一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及鐵路機(jī)車用制動(dòng)電阻裝置，適用于內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、輕軌機(jī)車 及動(dòng)車，特別是一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置的作用是當(dāng)機(jī)車實(shí)施電制動(dòng)時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，由 風(fēng)機(jī)將熱能散播到空氣中。
[0003] 受機(jī)車空間限制以及出風(fēng)口空氣最高溫度、電阻帶最高溫度等因素限制，制動(dòng)電 阻最大使用功率受到極大限制。
[0004] 現(xiàn)有的強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻器如圖1所示，包括風(fēng)機(jī)單元和電阻柜，電阻柜中電 氣回路電阻由多列結(jié)構(gòu)相同的電阻段串聯(lián)而成，在不考慮輻射散熱的影響，穩(wěn)態(tài)時(shí)電阻柜 發(fā)熱量等于冷卻空氣換熱量，所交換的熱量全部用于空氣加熱，于是有如下關(guān)系：
[0005] 電阻柜發(fā)熱量P = I2R，其中回路電阻R為各電阻段阻值之和，BP :
[0006] R =
[0007] 冷卻空氣和電阻帶之間換熱量：φ = Ah Atm，式中Atm為空氣和電阻帶表面的平 均溫差；冷卻空氣吸收的熱量：Q = cp qniA t，式中Δ t冷卻空氣溫升；
[0008] 穩(wěn)態(tài)時(shí) P = Φ = Q，即 I2R = Ah Δ tm= c p qm Δ t
[0009] 將電阻柜入口、出口處的空氣溫度、電阻帶溫度分別定義為t。、tJP T。、Tn，當(dāng)電阻 段采用相同材料、相同結(jié)構(gòu)時(shí)，有札=R2=…=Rn，各電阻段串聯(lián)，電流I相等，由P = 1? 知各電阻段發(fā)熱功率Pi = P 2 =…=P n，熱流密度均勻，換熱系數(shù)h可認(rèn)為沿流動(dòng)方向相同， 因此，電阻帶和空氣之間的溫差也近似不變，空氣溫度和電阻帶溫度均呈線性變化，其溫度 曲線如圖2所示，將兩條溫度線和坐標(biāo)系圍成的平行四邊形面積定義為S，則S =△ t^x，又 因 Φ =AhAtni，對(duì)于特定結(jié)構(gòu)的電阻柜而言散熱面積A = kx，k為常數(shù)，將上述關(guān)系進(jìn)行無 量綱處理后可得
，該式的意義在于用電阻帶和空氣溫度線和坐標(biāo)系圍 成的面積來表征該區(qū)域內(nèi)的換熱量。面積S越大，則系統(tǒng)的功率容量越大。
[0010] 當(dāng)冷卻系統(tǒng)所提供的空氣質(zhì)量流量qm為確定值時(shí)，特定空間結(jié)構(gòu)內(nèi)電阻柜所能加 載的最大功率Pm主要受到電阻柜出口處空氣溫升At及電阻帶最高溫度Tn的限制。例如 GB/T 25118-2010中規(guī)定At < 200°C，Tn的限值一般在產(chǎn)品技術(shù)條件中規(guī)定?，F(xiàn)有的技術(shù) 方案缺陷在于：當(dāng)電阻柜出口處電阻帶最高溫度1；達(dá)到最大限值時(shí)，入口處電阻帶溫度T。 仍較低，對(duì)散熱能力造成極大浪費(fèi)。
[0011] 本實(shí)用新型的目的是提供一種在散熱風(fēng)機(jī)所提供質(zhì)量流量不增加的情況下，實(shí)現(xiàn) 功率擴(kuò)容或溫度裕量增加的鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置。
[0012] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻 裝置，其特征是：它至少包括風(fēng)機(jī)單元和電阻柜，電阻柜的電氣回路由多列結(jié)構(gòu)相同的電氣 回路電阻串聯(lián)而成，風(fēng)機(jī)單元通過電阻柜的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入電阻柜中，將依次對(duì)串聯(lián)電阻強(qiáng)迫 風(fēng)冷，沿風(fēng)冷流道方向的各電阻段阻值按階梯狀排布。
[0013] 所述的階梯狀排布是進(jìn)風(fēng)口大，出風(fēng)口小，gp :R/ >R2' >~>Rn'。
[0014] 所述的各電阻段阻值按階梯狀排布通過各電阻段分配不同的材料電阻率p，使各 電阻段阻值&的階梯遞減分布，實(shí)現(xiàn)A t m的階梯遞減分布。
[0015] 所述的各電阻段阻值按階梯狀排布通過改變各電阻段截面S'，使各電阻段阻值 比的階梯遞減分布，實(shí)現(xiàn)△ t ""的階梯遞減分布。
[0016] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：在散熱風(fēng)機(jī)所提供空氣質(zhì)量流量qni、初始環(huán)境相同時(shí)：
[0017] ⑴功率P不變時(shí)，可降低電阻帶最高溫度Tn，從而增加產(chǎn)品可靠性；
[0018] ⑵電阻帶最高溫度Τη不變時(shí)，可增加功率容量Ρ，提高產(chǎn)品效率。
[0019] 在產(chǎn)品應(yīng)用中綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、可行性及效率來決定電阻帶溫度線的斜率，其傾 斜程度表示可對(duì)現(xiàn)有容量的擴(kuò)容的程度。
[0020] 下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例制動(dòng)電阻工作原理示意圖；
[0022] 圖2是現(xiàn)有制動(dòng)電阻裝置的空氣及電阻帶沿流動(dòng)方向的溫度分布；
[0023] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的空氣及電阻帶沿流動(dòng)方向的溫度分布；
[0024] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例電阻段階梯排布溫度分布。
