电力动车组牵引变压器智能冷却系统的制作方法

本实用新型涉及换热技术领域，具体为一种电力动车组牵引变压器智能冷却系统。

背景技术：

目前，应用于电力动车组的智能冷却技术还未得到充分认识和足够重视。现有技术中，电力动车组的车下设备舱内热源所采用的冷却系统存在冷却强度调节不变，能源利用效率不高的缺陷；一些应用于电力动车组的冷却系统如牵引变压器冷却系统、牵引变压器冷却系统、牵引电机冷却系统等仍属于被动冷却系统，这些冷却系统的散热设计标准为满足全负荷时的散热要求，其控制策略为粗放型单点控制方式，冷却系统在低温环境下或部分负荷工况下冷却过度，辅助功率高，造成能源浪费，经济性不好，同时噪音高。

技术实现要素：

本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种能够冷却强度调节方便、能源利用效率高的电力动车组牵引变压器智能冷却系统。

本实用新型的技术手段如下：

一种电力动车组牵引变压器智能冷却系统，所述电力动车组具有设备舱，所述牵引变压器设置于设备舱内，且所包括的热源部件放置于油箱中，所述冷却系统包括：

设置于所述设备舱内的冷却装置；由所述油箱流出的冷却油带走所述热源部件产生的热量；所述冷却装置包括：

与所述油箱通过冷却油循环管路连通的散热器；所述冷却油循环管路包括进油管路和出油管路；

安装在所述出油管路上的油泵；由所述油箱流出的冷却油经由出油管路和油泵进入所述散热器；所述散热器将热量从所述冷却油传递给冷却空气；所述冷却油释放热量后，经由所述进油管路返回至所述油箱；

进一步地，所述设备舱具备设置在所述设备舱侧裙板上的第一空气过滤器；所述散热器具有进风侧和出风侧；所述冷却装置还包括：

设置在所述第一空气过滤器和所述散热器进风侧之间的进气通道；

以及设置在所述散热器出风侧的至少一组风机；

进一步地，所述冷却油循环管路还包括连通所述进油管路和所述出油管路的旁通管路；所述旁通管路上设有第一电控阀门；通过对所述第一电控阀门的控制来调节流入所述冷却装置的冷却油流量；

进一步地，所述风机安装在具有进风口和出风口的风机箱体内；所述冷却装置还包括设置在所述风机箱体侧壁上的热气回流装置；所述热气回流装置包括：与所述风机箱体相连通的回风管路、以及与回风管路和设备舱设定位置处均连通的分布管路；由风机箱体中流出的热空气经过所述回风管路和分布管路回流至所述设备舱设定位置处；所述回风管路上设有第二电控阀门；

