一种基于多元控制的机车车辆多模式液冷系统的制作方法

本发明涉及换热，尤其涉及一种基于多元控制的机车车辆多模式液冷系统。

背景技术：

1、目前，机车车辆牵引设备冷却系统主要有四种冷却方式，即强迫通风直接冷却、走行风相变冷却、强迫通风相变冷却、强迫通风液体循环冷却等。其中强迫通风直接冷却和走行风相变冷却方式一般用于发热功率较小的电力电子器件的冷却，例如强迫通风直接冷却方式用于牵引电机冷却，走行风相变冷却方式用于地铁车辆牵引逆变器冷却；对于功率较大的机车和动车组的牵引变压器和牵引变流器，通常采用强迫通风液体循环冷却方式，少量牵引变流器采用强迫通风相变冷却方式。因此，对于较大功率等级的机车车辆牵引设备用冷却系统，冷却空气都是由风机提供的，牵引功率提高，牵引设备发热量大，散热功率要求随之提高。

2、随着对轨道交通运载装备节能降耗和环保要求的不断提高，如何利用列车运行时产生的走行风对大功率机车车辆牵引设备进行冷却，已引起主机工厂的关注，但目前尚无相关研究成果。

3、列车运行时，因列车与环境空气的相对运动会产生走行风。走行风速产生的空气压力p＝ζρv2/2，式中ζ为系数，ρ为空气密度，v为空气流速。如果不考虑其它部件遮挡，仅考虑列车运行时走行风产生的压力，按常规冷却系统设计时海拔1500m、温度40℃的环境条件考虑，若列车运行速度为100km/h，可产生约360pa压力，若列车运行速度为200km/h，可产生约1450pa压力，若列车运行速度为300km/h，可产生约3250pa压力。可见，走行风产生的压力随着列车运行速度的提高而增加，当列车运行速度超过100km/h后，走行风产生的压力效果更明显。

4、以电动车组为例，城际动车组一般运行时速160公里～200公里，高速动车组一般运行时速200公里～350公里。一般地，上述电动车组牵引变压器和牵引变流器既有强迫通风液体循环冷却系统(以下简称液冷系统)对风机静压的需求在1000～2000pa左右。因此，充分利用列车运行产生的压力作为液冷系统冷却空气流动的动力，可部分甚至全部满足液冷系统的通风需求，这将产生明显的节能降噪效果。

5、目前，部分地铁车辆牵引逆变器采用走行风相变冷却方式。由于地铁车辆牵引逆变器功率较小，相应的热损耗量也较小，且地铁站间距离较短，车辆频繁启停，牵引逆变模块不需要持续做功，因此有一定的热缓冲效果，对冷却系统的散热能力要求较低。所以，一般地铁车辆牵引逆变器采用走行风相变冷却系统，其核心部件为铜制热管散热器。热管散热器由内置相变工质的l形热管、散热片和基板等构成，基板一侧面安装电力电子器件，另一侧面安装l形热管。工作时热管内部工质通过蒸发吸收电力电子器件传递给基板的热量，工质蒸汽在热管冷凝段冷却为液体后依靠重力回流至蒸发段，循环往复。走行风相变冷却系统不需要设置风机、水泵以及辅助供电装置，主要冷量来源于车辆运行时相对空气运动的对流换热和热管散热器的相变散热，具有噪音低，能耗低，可靠性高，列车维护维修工作量少等特点，但是散热能力有限，只适合中小功率等级电力电子器件散热。

6、机车和动车组与地铁车辆不同，功率等级大、运行速度高，需要保持持续足够的冷却能力才能满足牵引变压器、牵引变流器和牵引电机等牵引设备长时间高功率做功的散热需求。

7、目前，机车和动车组牵引设备一般采用强制通风液冷系统，该液冷系统主要由散热器、风机组、泵、管路及管件等构成，在散热器前或散热器后布置风机组，将冷却空气强制引入散热器内与高温介质换热，风机是强制通风液冷系统中冷却空气的唯一来源，随着牵引设备散热要求的提高，对风机通风能力的需求加大，这必将带来风机功率消耗增加，噪音增大的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于多元控制的机车车辆多模式液冷系统，以解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种基于多元控制的机车车辆多模式液冷系统，包括冷却装置、发热部件、泵、膨胀箱以及监控单元；

4、所述冷却装置包括沿机车行驶方向依次设置的第一引风机构、第一风筒、第二风筒以及第二引风机构；第一引风机构和第二引风机构内设风道，所述风道两侧沿竖向方向设置有辅助风窗，辅助风窗包括安装框、设置在安装框内部的若干叶片轴以及安装在叶片轴上可转动的若干叶片；机车运行时，走行风进入第一引风机构驱动第一引风机构的叶片转动，将位于第一引风机构内的辅助风窗关闭，进入第二引风机构驱动第二引风机构的叶片转动，使位于第二引风机构内的辅助风窗开启；

5、风机组设置在第一风筒或第二风筒内；散热器组件设置在所述第一风筒及第二风筒外侧，散热器组件分别与膨胀箱以及发热部件通过管路连接，所述泵通过管路与所述散热器组件以及所述发热部件连接；所述第一风筒内设置有第一风速传感器、第一空气压力传感器以及与第一空气温度传感器，第二风筒内设置有第二风速传感器、第二空气压力传感器以及第二空气温度传感器；

