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【摘 要】CKD8G型内燃机车是为阿根廷国家铁路开发研制的客、货运内燃机车，机车装用MTU 16V4000R43柴油机，装车功率2200kW，机车最大起动牵引力384 kN，最高运行速度120 km/h。介绍了CKD8G型内燃机车冷却水系统的原理组成和各主要部件的技术性能参数，采用了传统散热单节V形布置结构和整体铸铝冷却风扇的设计。
【关键词】内燃机车 冷却水系统 机械胀接式散热器 整体铸铝冷却风扇
一、前言
众所周知，机车柴油机运转时，在柴油机气缸内的燃烧温度高达2000～2500℃。高温燃气和运动件摩擦生成的热量，导致活塞﹑活塞环﹑汽缸套﹑汽缸盖﹑和气门等零件温度升高，引起热负荷增大，导致热变形和热应力的增加，使机械强度和耐磨性下降，破坏润滑油膜的正常功能。若不给以科学合理的冷却，会使柴油机受热包容件造成过热，致使柴油机的充气系数下降，燃烧不正常，造成机油变质和烧损，活塞环﹑活塞和缸套间的磨损加剧，使柴油机的动力性能﹑经济性，可靠性和耐久性均出现恶化。因此，科学而合理的冷却，是不可缺少的。
机车冷却水系统的作用是对柴油机工作在高温条件下的零部件、机油及增压空气进行适当的冷却，使这些零部件工作在适当的温度下，使机油能保持正常工作粘度和性能，保证柴油机发出所要求的功率，提高柴油机的耐久可靠性。
根据柴油机所需冷却的零部件、机油和增压空气的冷却要求，机车冷却水系统把冷却柴油机缸套、汽缸盖、增压器及机油的冷却水称为一个冷却水系统，即高温冷却水系统；冷却增压空气的冷却水系统称为另一个冷却水系统，即低温冷却水系统。
二、系统设计原理
装用了MTU16V4000R43型柴油机的CKD8G型内燃机车冷却水系统由一个高温冷却水系统和一个低温冷却水系统组成。其中柴油机高温散热量为1275KW，低温散热量为260KW。
CKD8G型内燃机车冷却水系统由6排管改进型机械胀接式散热器（由高温32组和低温12组散热单节组成）、两个直径1400mm整体铸铝轴流式冷却风扇和膨胀水箱等主要部件组成。冷却室钢结构为V型结构，散热单节布置在冷却室钢结构两侧，其余组成系统的部件安装在钢结构框架上。
冷却水系统工作原理如图1所示，柴油机起动后，系统中的高低温冷却水分别由柴油机高、低温水泵驱动在各自水系统中循环。
高温水经过柴油机机油热交换器、缸套、汽缸盖及增压器后，从柴油机高温冷却水出口流出，进入高温散热器，将柴油机产生的大量热量传给高温散热器（1275KW），由冷却风扇吸风冷却将热量带走，冷却后的高温水再进入柴油机高温水泵，如此循环，保证了柴油机的正常工作温度。
低温水经过柴油机中冷器，将增压空气的热量吸收，然后经过柴油机低温冷却水出口，进入低温散热器，将热量传给低温散热器，由冷却风扇吸风冷却将热量带走，冷却后的低温水再进入柴油机低温水泵，如此循环。
车下设有上水管，为整个冷却水系统补水，膨胀水箱下部设有补水管，分别为高低温水系统补水，保证泵前正压。散热器的排气管连到膨胀水箱，通过水箱压力阀排出，保证冷却水系统的封闭性。
1.柴油机、2.高温水泵、3.低温水泵、4.拉截塞门、5.高温散热器、6.低温散热器、7.油水热交换器、8膨胀水箱
图1 冷却水系统工作示意图