进一步地，所述冷却系统还包括：安装在所述出油管路上的流量计、以及与所述油箱相连接的膨胀油箱；

进一步地，所述冷却装置还包括设置在所述散热器进风侧的第二空气过滤器；

进一步地，通过调节所述第二电控阀门的开度来控制回流至设备舱设定位置处的热空气流量，进而使得设备舱内温度不低于预设温度、以及设备舱内压力处于预设压力范围；

另外，所述冷却系统还包括实时监测子系统，该实时监测子系统至少包括：

用于监测所述牵引变压器输入功率的功率监测模块；

用于监测所述散热器的冷却空气进口温度的第一温度监测模块；

用于监测所述散热器的冷却空气进口压力的第一压力监测模块；

用于监测所述散热器的冷却空气进口流速的第一流速监测模块；

用于监测所述油箱的冷却油入口温度的第二温度监测模块；

和用于监测所述散热器的冷却油入口温度的第三温度监测模块；

另外，所述实时监测子系统还包括：

用于监测所述油箱的冷却油入口压力的第二压力监测模块；

用于监测设备舱内温度的第四温度监测模块；

用于监测设备舱内压力的第三压力监测模块；

用于监测所述油箱的冷却油出口温度的第五温度监测模块；

用于监测所述油箱的冷却油出口压力的第四压力监测模块；

用于监测所述热气回流装置的热空气出口温度的第六温度监测模块；

用于监测所述热气回流装置的热空气出口压力的第五压力监测模块；

用于监测所述热气回流装置的热空气出口流速的第二流速监测模块；

用于监测所述风机电流、电压和功率的测试模块；

以及用于监测所述风机转速的转速监测模块。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的电力动车组牵引变压器智能冷却系统，从系统集成和整体角度，统筹热量与热源、整车之间的关系，采用综合控制和系统管理的方式，将与热传递相关的冷却系统各部件集成为一个有效系统，控制和优化热量传递过程，保证各关键部件和冷却系统的安全高效运行，便于完善地管理并合理地利用热能；能够根据电力动车组的运行环境和工况，动态调节风机转速和冷却空气流量，进而控制冷却强度，避免过度冷却；本实用新型所述智能冷却系统可以减少辅助功率消耗，提高散热效率和能源利用效率，经济性相对较好，能够降低噪音，减少噪声对环境的污染，提高动车组乘客的舒适性；另外，本实用新型所述智能冷却系统可以实现车下设备舱环境温度的动态调节，提高设备舱内设备的运用可靠性以及车辆对环境的适应能力，满足电力动车组节能、环保和安全的要求。

