CN109835356B - 轨道车辆牵引系统水冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其中，轨道车辆的每辆车包括车体及转向架，所述轨道车辆牵引系统水冷却装置包括安装在所述转向架上的水冷牵引电机、安装在所述车体下方的功率单元、水冷管路组件及用于冷却所述功率单元及所述水冷牵引电机的水冷单元；其中，所述功率单元设置有水冷基板组件；所述水冷单元通过所述水冷管路组件与所述水冷牵引电机及所述功率单元的水冷基板组件连通设置，以形成水冷循环；适合大功率变流器的散热，与强迫风冷相比大大降低了噪声水平，与热管走行风冷相比增大了散热功率且减小了系统的重量和体积，此外，与传统的自通风三相电动机相比，降低了车辆运行时的噪声，提高了车辆的舒适性。

Description

轨道车辆牵引系统水冷却装置

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道车辆牵引系统水冷却装置。

背景技术

随着轨道交通的发展，轨道车辆载客量越来越多，速度越来越高，导致车载变流器和牵引电机功率越来越大，对系统的散热要求随之增高，传统的强迫风冷和热管走行风冷的散热方式越来越难以满足车辆的散热需求。而水冷作为一种适合大功率变流器散热的有效方式，其具有散热功率大、效果好、结构紧凑等方面的优点，与强迫风冷相比大大降低了噪声水平，与热管走行风冷相比增大了散热功率且减小了系统的重量和体积。此外，在同样功率的前提下，与传统的自通风三相电动机相比，采用水冷散热方式的牵引电动机大大降低了车辆运行时的噪声，同时也大大减小了牵引电动机的重量和体积。

目前对于水冷散热系统的应用，多将水冷系统集成在变流器箱体内，只给牵引变流器进行水冷散热，由于涉及到车体、转向架、牵引变流器的整体设计，采用同一套水冷系统既给变流器又给牵引电机统一集中散热的系统目前应用极少，集中散热系统大大提高了牵引系统的整体散热效率，对于牵引系统的整体减重具有明显的效果，因此提供一种统一集中的散热系统可有效满足牵引系统设计中轻量化、小型化的迫切需求，对于推动牵引系统的发展具有重要作用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种轨道车辆牵引系统水冷却方法，基于该方式设计的轨道车辆牵引系统水冷却方法有效地满足了牵引系统设计中轻量化、小型化设计的迫切需求，且散热效果有明显提升。

本发明的技术方案如下：

一种所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其中，轨道车辆的每辆车包括车体及转向架，所述轨道车辆牵引系统水冷却装置包括安装在所述转向架上的水冷牵引电机、安装在所述车体下方的功率单元、水冷管路组件及用于冷却所述功率单元及所述水冷牵引电机的水冷单元；其中，所述功率单元设置有水冷基板组件；

所述水冷单元通过所述水冷管路组件与所述水冷牵引电机及所述功率单元的水冷基板组件连通设置，以形成水冷循环。

作为优选，所述水冷管路组件包括第一管路及第二管路，所述第一管路沿所述车体的底部设置，所述第二管路沿所述转向架设置；所述第一管路与所述功率单元的水冷基板组件及所述水冷单元连通设置，所述第二管路与所述水冷牵引电机连通设置，所述第一管路与所述第二管路连通设置；所述第一管道与所述第二管道连接处的端部设置有截止阀，所述第二管道与所述第一管道连接处的端部设置同样有截止阀。

作为优选，所述水冷单元包括热交换器、用于冷却所述热交换器中冷却液的冷却风机及循环水泵；所述热交换器设置有热交换器进水口及热交换器出水口，所述热交换器进水口与所述热交换器出水口与所述第一管路连通设置。

作为优选，所述功率单元还设置有辅助电源功率模块及牵引模块，所述辅助电源功率模块包括辅助逆变器功率模块及充电机功率模块，所述水冷基板组件包括辅助电源水冷基板及牵引水冷基板；所述辅助逆变器功率模块与所述充电机功率模块分别设置在所述辅助电源水冷基板的两侧，所述牵引水冷基板设置在所述牵引模块的中间；