图2为冷却装置的组成示意图，散热单节以V型排列在冷钢两侧，冷却风扇安装在钢结构的顶部，由静液压马达驱动，采用吸风冷却方式。膨胀水箱安装固定在冷却装置靠近动力室侧的外侧，处于冷却系统的最高位置。机车的冷却装置采用了模块化设计思路，将冷却装置设计成一个独立吊装的整体，全部在车下生产组装，然后整体固定在机车上。模块化设计不仅优化了生产工艺，可以更好地保证模块小单元的正确组装，同时也简化了组装工序。
图2 冷却装置示意图
三、冷却系统的主要部件及性能
（一）机械胀接式散热器。CKD8G型内燃机车冷却水系统散热器为6排管改进型机械胀接式散热器（由高温32组和低温12组散热单节组成）。传统8排管散热单节的内部阻力较高，而且散热单节通过联接管的阻力也很高。根据MTU16V4000R43型柴油机的阻力要求，传统8排管散热单节不能满足MTU柴油机要求。因此需要对传统散热单节进行优化设计，将传统8排管散热单节改为6排管散热单节，来达到降低散热器水阻力的目的。减少散热器行程，从而降低散热器阻力的目的。改变散热器联接箱结构，增加联接管截面积，来达到降低散热器阻力的目的。经过计算，高低温均采用3个水流程，采用6排管改进型散热单节，可以将高低温水流速控制在0.75m/s，根据阻力与流速对照表，一个散热单节阻力为0.1bar，3个流程阻力为0.3bar，加上管路阻力，可以基本满足要求。
根据MTU16V4000R43型柴油机的热量参数及水泵曲线，同时考虑到使用过程中散热器上附着的灰尘会降低散热效率等因素，在热量计时留有10%的余量，利用对数温差法进行冷却计算。计算得出在环境温度45℃时，高温水系统需要32组6排管散热单节，3个流程；低温水系统需要12组6排管散热单节，3个流程。
（二）冷却风扇。根据CKD8G型机车冷却系统设计的总体要求，以及散热器的参数等情况，选用了2个直径1400mm的整体铸铝冷却风扇，安装在冷却室钢结构的顶部，由静液压马达驱动。冷却风扇最高转速：1350r/min ，风量Q=30m3/s ，风压P=1576Pa。与以往的焊接式冷却风扇相比，整体铸铝冷却风扇具有更好的安全性和可靠性，可避免由于焊接质量和焊接工艺等不良因素而造成的安全隐患，能更好地满足机车冷却系统的要求。
（三） 膨胀水箱。该型机车的膨胀水箱安装在冷却装置靠近动力室端，处于系统的最高位置。其结构为不锈钢板焊接箱体，安装有压力阀、液位计和液位开关，连通水箱的有放气管、补水管、溢水管和加水口。膨胀水箱分为高温和低温两个部分，中间采用钢板隔开，钢板底部开φ10孔，当一端缺水时，另一端可以及时为之补充。水箱上装有相对压力1MPa的压力调节阀，形成加压封闭式循环水系统，既使冷却水循环保持一定正压，又避免冷却水汽化流失。当水箱内压力高于大气压力1MPa时，压力阀开启，使水箱内压力不致过高。膨胀水箱设有一个低水位报警装置，当水箱水位过低时，报警装置向机车微机发出报警信号，收到信号的微机控制柴油机紧急停机，司乘人员应立即检查冷却系统是否有漏泄。这种设计能够避免柴油机因缺水导致水温过高，能够更好的保护柴油机。
四、结束语
通过以上介绍，说明了CKD8G型机车冷却水系统的设计和部件的性能，能够满足MTU 16V4000R43柴油机的工作需要。上排水管路布局合理，方便用户补水和排水。膨胀水箱的改进使高低温水实现互补，压力调节阀和低水位报警器的运用增强了膨胀水箱的功能性和可控性。
通过在水阻试验过程中对CKD8G型机车的检验和在实际运用中的检测，冷却水系统的各部件均能正常工作，保证了柴油机的正常工作。
参考文献：
[1]杨世铭，陶文铨.传热学.高等教育出版社，1998.
