，控制通风机运行频率降回30H；

当检测到变流水冷散热器的冷却水温度高于55℃时，控制通风机运行频率为50Hz，并且当检测到冷却水温度将至53℃时，控制通风机运行频率降回45Hz。

在本发明的一个实施例中，当机车通风机控制逻辑与变流系统冷却水温度保护控制逻辑冲突时，取两者中通风机频率的高值。

根据本发明的又一方面，提供一种机车，该机车集成有如前所述的机车集成式通风冷却系统。

通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：

本发明将变流系统冷却、主发电动机冷却及牵引电动机冷却进行系统融合，实现了一台通风机完成多系统的通风冷却，节省了整车空间，降低了整车重量。

本发明仅通过一台通风机，实现了三套系统的通风冷却，减少变流冷却系统通风机及主发电机通风机的使用，降低了制造及维护成本。

附图说明

图1示出了本发明提供的机车集成式通风冷却系统的结构原理示意图；

图2示出了本发明提供的机车集成式通风冷却系统的集成结构的主视示意图；

图3示出了本发明提供的机车集成式通风冷却系统的集成结构的俯视示意图；

图4示出了本发明的通风机控制逻辑图；

图5示出了本发明中变流冷却系统温度保护控制逻辑图。

附图标记列表

1侧墙过滤器、2变流水冷散热器、3过渡风道、4通风机、5底架风道、6牵引电动机、7主发电动机。

具体实施方式

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

如图1-3所示，本发明提供一种机车集成式通风冷却系统，包括：侧墙过滤器1，该侧墙过滤器1设置在机车侧墙上开口的外侧并且与外界空气相连通；变流水冷散热器2，该变流水冷散热器2设置在机车侧墙上开口的内侧，变流水冷散热器2对侧墙过滤器1过滤后的空气进行冷却；通风机4，该通风机4安装在机车的底架上，底架上具有底架风道5，通风机4位于底架风道5的上方，通风机4与变流水冷散热器2之间通过过渡风道3连接密封，通风机4的进风口接收来自变流水冷散热器2冷却后的空气，通风机4的出风口与底架风道5连接密封；牵引电动机6，该牵引电动机6安装在机车的底架上并且位于底架风道5的下方，牵引电动机6的进风口与底架风道5的出风口连接，牵引电动机6的出风口将经牵引电动机6冷却后的空气排出至外界空气中；主发电动机7，该主发电动机7安装在机车的底架上且位于底架风道5的上方，主发电动机7的进风口与底架风道5的出风口连接，主发电动机7的出风口将经主发电动机7冷却后的空气排出至外界空气中。

通过本发明的上述技术方案，本发明将变流系统冷却、主发电动机冷却及牵引电动机冷却进行系统融合，实现了一台通风机完成多系统的通风冷却，节省了整车空间，降低了整车重量。本发明仅通过一台通风机，实现了三套系统的通风冷却，减少变流冷却系统通风机及主发电机通风机的使用，降低了制造及维护成本。

在上述机车集成式通风冷却系统中，如图2所示，机车侧墙上开口的内侧和外侧上分别设置有内安装法兰(未示出)和外安装法兰(未示出)，侧墙过滤器1安装在外安装法兰上并且变流水冷散热器2安装在内安装法兰上。

在上述机车集成式通风冷却系统中，如图1所示，底架风道5内设置有导流板(未示出)和旁通孔(未示出)，底架风道5在导流板和旁通孔的作用下将变流水冷散热器冷却后的空气按照各个电动机通风需求分配给牵引电动机6和主发电动机7。

在上述机车集成式通风冷却系统中，如图4所示，通风机按照以下逻辑进行控制：

当检测到机车的手柄位处于惰转或1档位时，控制通风机4运行频率为15Hz；

当检测到机车的手柄位处于2档位或3档位时，控制通风机4运行频率为30Hz；

当检测到机车的手柄位处于4档位或5档位或6档位时，控制通风机4运行频率为35Hz；

当检测到机车的手柄位处于7档位或8档位时，控制通风机4运行频率为40Hz；

当检测到机车的手柄位处于9档位或10档位或11档位时，控制通风机4运行频率为45Hz；

当检测到机车的手柄位处于12档位时，控制通风机4运行频率为50Hz。

在上述机车集成式通风冷却系统中，如图5所示，变流水冷散热器冷却水温度保护控制逻辑如下：

当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度低于49℃时，控制通风机4运行频率为15Hz；

当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于49℃且低于52℃时，控制通风机4运行频率为30Hz，并且当检测到冷却水温度将至47℃时，控制通风机4运行频率降回15Hz；

当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于52℃且低于55℃时，控制通风机4运行频率为45Hz，并且当检测到冷却水温度将至50℃时，控制通风机4运行频率降回30Hz；

当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于55℃时，控制通风机4运行频率为50Hz，并且当检测到冷却水温度将至53℃时，控制通风机4运行频率降回45Hz。

在上述机车集成式通风冷却系统中，当机车通风机控制逻辑与变流系统冷却水温度保护控制逻辑冲突时，取两者中通风机频率的高值。

此外，如图1-3所示，本发明还提供一种利用如前所述的机车集成式通风冷却系统进行通风冷却的控制方法，包括以下步骤：启动通风机4以使通风机4的叶轮旋转产生负压；在负压的作用下，使外界空气通过侧墙过滤器1过滤后，进入变流水冷散热器2中对变流系统的冷却水进行冷却，并使冷却后的空气通过过渡风道3进入通风机4；使进入通风机4的空气在叶轮的作用下压入底架风道5，通过底架风道5在导流板和旁通孔的作用下按各个电动机的通风需求分别进入牵引电动机6与主发电动机7中；分别冷却进入牵引电动机6与主发电动机7中的空气，并分别通过牵引电动机6的排风口与主发电动机7的排风口排入外界大气中。

