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电动车组主电动机风道结构改造及性能分析
摘要:提出主电动机风道改造的方案;计算原风道及新方案的
能量损失;测定原风道及新方案的风量,总结新方案设计原则。
关键词:主电动机风道阻力能量损失风量
1背景
主电动机风道是动车组主电动机冷却系统的主要零部件,用来
为主电动机输送、分配冷却空气。其结构性能能否满足要求直接决
定着牵引电机能否正常高效的运转。
自电动车组引进以来,主电动机风道一直沿用的是外方设计方
案。由于在后续车型的设计过程中进行了方案调整,需要对原风道
进行改造。本文通过对原风道和新风道进行计算并结合试验进行对
比,以确定最佳新方案及后续改进设计原则。
2原风道和新风道结构介绍
原风道内设置导流片,在其作用下从风道入口位置起可将风道
当成完全分隔的两分支管。具体结构如图所示:
根据后续车型相关设备的布置情况,初步确定风道的几个改进
方案为:
方案一:在原风道基础上将分支管一主直管段管壁向内缩进
100mm;
方案二:在原风道基础上将分支管一主直管段沿气流流向后拐
角处管壁向内作小角度斜切,并将相应管段宽度缩减30mm;
方案三:在原风道基础上将分支管一主直管段沿气流流向后拐
角处管壁向内作大角度斜切;
上述各方案中,导流片也作了相应的调整,以均衡两分支管路
中的风量。
3阻力计算
主电动机风道必须满足的条件为:动车组在最高速度下运行,
在保证风量条件下,各支管路中的最大能量损失不应该大于牵引电
动机送风机所提供的风压。
3.1初始条件
牵引电动机的冷却方式为强制风冷式,送风量为20m3/min,静
压为2501pa。
整个计算过程设定为在标准状态下,采用通用阻力计算公式进
行计算。
3.2计算结果分析
主电动机风道外形比较复杂,断面变化很不规则,将整个风道
简化成若干规则变化的组合后进行相关阻力计算。通过计算可知:
原型车风道中分支管一的能量损失要小于分支管二。改进后,分支
管一在截面减小的情况下,阻力有所增加,一方面这对于平衡两分
支管之间的阻力是有利的,但当增加到一定值时,其阻力会大大超
过分支管二,这无疑会增加牵引电动机送风机的载荷,这对于保证
总的送风量是不利的。因此在对风道进行设计过程中,当风道变化
较大时,应同时调整风道内的导流片,以使两分支管之间的阻力差
额减小。
通过计算可以得知各方案之间的阻力变化是不大的,因此在实
际选取的过程中考虑到在原风道基础上进行改动的简便性初步确
定方案三为新风道最佳改造方案。
4试验
为了进一步确定改造后的风道能否满足要求,对原风道和方案
三分别进行试验。
4.1试验情况
为了使气流稳定,保证测试结果准确、可靠,在风道出口增加
一段直管段,测点布置在直管段区域,每一管道布有4个测点。
4.2试验结果及分析
具体测试工况包括:主电机风机分别与两种风道配合,调节风
机出风口面积(65%、70%、80%、90%),从而调整风机风量,在不
同工况下测试风道出口风量。
经测试可知:最大风量情况下,原风道直管段和弯管段出口风
量分配不均匀,直管段风量比弯管段风量大了约20%,但均大大超
过了牵引电机理论所需风量。对于原有风道,鼓风机出风口面积封
堵65%~90%时,直管段风量与弯管段风量之比为1.8~2.0;对改
造后的新风道,鼓风机出风口面积封堵65%~90%时,直管段风量与
弯管段风量之比为1.66~1.9(这一比值偏大,猜测可能是由于封
堵所用的隔板通风口并非关于中心线对称所致。)。封堵面积较大
(≧80%)、风量较小时,改造后的新风道风量比原有风道风量稍小,
但随着封堵面积的减小(≦70%)、风量的增大,两种风道风量基本
相当。
5结论及建议
通过对各设计方案的能量损失计算以及对原风道和选定新风道
的风量测定,可以得到以下基本结论:
1)对于原有风道,直管段比弯管段的风量要大20%。两支管的
风量分配不均匀但都超过了牵引电机理论所需风量20m3/min,满
足要求。
2)正常工况(没有任何封堵)下,新风道直管段和弯管段的压
损不相等,弯管段要大于直管段的压损;直管段与弯管段风量分配
不均匀,前者比后者要大,但均超过了牵引电机理论所需风量。
3)封堵面积较大(≧80%)、风量较小时,改造
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