所述辅助电源水冷基板设置有辅助电源水冷基板进水口及辅助电源水冷基板出水口；所述牵引水冷基板设置有牵引水冷基板进水口及牵引水冷基板出水口；所述辅助电源水冷基板进水口、所述辅助电源水冷基板出水口、所述牵引水冷基板进水口及所述牵引水冷基板出水口与所述第一管路连通设置。

作为优选，所述转向架包括一全动力转向架和一半动力转向架，其中，所述全动力转向架上安装有两台水冷牵引电机，所述半动力转向架上安装有一台水冷牵引电机；所述第二管路包括第一水冷牵引管路及第二水冷牵引管路，所述第一水冷牵引管路与安装在所述全动力转向架上的两台水冷牵引电机连通设置，所述第二水冷牵引管路与安装在所述半动力转向架上的一台水冷牵引电机连通设置，所述第一管路与所述第一水冷牵引管路及所述第二水冷牵引管路连通设置。

作为优选，所述水冷单元还设置有空气过滤器，所述空气过滤器、所述热交换器及所述冷却风机依次连接。

作为优选，所述水冷单元还设置有膨胀水箱，所述膨胀水箱与所述热交换器连通设置；所述膨胀水箱顶部安装有用于保持膨胀水箱压力平衡的泄压阀；所述膨胀水箱靠近车体外一侧设置有用于监测所述膨胀水箱中冷却液高度的液位计。

作为优选，所述轨道车辆牵引系统水冷却装置还设置有报警单元；所述膨胀水箱还设置有两个液位开关，两个所述液位开关与所述报警单元连接，以当所述膨胀水箱高于或者低于设定液位时所述报警单元进行报警。

作为优选，所述辅助电源水冷基板进水口、所述辅助电源水冷基板出水口、所述牵引水冷基板进水口及所述牵引水冷基板出水口均安装有快速接头。

作为优选，所述热交换器进水口与所述热交换器出水口均安装有快速接头。

本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的一种轨道车辆牵引系统水冷却装置，适合大功率变流器的散热，其具有散热功率大、效果好、结构紧凑等方面的优点，与强迫风冷相比大大降低了噪声水平，与热管走行风冷相比增大了散热功率且减小了系统的重量和体积，此外，与传统的自通风三相电动机相比，采用水冷方式的牵引电机大大降低了车辆运行时的噪声，提高了车辆的舒适性，同时也大大减小了牵引电动机的重量和体积。

2)本发明的所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，与现有技术只对变流器进行散热的设计相比，采用了一套水冷却装置给一节车所有的功率单元以及水冷牵引电机进行统一集中散热，大大提高了牵引系统整体的散热效率，实现了轻量化、小型化、集成化的设计。且冷却风机可同时给集成在水冷单元箱内的直流电抗器和滤波电抗器散热，进一步减少了电抗器等的体积和重量。

3)本发明的所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，由于水冷散热形式提高了散热功率，故允许系统长时间大功率运行，同时采用水冷散热的牵引电机大大减小了电机的重量和体积，从且大减小了车辆运行时的噪声，提高了乘客的舒适性。

4)本发明的所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，除所述水冷管路组件、所述水冷牵引电机和所述功率单元外，水冷系统的其他主要部件，例如，所述热交换器、所述空气过滤器、所述循环水泵、所述冷却风机、所述膨胀水箱等部件全部集成在水冷单元箱内，具有集成度高、方便维护的优势。

5)本发明的所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，所有功率模块集成在变流器箱内，也具有集成度高、方便维护的优势。

6)本发明的所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，每节车配置一套独立的所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，只给本车的所述功率单元及所述水冷牵引电机散热，可以避免出现管道跨车布置的情况，有利于技术人员对轨道列车车下设备布置设计，降低设计难度，提升设计时的可选择性。