在上述控制方法中，如图4-5所示，通风机4按照以下逻辑进行控制：

当检测到机车的手柄位处于惰转或1档位时，控制通风机4运行频率为15Hz；

当检测到机车的手柄位处于2档位或3档位时，控制通风机4运行频率为30Hz；

当检测到机车的手柄位处于4档位或5档位或6档位时，控制通风机4运行频率为35Hz；

当检测到机车的手柄位处于7档位或8档位时，控制通风机4运行频率为40Hz；

当检测到机车的手柄位处于9档位或10档位或11档位时，控制通风机4运行频率为45Hz；

当检测到机车的手柄位处于12档位时，控制通风机4运行频率为50Hz；

变流水冷散热器冷却水温度保护控制逻辑如下：

当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度低于49℃时，控制通风机4运行频率为15Hz；

当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于49℃且低于52℃时，控制通风机4运行频率为30Hz，并且当检测到冷却水温度将至47℃时，控制通风机4运行频率降回15Hz；

当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于52℃且低于55℃时，控制通风机4运行频率为45Hz，并且当检测到冷却水温度将至50℃时，控制通风机4运行频率降回30H；

当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于55℃时，控制通风机4运行频率为50Hz，并且当检测到冷却水温度将至53℃时，控制通风机4运行频率降回45Hz。

在上述控制方法中，当机车通风机控制逻辑与变流系统冷却水温度保护控制逻辑冲突时，取两者中通风机频率的高值。

下面通过具体实施例来对本发明的上述技术方案进行具体说明。

本发明的实施例中提供了一种机车集成式通风冷却系统及其控制方法。本发明将变流系统冷却、主发电动机冷却及牵引电动机冷却进行系统融合，采用一台通风机进行通风冷却，通过合理的布置，利用底架风道的优化匹配，满足机车满功率运行时变流系统、主发电动机及牵引电动机的冷却需求。

在本发明的实施例中，如图1-3所示，在机车侧墙上开口，设置内外两个安装法兰，外侧安装侧墙过滤器1，内侧安装变流水冷散热器2，在变流水冷散热器2与通风机4之间通过过渡风道3连接密封，通风机4安装在机车底架上，通风机4的出风口与底架风道5连接密封，牵引电动机6上方进风口与底架风道5出风口连接，主发电动机7下方进风口与底架风道5出风口连接，底架风道5通过内部结构调整，将冷却空气按电动机通风需求分配给牵引电动机6和主发电动机7。本发明的系统充分考虑各系统的冷却需求，实现了一台通风机的变流系统与电动机集成式融合通风冷却，节省了整车空间，降低了整车重量。

在上述通风冷却系统工作时，如图1-3所示，通风机4开始工作，叶轮旋转产生负压。在负压的作用下，外界空气通过侧墙过滤器1过滤后，进入变流水冷散热器2，对变流系统的冷却水进行冷却，冷却后的空气通过过渡风道3进入通风机4。进入通风机4的冷却空气，在叶轮的作用下，压入底架风道5，通过底架风道5，在内部导流板及旁通孔的作用下，按电动机的通风需求，分别进入牵引电动机6与主发电动机7的进风口。牵引电动机6与主发电动机7对空气进行冷却，并各自将冷却后的空气分别通过牵引电动机6的出风口和主发电动机7的出风口排入外界大气。

在上述通风冷却系统中，通风机的控制逻辑见图4。机车开始工作，通风冷却系统投入。当检测到机车的手柄位处于惰转或1档位时，控制通风机4运行频率为15Hz；当检测到机车的手柄位处于2档位或3档位时，控制通风机4运行频率为30Hz；当检测到机车的手柄位处于4档位或5档位或6档位时，控制通风机4运行频率为35Hz；当检测到机车的手柄位处于7档位或8档位时，控制通风机4运行频率为40Hz；当检测到机车的手柄位处于9档位或10档位或11档位时，控制通风机4运行频率为45Hz；当检测到机车的手柄位处于12档位时，控制通风机4运行频率为50Hz。

为提高系统可靠性，本发明实施例中增加了变流系统冷却水温度保护控制逻辑，如图5所示。冷却系统开始工作时，当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度低于49℃，控制通风机4运行频率为15Hz；当检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于49℃且低于52℃时，控制通风机4运行频率为30Hz，当检测到冷却水温度将至47℃时，控制通风机4运行频率降回15Hz；检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于52℃且低于55℃时，控制通风机4运行频率为45Hz，当检测到冷却水温度将至50℃时，控制通风机4运行频率降回30Hz；检测到变流水冷散热器2的冷却水温度高于55℃时，控制通风机4运行频率为50Hz，当检测到冷却水温度将至53℃时，控制通风机4运行频率降回45Hz。

此外，当机车通风机控制逻辑与变流系统冷却水温度保护控制逻辑冲突时，取两者中通风机频率的高值。

由此可见，本发明将变流系统冷却、主发电动机冷却及牵引电动机冷却进行系统融合，实现了一台通风机完成多系统的通风冷却，节省了整车空间，降低了整车重量。本发明仅通过一台通风机，实现了三套系统的通风冷却，减少变流冷却系统通风机及主发电机通风机的使用，降低了制造及维护成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。