一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻方法技术

本发明专利技术涉及铁路机车用制动电阻装置，适用于内燃机车、电力机车、轻轨机车及动车，特别是一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻方法，其特征是：它至少包括：风机单元(1)和电阻柜(2)，电阻柜(2)的电气回路由多列结构相同的电气回路电阻(3)串联而成，风机单元(1)通过电阻柜(2)的进风口进入电阻柜(2)中，将依次对串联电阻强迫风冷，沿风冷流道方向的各电阻段阻值按阶梯状排布，保持总阻值不变。这种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻方法在散热风机所提供质量流量不增加的情况下，实现功率扩容或温度裕量的增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁路机车用制动电阻装置，适用于内燃机车、电力机车、轻轨机车及动车，特别是一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻方法。
技术介绍
强迫风冷式制动电阻装置的作用是当机车实施电制动时，将电能转化为热能，由风机将热能散播到空气中。受机车空间限制以及出风口空气最高温度、电阻带最高温度等因素限制，制动电阻最大使用功率受到极大限制。现有的强迫风冷式制动电阻器如图1所示，包括风机单元和电阻柜，电阻柜中电气回路电阻由多列结构相同的电阻段串联而成，在不考虑辐射散热的影响，稳态时电阻柜发热量等于冷却空气换热量，所交换的热量全部用于空气加热，于是有如下关系：电阻柜发热量P＝I2R，其中回路电阻R为各电阻段阻值之和，即：R＝R1+R2+…+Rn；冷却空气和电阻带之间换热量：Φ＝AhΔtm，式中Δtm为空气和电阻带表面的平均温差；冷却空气吸收的热量：Q＝cpqmΔt，式中Δt冷却空气温升；稳态时P＝Ф＝Q，即I2R＝AhΔtm＝cpqmΔt将电阻柜2入口、出口处的空气温度、电阻带温度分别定义为t0、tn和T0、Tn，当电阻段采用相同材料、相同结构时，有R1＝R2＝…＝Rn，各电阻段串联，电流I相等，由P＝I2R知各电阻段发热功率P1＝P2＝…＝Pn，热流密度均匀，换热系数h可认为沿流动方向相同，因此，电阻带和空气之间的温差也近似不变，空气温度和电阻带温度均呈线性变化，其温度曲线如图2所示，将两条温度线和坐标系围成的平行四边形面积定义为S，则S＝Δtmx，又因Ф＝AhΔtm，对于特定结构的电阻柜而言散热面积A＝kx，k为常数，将上述关系进行无量纲处理后可得即S∝Ф，该式的意义在于用电阻带和空气温度线和坐标系围成的面积来表征该区域内的换热量。面积S越大，则系统的功率容量越大。当冷却系统所提供的空气质量流量qm为确定值时，特定空间结构内电阻柜所能加载的最大功率Pm主要受到电阻柜出口处空气温升Δt及电阻带最高温度Tn的限制。例如GB/T25118-2010中规定Δt≤200℃，Tn的限值一般在产品技术条件中规定。现有的技术方案缺陷在于：当电阻柜出口处电阻带最高温度Tn达到最大限值时，入口处电阻带温度T0仍较低，对散热能力造成极大浪费。本专利技术的目的是提供一种在散热风机所提供质量流量不增加的情况下，实现功率扩容或温度裕量增加的铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻方法。本专利技术的技术方案是，一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻方法，其特征是：它至少包括风机单元和电阻柜，电阻柜的电气回路由多列结构相同的电气回路电阻串联而成，风机单元通过电阻柜的进风口进入电阻柜中，将依次对串联电阻强迫风冷，沿风冷流道方向的各电阻段阻值按阶梯状排布，保持总阻值不变，即：R1′＞R2′＞…＞Rn′，且R＝R1′+R2′+…+Rn′，从而各电阻段所分配的功率P1′＞P2′＞…＞Pn′，且P＝P1′+P2′+…+Pn′,又Pn′＝VAhnVtmn，对于强迫风冷式制动电阻而言，雷诺数Re＝2×102，按空气外掠平板层流对流换热处理，则hn沿流动方向单调递增，因此有Rn∝Δtmn，又由在根据确定电阻带温度曲线的斜率。所述的各电阻段阻值按阶梯状排布通过各电阻段分配不同的材料电阻率ρ，使各电阻段阻值Rn的阶梯递减分布，实现Δtmn的阶梯递减分布。所述的各电阻段阻值按阶梯状排布通过改变各电阻段截面S′，使各电阻段阻值Rn的阶梯递减分布，实现Δtmn的阶梯递减分布。本专利技术的优点是：在散热风机所提供空气质量流量qm、初始环境相同时：⑴功率P不变时，可降低电阻带最高温度Tn，从而增加产品可靠性；⑵电阻带最高温度Tn不变时，可增加功率容量P，提高产品效率。