附图说明

图1为本发明轨道车辆牵引系统水冷却装置的结构示意图；

图2为本发明所述轨道车辆牵引系统水冷却装置的水冷单元的结构示意图；

图3为本发明所述轨道车辆牵引系统水冷却装置的功率单元的结构示意图；

图4为本发明所述轨道车辆牵引系统水冷却装置的膨胀水箱的结构示意图

图中：1、水冷牵引电机；2、功率单元；21、辅助电源水冷基板；22、牵引水冷基板；23、辅助逆变器功率模块；24、充电机功率模块；25、牵引模块；3、第一管路；4、第二管路；5、水冷单元；51、空气过滤器；52、热交换器；53、冷却风机；54、循环水泵；55、膨胀水箱；551、泄压阀；552、液位计；553、液位开关。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其中，轨道车辆的每辆车包括车体及转向架，所述轨道车辆牵引系统水冷却装置包括安装在所述转向架上的水冷牵引电机1、安装在所述车体下方的功率单元2、水冷管路组件及用于冷却所述功率单元2及所述水冷牵引电机1的水冷单元5；所述功率单元2集成在变流器箱体内，所述水冷单元5集成在水冷单元箱内；

其中，所述功率单元2设置有水冷基板组件；所述水冷单元5通过所述水冷管路组件与所述水冷牵引电机1及所述功率单元2的水冷基板组件连通设置，以形成水冷循环。

进一步地，所述水冷管路组件包括第一管路3及第二管路4，所述第一管路3沿所述车体的底部设置，所述第二管路4沿所述转向架设置；所述第一管路3与所述功率单元2的水冷基板组件及所述水冷单元5连通设置，所述第二管路4与所述水冷牵引电机1连通设置，所述第一管路3与所述第二管路4连通设置；所述第一管道与所述第二管道连接处的端部设置有截止阀，所述第二管道与所述第一管道连接处的端部设置同样有截止阀，其有三个作用：其一是车辆检修时，转向架和车体分离时不会造成冷却液泄漏；二是整车装配过程中，可以在安装转向架前，分别对转向架上的管道和车下的管道进行保压测试，及时排除接头泄漏的可能；三是可以通过调节截止阀的部分开通，来调节多个支路的流量分配。

进一步地，所述水冷管路组件相应的管路上安装有压力传感器和温度传感器，其具体安装点根据实际设计需要设置，用于实时监测系统内冷却液的温度和压力是否在合理范围，有助于及时发现和排除系统故障，如是否存在管道堵塞、漏液、管路中含有气体造成的系统散热能力不足等情况。

如图2所示，所述水冷单元5包括热交换器52、用于冷却所述热交换器52中冷却液的冷却风机53及循环水泵54；所述热交换器52设置有热交换器进水口及热交换器出水口，所述热交换器进水口与所述热交换器出水口与所述第一管路3连通设置；进一步地，所述水冷单元5还设置有空气过滤器51，所述空气过滤器51、所述热交换器52及所述冷却风机53按照从设备外侧到内侧的顺序依次连接；其中，外侧为直接暴露在外界环境中，内侧为设备的内部。另外，所述冷却风机53为无级调速风机，具有无级调速功能，可以根据环境温度高低或者运行功率调节风机转速，通过设定冷却液温度的范围，控制所述冷却风机53的运行速度，以满足不同条件下的散热需求，避免了风机长时间的高速旋转，大大减少了风机噪音。

如图2及图4所示，所述水冷单元5还设置有膨胀水箱55，所述膨胀水箱55与所述热交换器52连通设置；所述膨胀水箱55顶部安装有用于保持膨胀水箱55压力平衡的泄压阀551，在水冷装置运行时能及时将整个水冷装置内混入的空气通过泄压阀551排出，且泄压阀551具有双向开通的能力，有利于保持水冷装置内压力的平衡；所述膨胀水箱55靠近车体外一侧设置有用于监测所述膨胀水箱55中冷却液高度的液位计552，可以随时在车体外侧通过透明观察窗中看到所述膨胀水箱55内液位高度。