[2]王连森.内燃机车检修.北京：中国铁道出版社，2007.
[3]王学明.铁道机车总体技术.西南交通大学出版社，2009.
【关键词】内燃机车 冷却水系统 机械胀接式散热器 整体铸铝冷却风扇
一、前言
众所周知，机车柴油机运转时，在柴油机气缸内的燃烧温度高达2000～2500℃。高温燃气和运动件摩擦生成的热量，导致活塞﹑活塞环﹑汽缸套﹑汽缸盖﹑和气门等零件温度升高，引起热负荷增大，导致热变形和热应力的增加，使机械强度和耐磨性下降，破坏润滑油膜的正常功能。若不给以科学合理的冷却，会使柴油机受热包容件造成过热，致使柴油机的充气系数下降，燃烧不正常，造成机油变质和烧损，活塞环﹑活塞和缸套间的磨损加剧，使柴油机的动力性能﹑经济性，可靠性和耐久性均出现恶化。因此，科学而合理的冷却，是不可缺少的。
机车冷却水系统的作用是对柴油机工作在高温条件下的零部件、机油及增压空气进行适当的冷却，使这些零部件工作在适当的温度下，使机油能保持正常工作粘度和性能，保证柴油机发出所要求的功率，提高柴油机的耐久可靠性。
根据柴油机所需冷却的零部件、机油和增压空气的冷却要求，机车冷却水系统把冷却柴油机缸套、汽缸盖、增压器及机油的冷却水称为一个冷却水系统，即高温冷却水系统；冷却增压空气的冷却水系统称为另一个冷却水系统，即低温冷却水系统。
二、系统设计原理
装用了MTU16V4000R43型柴油机的CKD8G型内燃机车冷却水系统由一个高温冷却水系统和一个低温冷却水系统组成。其中柴油机高温散热量为1275KW，低温散热量为260KW。
CKD8G型内燃机车冷却水系统由6排管改进型机械胀接式散热器（由高温32组和低温12组散热单节组成）、两个直径1400mm整体铸铝轴流式冷却风扇和膨胀水箱等主要部件组成。冷却室钢结构为V型结构，散热单节布置在冷却室钢结构两侧，其余组成系统的部件安装在钢结构框架上。
冷却水系统工作原理如图1所示，柴油机起动后，系统中的高低温冷却水分别由柴油机高、低温水泵驱动在各自水系统中循环。
高温水经过柴油机机油热交换器、缸套、汽缸盖及增压器后，从柴油机高温冷却水出口流出，进入高温散热器，将柴油机产生的大量热量传给高温散热器（1275KW），由冷却风扇吸风冷却将热量带走，冷却后的高温水再进入柴油机高温水泵，如此循环，保证了柴油机的正常工作温度。
低温水经过柴油机中冷器，将增压空气的热量吸收，然后经过柴油机低温冷却水出口，进入低温散热器，将热量传给低温散热器，由冷却风扇吸风冷却将热量带走，冷却后的低温水再进入柴油机低温水泵，如此循环。
车下设有上水管，为整个冷却水系统补水，膨胀水箱下部设有补水管，分别为高低温水系统补水，保证泵前正压。散热器的排气管连到膨胀水箱，通过水箱压力阀排出，保证冷却水系统的封闭性。
1.柴油机、2.高温水泵、3.低温水泵、4.拉截塞门、5.高温散热器、6.低温散热器、7.油水热交换器、8膨胀水箱
图1 冷却水系统工作示意图
图2为冷却装置的组成示意图，散热单节以V型排列在冷钢两侧，冷却风扇安装在钢结构的顶部，由静液压马达驱动，采用吸风冷却方式。膨胀水箱安装固定在冷却装置靠近动力室侧的外侧，处于冷却系统的最高位置。机车的冷却装置采用了模块化设计思路，将冷却装置设计成一个独立吊装的整体，全部在车下生产组装，然后整体固定在机车上。模块化设计不仅优化了生产工艺，可以更好地保证模块小单元的正确组装，同时也简化了组装工序。