在产品应用中综合考虑经济性、可行性及效率来决定电阻带温度线的斜率，其倾斜程度表示可对现有容量的扩容的程度。下面结合实施例附图对本专利技术做进一步说明。附图说明图1是本专利技术实施例制动电阻工作原理示意图；图2是现有制动电阻装置的空气及电阻带沿流动方向的温度分布；图3是本专利技术实施例的空气及电阻带沿流动方向的温度分布；图4是本专利技术实施例电阻段阶梯排布温度分布。图中，1、风机单元；2、电阻柜；3、电气回路电阻。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻装置，它至少包括：风机单元1和电阻柜2，电阻柜2的电气回路由多列结构相同的电气回路电阻3串联而成，风机单元1通过电阻柜2的进风口进入电阻柜2中，将依次对串联电阻强迫风冷，沿风冷流道方向的各电阻段阻值按阶梯状排布，保持总阻值不变，在不考虑辐射散热的影响，稳态时电阻柜2发热量等于冷却空气换热量，所交换的热量全部用于空气加热，于是有如下关系：电阻柜2发热量P＝I2R，其中电气回路电阻R为各电阻段阻值之和，即：R＝R1+R2+…+Rn；冷却空气和电阻带之间换热量：Φ＝AhΔtm，式中Δtm为空气和电阻带表面的平均温差；冷却空气吸收的热量：Q＝cpqmΔt，式中Δt冷却空气温升；稳态时P＝Ф＝Q，即I2R＝AhΔtm＝cpqmΔt⑴将沿流道方向的各电阻段阻值按阶梯状排布，保持总阻值不变，即：如附图4所示，R1′＞R2′＞…＞Rn′，且R＝R1′+R2′+…+Rn′从而各电阻段所分配的功率P1′＞P2′＞…＞Pn′且P＝P1′+P2′+…+Pn′,又Pn′＝VAhnVtmn，对于典型强迫风冷式制动电阻而言，雷诺数Re＝2×102，按空气外掠平板层流对流换热处理，则通过查阅空气热物理性质可知，hn沿流动方向单调递增，因此有Rn∝Δtmn，又由通过各电阻段分配不同的材料电阻率ρ或改变各电阻段截面S′，来实现各电阻段阻值Rn的阶梯递减分布，实现Δtmn的阶梯递减分布；在根据来确定电阻带温度曲线的斜率。综上所述，本专利技术使电阻带出口处温度Tn降低至Tn′、入口处温度T0升高至T0′，使电阻带和空气温度线和坐标系围成的面积和原面积相等，即S′＝S，模型简化后的温度曲线(如图3所示)，将面积S1割补到S2，通过削峰填谷的方法，在不改变总面积S的前提下，将电阻带最高温度T1降低至Tn′，又因S∝Ф,由此可得出如下结论：对于特定的散热系统，通过电阻柜2中各电阻段阻值的递减排布，可在原有技术方案基础上减小沿流动方向电阻带温度曲线的斜率。从而在总功率P不变时，降低电阻带最高温度Tn，增加产品可靠性；或者在电阻带最高温度Tn不变时，增加电阻柜2的功率容量，提高空间利用率。本专利技术中，公式中的符号见附表1附表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻方法，其特征是：它至少包括风机单元(1)和电阻柜(2)，电阻柜(2)的电气回路由多列结构相同的电气回路电阻(3)串联而成，风机单元(1)通过电阻柜(2)的进风口进入电阻柜(2)中，将依次对串联电阻强迫风冷，沿风冷流道方向的各电阻段阻值按阶梯状排布，保持总阻值不变，即：R1′＞R2′＞…＞Rn′，且R＝R1′+R2′+…+Rn′，从而各电阻段所分配的功率P1′＞P2′＞…＞Pn′，且P＝P1′+P2′+…+Pn′,又Pn′＝VAhnVtmn，对于强迫风冷式制动电阻而言，雷诺数Re＝2×102，按空气外掠平板层流对流换热处理，则hn沿流动方向单调递增，因此有Rn∝Δtmn，又由在根据确定电阻带温度曲线的斜率。

【技术特征摘要】
1.一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻方法，其特征是：它至少包括风机单元(1)和电阻柜(2)，电阻柜(2)的电气回路由多列结构相同的电气回路电阻(3)串联而成，风机单元(1)通过电阻柜(2)的进风口进入电阻柜(2)中，将依次对串联电阻强迫风冷，沿风冷流道方向的各电阻段阻值按阶梯状排布，保持总阻值不变，即：R1′＞R2′＞…＞Rn′，且R＝R1′+R2′+…+Rn′，从而各电阻段所分配的功率P1′＞P2′＞…＞Pn′，且P＝P1′+P2′+…+Pn′,又Pn′＝VAhnVtmn，对于强迫风冷式制动电阻而言，雷诺数Re＝2×...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，吴志东，陈超，武阳，
申请(专利权)人：西安铁路信号有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61