附图说明

图1是本实用新型所述智能冷却系统的结构示意图；

图2是本实用新型所述实时监测子系统的结构框图；

图中：1、设备舱，2、牵引变压器，3、旁通管路，4、油箱，5、散热器，6、进油管路，7、出油管路，8、油泵，9、侧裙板，10、第一空气过滤器，11、进气通道，12、风机，13、风机箱体，14、进风口，15、出风口，16、热气回流装置，17、回风管路，18、分布管路，19、设备舱设定位置处，20、第二电控阀门，21、流量计，22、膨胀油箱，23、第二空气过滤器，24、第一电控阀门。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种电力动车组牵引变压器智能冷却系统，所述电力动车组具有设备舱1，所述牵引变压器2设置于设备舱1内，且所包括的热源部件放置于油箱4中，所述冷却系统包括：设置于所述设备舱1内的冷却装置；由所述油箱4流出的冷却油带走所述热源部件产生的热量；所述冷却装置包括：与所述油箱4通过冷却油循环管路连通的散热器5；所述冷却油循环管路包括进油管路6和出油管路7；安装在所述出油管路7上的油泵8；由所述油箱4流出的冷却油经由出油管路7和油泵8进入所述散热器5；所述散热器5将热量从所述冷却油传递给冷却空气；所述冷却油释放热量后，经由所述进油管路6返回至所述油箱4；进一步地，所述设备舱1具备设置在所述设备舱1侧裙板9上的第一空气过滤器10；所述散热器5具有进风侧和出风侧；所述冷却装置还包括：设置在所述第一空气过滤器10和所述散热器5进风侧之间的进气通道11；以及设置在所述散热器5出风侧的至少一组风机12；进一步地，所述冷却油循环管路还包括连通所述进油管路6和所述出油管路7的旁通管路3；所述旁通管路3上设有第一电控阀门24；通过对所述第一电控阀门24的控制来调节流入所述冷却装置的冷却油流量；所述冷却系统还包括：安装在所述出油管路7上的流量计21、以及与所述油箱4相连接的膨胀油箱22；进一步地，所述风机12安装在具有进风口14和出风口15的风机箱体13内；所述冷却装置还包括设置在所述风机箱体13侧壁上的热气回流装置16；所述热气回流装置16包括：与所述风机箱体13相连通的回风管路17、以及与回风管路17和设备舱设定位置处19均连通的分布管路18；由风机箱体13中流出的热空气经过所述回风管路17和分布管路18回流至所述设备舱设定位置处19；所述回风管路17上设有第二电控阀门20；所述冷却装置还包括设置在所述散热器5进风侧的第二空气过滤器23；另外，所述冷却系统还包括智能控制子系统，该智能控制子系统将所述风机12转速划分为[0、n1、n2、……、ni、……、ne]多个转速级别，i取值为0、1、2、……、e；进一步地，所述智能控制子系统以预设冷却效果作为限定条件，根据所述电力动车组的运行参数、所述牵引变压器2的工作参数和设备舱1内环境条件来调节所述风机12转速处于某一所述转速级别，进而实现对所述冷却空气流量的控制；进一步地，所述智能控制子系统通过如下过程获得i工况下的风机12转速ni：采用第一种方式获得i工况下的风机12转速ni′，所述第一种方式如下：①通过公式Q＝N×(1-η)得出i工况下所述牵引变压器2所需散热量Q；其中，N表示i工况下所述牵引变压器2的输入功率、η表示i工况下所述牵引变压器2的效率；②通过公式Q＝ε×Wa×(ta1-to1)和公式Wa＝Va1×ρa1×Cpa1得出i工况下所述散热器5的冷却空气进口流速Va1；其中，ε表示i工况下所述冷却系统的传热效率、Wa表示i工况下所述冷却系统的最小热容量、ta1表示i工况下所述散热器5的冷却空气进口温度、to1表示i工况下所述散热器5的冷却油入口温度、ρa1表示i工况下所述散热器5的冷却空气进口密度、Cpa1表示i工况下所述散热器5的冷却空气进口定压比热；③通过公式ni′＝Va1/Vae×ne获得i工况下的风机12转速ni′；其中，Vae表示额定工况下所述散热器5的冷却空气进口流速、ne表示额定工况下风机12转速；采用第二种方式获得i工况下的风机12转速ni″，所述第二种方式如下：①根据公式Ps＝A1×V²+B1×V+C1得出所需风机12总静压Ps；其中，A1、B1、C1为设定常数，V为风机流量；②根据公式Ps＝A2×Va1^B2得出i工况下所述散热器5所需的冷却空气进口流速Va1；其中，A2、B2为设定常数；③通过公式ni″＝Va1/Vae×ne获得i工况下的风机12转速ni″；其中，Vae表示额定工况下所述散热器5的冷却空气进口流速、ne表示额定工况下风机12转速；比较第一种方式获得的风机12转速ni′、第二种方式获得的风机12转速ni″，将风机12转速ni′和风机12转速ni″中的较大者作为i工况下的风机12转速ni；进一步地，通过调节所述第二电控阀门20的开度来控制回流至设备舱设定位置处19的热空气流量，进而使得设备舱1内温度不低于预设温度、以及设备舱1内压力处于预设压力范围；另外，所述冷却系统还包括实时监测子系统，该实时监测子系统至少包括：用于监测所述牵引变压器2输入功率的功率监测模块；用于监测所述散热器5的冷却空气进口温度的第一温度监测模块；用于监测所述散热器5的冷却空气进口压力的第一压力监测模块；用于监测所述散热器5的冷却空气进口流速的第一流速监测模块；用于监测所述油箱4的冷却油入口温度的第二温度监测模块；和用于监测所述散热器5的冷却油入口温度的第三温度监测模块；另外，所述实时监测子系统还包括：用于监测所述油箱4的冷却油入口压力的第二压力监测模块；用于监测设备舱1内温度的第四温度监测模块；用于监测设备舱1内压力的第三压力监测模块；用于监测所述油箱4的冷却油出口温度的第五温度监测模块；用于监测所述油箱4的冷却油出口压力的第四压力监测模块；用于监测所述热气回流装置16的热空气出口温度的第六温度监测模块；用于监测所述热气回流装置16的热空气出口压力的第五压力监测模块；用于监测所述热气回流装置16的热空气出口流速的第二流速监测模块；用于监测所述风机12电流、电压和功率的测试模块；以及用于监测所述风机12转速的转速监测模块。本实用新型所述冷却空气经由第一空气过滤器10后，通过进气通道11和第二空气过滤器23由进风侧进入散热器5，与所述冷却油进行热交换后形成热空气，该热空气由出风侧和风机箱体13的进风口14流入风机箱体13，一部分经过风机箱体13的出风口15后流出，并最后流向大气环境，另一部分通过热气回流装置16回流至设备舱设定位置处19；所述预设冷却效果可以指所述油箱4的冷却油入口温度to3不大于设定值to3e；所述预设温度可以取值为﹣25℃；所述预设压力范围可以取值为0～500Pa；牵引变压器2所包括的热源部件包括线圈、电抗器等发热部件；所述膨胀油箱22具有液位控制器；所述功率监测模块可以采用电功率测量分析仪；所述第一温度监测模块、第二温度监测模块、第三温度监测模块、第四温度监测模块、第五温度监测模块和第六温度监测模块可以采用温度传感器；所述第一压力监测模块、第二压力监测模块、第三压力监测模块、第四压力监测模块和第五压力监测模块可以采用压力传感器；所述第一流速监测模块、第二流速监测模块采用流速计；所述测试模块可以采用电功率测试分析仪；所述转速监测模块可以采用转速传感器；所述实时监测子系统还包括对流经第一空气过滤器10后的冷却空气温度进行监测的温度传感器、对流经第一空气过滤器10后的冷却空气压力进行监测的压力传感器、设置在设备舱1内主要设备附近的温度传感器和压力传感器、用于监测油箱4压力的压力传感器、用于监测油箱4顶层油温度的温度传感器。