[0025] 圖中，1、風(fēng)機(jī)單元；2、電阻柜；3、電氣回路電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝 置，它至少包括：風(fēng)機(jī)單元1和電阻柜2,電阻柜2的電氣回路由多列結(jié)構(gòu)相同的電氣回路 電阻3串聯(lián)而成，風(fēng)機(jī)單元1通過電阻柜2的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入電阻柜2中，將依次對(duì)串聯(lián)電阻強(qiáng) 迫風(fēng)冷，沿風(fēng)冷流道方向的各電阻段阻值按階梯狀排布，保持總阻值不變，在不考慮輻射散 熱的影響，穩(wěn)態(tài)時(shí)電阻柜2發(fā)熱量等于冷卻空氣換熱量，所交換的熱量全部用于空氣加熱， 于是有如下關(guān)系：
[0027] 電阻柜2發(fā)熱量P = I2R，其中電氣回路電阻R為各電阻段阻值之和，ΒΡ :
[0028] R =
[0029] 冷卻空氣和電阻帶之間換熱量：Φ = Ah Atni，式中Atni為空氣和電阻帶表面的平 均溫差；冷卻空氣吸收的熱量：Q = cp qniA t，式中Δ t冷卻空氣溫升；
[0030] 穩(wěn)態(tài)時(shí) P = Φ = Q，即 I2R = Ah Δ tm= c p qm Δ t (1)
[0031] 將沿流道方向的各電阻段阻值按階梯狀排布，保持總阻值不變，即：如附圖4所 示，R/ >R2，>…>Rn'，且R = R/ +R2' +···+&'從而各電阻段所分配的功率P/ > P2' >…>Pn，且P = P/ +P2' +…+Pn'，又Pn，，對(duì)于典型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電 阻而言，雷諾數(shù)Re = 2 X 102,按空氣外掠平板層流對(duì)流換熱處理，則
通過查閱空氣熱物理性質(zhì)可知，hn沿流動(dòng)方向單調(diào)遞增，因此有R n〇c Δ t m，又由」
通 過各電阻段分配不同的材料電阻率P或改變各電阻段截面S'，來實(shí)現(xiàn)各電阻段阻值比的 階梯遞減分布，實(shí)現(xiàn)△ 的階梯遞減分布；在根據(jù)
來確定電阻帶溫度曲 線的斜率。
[0032] 綜上所述，本實(shí)用新型使電阻帶出口處溫度Tn降低至T n'、入口處溫度T。升高至 T。'，使電阻帶和空氣溫度線和坐標(biāo)系圍成的面積和原面積相等，即S' =S，模型簡化后的 溫度曲線（如圖3所示），將面積Si割補(bǔ)到S 2，通過削峰填谷的方法，在不改變總面積S的 前提下，將電阻帶最高溫度?\降低至Tn'，又因 S〇ccD，由此可得出如下結(jié)論：
[0033] 對(duì)于特定的散熱系統(tǒng)，通過電阻柜2中各電阻段阻值的遞減排布，可在原有技術(shù) 方案基礎(chǔ)上減小沿流動(dòng)方向電阻帶溫度曲線的斜率。從而在總功率P不變時(shí)，降低電阻帶 最高溫度Tn，增加產(chǎn)品可靠性；或者在電阻帶最高溫度Tn不變時(shí)，增加電阻柜2的功率容 量，提高空間利用率。
[0034] 本實(shí)用新型中，公式中的符號(hào)見附表1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置，其特征是：它至少包括風(fēng)機(jī) 單元（1)和電阻柜（2)，電阻柜（2)由多列結(jié)構(gòu)相同的電氣回路電阻（3)串聯(lián)而成，風(fēng)機(jī)單 元（1)通過電阻柜（2)的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入電阻柜（2)中，將依次對(duì)串聯(lián)電阻強(qiáng)迫風(fēng)冷，沿風(fēng)冷流 道方向的各電阻段阻值按階梯狀排布。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置，其特 征是：所述的階梯狀排布是進(jìn)風(fēng)口大，出風(fēng)口小，即：R/ >R2' >~>Rn'。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置，其特 征是：所述的各電阻段阻值按階梯狀排布通過各電阻段分配不同的材料電阻率P，使各電 阻段阻值&的階梯遞減分布，實(shí)現(xiàn)Atm的階梯遞減分布。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置，其特 征是：所述的各電阻段阻值按階梯狀排布通過改變各電阻段截面S'，使各電阻段阻值比 的階梯遞減分布，實(shí)現(xiàn)△ 的階梯遞減分布。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及鐵路機(jī)車用制動(dòng)電阻裝置，適用于內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、輕軌機(jī)車及動(dòng)車，特別是一種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置，其特征是：它至少包括風(fēng)機(jī)單元(1)和電阻柜(2)，電阻柜(2)由多列結(jié)構(gòu)相同的電氣回路由電氣回路電阻(3)串聯(lián)而成，風(fēng)機(jī)單元(1)通過電阻柜(2)的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入電阻柜(2)中，將依次對(duì)串聯(lián)電阻強(qiáng)迫風(fēng)冷，沿風(fēng)冷流道方向的各電阻段阻值按階梯狀排布，這種鐵路機(jī)車用功率增大型強(qiáng)迫風(fēng)冷式制動(dòng)電阻裝置在散熱風(fēng)機(jī)所提供質(zhì)量流量不增加的情況下，實(shí)現(xiàn)功率擴(kuò)容或溫度裕量的增加。
【IPC分類】H01C1/082, B60L7/02
【公開號(hào)】CN205033956
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520789605
【發(fā)明人】王峰, 吳志東, 陳超, 武陽
【申請(qǐng)人】西安鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年10月12日