图2 冷却装置示意图
三、冷却系统的主要部件及性能
（一）机械胀接式散热器。CKD8G型内燃机车冷却水系统散热器为6排管改进型机械胀接式散热器（由高温32组和低温12组散热单节组成）。传统8排管散热单节的内部阻力较高，而且散热单节通过联接管的阻力也很高。根据MTU16V4000R43型柴油机的阻力要求，传统8排管散热单节不能满足MTU柴油机要求。因此需要对传统散热单节进行优化设计，将传统8排管散热单节改为6排管散热单节，来达到降低散热器水阻力的目的。减少散热器行程，从而降低散热器阻力的目的。改变散热器联接箱结构，增加联接管截面积，来达到降低散热器阻力的目的。经过计算，高低温均采用3个水流程，采用6排管改进型散热单节，可以将高低温水流速控制在0.75m/s，根据阻力与流速对照表，一个散热单节阻力为0.1bar，3个流程阻力为0.3bar，加上管路阻力，可以基本满足要求。
根据MTU16V4000R43型柴油机的热量参数及水泵曲线，同时考虑到使用过程中散热器上附着的灰尘会降低散热效率等因素，在热量计时留有10%的余量，利用对数温差法进行冷却计算。计算得出在环境温度45℃时，高温水系统需要32组6排管散热单节，3个流程；低温水系统需要12组6排管散热单节，3个流程。
（二）冷却风扇。根据CKD8G型机车冷却系统设计的总体要求，以及散热器的参数等情况，选用了2个直径1400mm的整体铸铝冷却风扇，安装在冷却室钢结构的顶部，由静液压马达驱动。冷却风扇最高转速：1350r/min ，风量Q=30m3/s ，风压P=1576Pa。与以往的焊接式冷却风扇相比，整体铸铝冷却风扇具有更好的安全性和可靠性，可避免由于焊接质量和焊接工艺等不良因素而造成的安全隐患，能更好地满足机车冷却系统的要求。
（三） 膨胀水箱。该型机车的膨胀水箱安装在冷却装置靠近动力室端，处于系统的最高位置。其结构为不锈钢板焊接箱体，安装有压力阀、液位计和液位开关，连通水箱的有放气管、补水管、溢水管和加水口。膨胀水箱分为高温和低温两个部分，中间采用钢板隔开，钢板底部开φ10孔，当一端缺水时，另一端可以及时为之补充。水箱上装有相对压力1MPa的压力调节阀，形成加压封闭式循环水系统，既使冷却水循环保持一定正压，又避免冷却水汽化流失。当水箱内压力高于大气压力1MPa时，压力阀开启，使水箱内压力不致过高。膨胀水箱设有一个低水位报警装置，当水箱水位过低时，报警装置向机车微机发出报警信号，收到信号的微机控制柴油机紧急停机，司乘人员应立即检查冷却系统是否有漏泄。这种设计能够避免柴油机因缺水导致水温过高，能够更好的保护柴油机。
四、结束语
通过以上介绍，说明了CKD8G型机车冷却水系统的设计和部件的性能，能够满足MTU 16V4000R43柴油机的工作需要。上排水管路布局合理，方便用户补水和排水。膨胀水箱的改进使高低温水实现互补，压力调节阀和低水位报警器的运用增强了膨胀水箱的功能性和可控性。
通过在水阻试验过程中对CKD8G型机车的检验和在实际运用中的检测，冷却水系统的各部件均能正常工作，保证了柴油机的正常工作。
参考文献：
[1]杨世铭，陶文铨.传热学.高等教育出版社，1998.
[2]王连森.内燃机车检修.北京：中国铁道出版社，2007.
[3]王学明.铁道机车总体技术.西南交通大学出版社，2009.