本实用新型所述冷却油循环管路还包括连通所述进油管路6和所述出油管路7的旁通管路3；所述旁通管路3上设有第一电控阀门24；通过对所述第一电控阀门24的控制来调节流入所述冷却装置的冷却油流量；具体地，当电力动车组的运行环境空气温度较低，进而导致牵引变压器2的冷却油温度较低时，通过控制旁通管路3上第一电控阀门24的开度，使一部分油不经冷却直接由出油管路7流向进油管路6，冷热冷却油在进油管路6中混合后流进油箱4，避免过度冷却。

如图1所示，在第i工况下，Pv1表示流经第一空气过滤器10后的冷却空气压力，tv1表示流经第一空气过滤器10后的冷却空气温度，Pa1表示i工况下所述散热器5的冷却空气进口压力，ta1表示i工况下所述散热器5的冷却空气进口温度，Va1表示i工况下所述散热器5的冷却空气进口流速，Pa2表示热气回流装置16的热空气出口压力，ta2表示热气回流装置16的热空气出口温度，Va2表示热气回流装置16的热空气出口流速，N1、N2分别表示风机1的电机输入功率、风机2的电机输入功率，n1、n2分别表示风机1的电机转速、风机2的电机转速，I表示牵引变压器2的输入电流，U表示牵引变压器2的输入电压，N表示牵引变压器2的输入功率，Po1表示油箱4压力，to1表示油箱4顶层油温度，Po2表示油箱4的冷却油出口压力，to2表示油箱4的冷却油出口温度，Po3表示油箱4的冷却油入口压力，to3表示油箱4的冷却油入口温度，Pvi表示设备舱设定位置处19的空气压力，tvi表示设备舱设定位置处19的空气温度。

本实用新型从系统集成和整体角度，统筹热量与热源、整车之间的关系，采用综合控制和系统管理的方式，将与热传递相关的冷却系统各部件集成为一个有效系统，控制和优化热量传递过程，保证各关键部件和冷却系统的安全高效运行，完善地管理并合理地利用热能。

本实用新型提供的电力动车组牵引变压器智能冷却系统，能够根据电力动车组的运行环境和工况，动态调节风机转速和冷却空气流量，进而控制冷却强度，避免过度冷却；本实用新型所述智能冷却系统可以减少辅助功率消耗，提高散热效率和能源利用效率，经济性相对较好，能够降低噪音，减少噪声对环境的污染，提高动车组乘客的舒适性；另外，本实用新型所述智能冷却系统可以实现车下设备舱环境温度的动态调节，提高设备舱内设备的运用可靠性以及车辆对环境的适应能力，满足电力动车组节能、环保和安全的要求。

本实用新型能够实现设备舱内环境温度、压力的控制，保证设备舱内环境温度不低于-25℃，以及设备舱内压力处于微正压0～500Pa，进而有利于减少污脏环境下车外污脏物颗粒进入设备舱，降低污脏对设备舱内部部件的影响和损坏。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。