6、所述监控单元用于获取风速传感器、空气压力传感器以及空气温度传感器数据，计算得到冷却装置进风口的空气密度以及列车运行速度设定值；再根据监控单元内置计算机程序计算得到冷却装置进风口空气流速设定值，根据列车当前运行速度与列车运行速度设定值的比较结果以及冷却装置进风口当前空气流速与空气流速设定值的比较结果，调节液冷系统的供风模式。

7、进一步的，所述叶片包括叶片本体、连接部以及限位部；

8、所述叶片本体上下两端分别通过所述连接部与叶片轴连接；

9、限位部与叶片本体连接，叶片本体上设有第一接触面，限位部上设有第二接触面，所述第一接触面与所述第二接触面分别设于所述叶片轴的两侧；连接部上设有限位面；

10、走行风驱动所述辅助风窗关闭时，由进风口一侧向出风口一侧的方向上，后一个叶片的叶片本体依次搭接与前一个叶片的连接部上，且后一个叶片的第一接触面与前一个叶片的第二接触面抵接；当走行风驱动辅助风窗开启时，由进风口一侧向出风口一侧的方向上，前一个叶片的第一接触面与后一个叶片的连接部的第二接触面之间存在间隙，且所述连接部的限位面与安装框的内壁抵接，此时，所述叶片本体远离所述第二接触面一侧的叶片面与所述安装框内壁的夹角为α，α＜45°。

11、进一步的，所述供风模式包括以下三种模式：

12、1)供风模式一：走行风供风模式

13、当列车运行速度达到设定速度vc1、且冷却装置进口空气流速达到设定值v1时，冷却装置采用走行风供风模式；

14、2)供风模式二：走行风和风机组复合供风模式

15、当列车运行速度达到设定速度vc1、但冷却装置进口空气流速小于设定值v1时，冷却装置采用走行风和风机组复合供风模式；

16、当列车运行速度≥0且＜vc1时，冷却装置采用走行风和风机组复合供风模式；

17、3)供风模式三：风机组供风模式

18、当列车静止、且牵引系统工作时，冷却装置采用风机组供风模式。

19、进一步的，机车车辆下侧无设备舱时，所述冷却装置沿第一风筒至第二风筒设置方向的中心线与机车运行方向的夹角θ为0～60°；

20、机车车辆下侧设置有设备舱时，所述冷却装置沿第一风筒至第二风筒设置方向的中心线与机车运行方向的夹角θ为30～90°。

21、进一步的，所述叶片还包括支撑板，所述支撑板设于所述叶片本体的自由端一端，且支撑板与连接部分别设于叶片本体的两侧，所述支撑板具有抵接面，当所述辅助风窗关闭，按列车运行方向，设于右侧的叶片的叶片本体的第一接触面与设于左侧的叶片的连接部的第二接触面抵接时，所述支撑板的抵接面与所述安装框的内壁抵接。

22、进一步的，第一引风机构的宽度由远离第一风筒一侧向靠近第一风筒一侧的方向逐渐缩小；第二引风机构的宽度由远离第二风筒一侧向靠近第二风筒一侧的方向逐渐缩小。

23、进一步的，所述安装框内安装有上安装座和下安装座，下安装座内设有具有光滑内壁的安装孔，所述上安装座内部上侧和下侧分别设有螺纹孔与光滑内壁的安装孔，所述叶片轴上端设于所述安装孔内，紧固件将所述上安装座固定在所述安装框上框板下侧，所述叶片轴下端设于固定在安装框下框板上的下安装座的安装孔内。

24、进一步的，机车车辆下侧设置设备舱时，第一引风机构远离第一风筒的一侧向远离第一风筒的方向依次连接有第一延伸引风机构和第一设备舱侧裙板，第二引风机构远离第二风筒的一侧向远离第二风筒的方向依次连接有第二延伸引风机构和第二设备舱侧裙板；

25、第一延伸引风机构与第一设备舱侧裙板之间以及第二延伸引风机构和第二设备舱侧裙板之间均设有密封件。

26、进一步的，所述风机组采用可逆风机。

27、进一步的，所述第一风速传感器和第二风速传感器分别设置在所述第一风筒和第二风筒内的空气流路中；第二温度传感器和第一温度传感器分别设置在发热部件进口和出口的管路内；

28、所述泵与所述散热器组件之间设有液流继电器。

29、本发明的有益效果是：

30、本发明中公开的一种基于多元控制的机车车辆多模式液冷系统，设置的第一引风机构和第二引风机构具有辅助风窗，辅助风窗叶片可转动设置，当机车运行时，产生的走行风从第一引风机构进入冷却装置，在风压的作用下，驱动辅助风窗叶片转动，将第一引风机构风道两侧的辅助风窗关闭，第二引风机构侧壁的辅助风窗开启，能够最大限度的捕捉走行风进入冷却装置，提高散热能力，同时能够增大出风面积，减少系统阻力消耗，提高风量；由于一部分冷却空气来自走行风，所以即使辅助强迫通风，液冷系统需求的风机流量也较小，噪音低、功耗小；本发明利用列车运行时产生的走行风与风机组共同配合，为液冷系统散热提供充足的冷却空气，既保证了液冷系统运行可靠性，同时也降低了液冷系统能耗和噪声。