继续参见图4，所述轨道车辆牵引系统水冷却装置还设置有报警单元；所述膨胀水箱55还设置有两个液位开关553，两个所述液位开关553与所述报警单元连接，以当所述膨胀水箱55高于或者低于设定液位时所述报警单元会将信息通过列车网络系统传输至列车牵引控制单元，并同时报警和进行故障记录。

如图3所示，所述功率单元2还设置有辅助电源功率模块及牵引模块25，所述辅助电源功率模块包括辅助逆变器功率模块23及充电机功率模块24，所述水冷基板组件包括辅助电源水冷基板21及牵引水冷基板22；所述辅助逆变器功率模块23与所述充电机功率模块24分别设置在所述辅助电源水冷基板21的两侧，所述牵引水冷基板22设置在所述牵引模块25的中间；

所述辅助电源水冷基板21设置有辅助电源水冷基板进水口及辅助电源水冷基板出水口；所述牵引水冷基板22设置有牵引水冷基板进水口及牵引水冷基板出水口；所述辅助电源水冷基板进水口、所述辅助电源水冷基板出水口、所述牵引水冷基板进水口及所述牵引水冷基板出水口与所述第一管路3连通设置。

进一步地，所述辅助电源水冷基板进水口、所述辅助电源水冷基板出水口、所述牵引水冷基板进水口及所述牵引水冷基板出水口均安装有快速接头；所述热交换器进水口与所述热交换器出水口也均安装有快速接头；故在所述功率单元2检修时不会因为拆卸造成冷却液泄漏；同时所述热交换器进出水口也安装有快速接头，维修维护极其方便。

进一步地，所述转向架包括一全动力转向架和一半动力转向架，其中，所述全动力转向架上安装有两台水冷牵引电机1，所述半动力转向架上安装有一台水冷牵引电机1；所述第二管路4包括第一水冷牵引管路及第二水冷牵引管路，所述第一水冷牵引管路与安装在所述全动力转向架上的两台水冷牵引电机1连通设置，所述第二水冷牵引管路与安装在所述半动力转向架上的一台水冷牵引电机1连通设置，所述第一管路3与所述第一水冷牵引管路及所述第二水冷牵引管路连通设置。

特别地，所述变流器箱设置有主进水口及主出水口，所述功率单元2中的与所述变流器箱的主进水口及主出水口的管路连接形式主要有两种形式：不锈钢硬管及橡胶软管。其中所述变流器箱的主进水口及主出水口的管路为不锈钢硬管，所述变流器箱的主进水口及主出水口的管路的各支路与所述功率单元2的各快速接头相连的部分管道为橡胶软管；沿车体及沿转向架固定的所述第一管路3及所述第二管路4采用不锈钢硬管，可在整车寿命周期内免维护；所述第一管路3与所述第二管路4连接处管道采用不锈钢波纹管，在具有较长的使用寿命的同时，能够补偿车辆在转向和爬坡时管道位置的变动，减小管道受到的冲击振动。所述第一管路3及所述第二管路4的不锈钢硬管，接头处压接符合ISO8434-1标准卡套，采用24°锥面密封，避免使用橡胶密封圈存在的橡胶老化问题，可以保证整车寿命周期内免维护。

冷却原理如下：

高温冷却液在热交换器52中，通过所述冷却风机53进行充分散热之后，由所述循环水泵54驱动从所述热交换器52流出，然后通过通过所述第一管路3中设置的第一四通阀分为三路，分别流向车体下的所述功率单元2、全动力转向架和半动力转向架的所述水冷牵引电机1；冷却液在车体下的所述功率单元2、全动力转向架和半动力转向架的所述水冷牵引电机1进行热交换后的得到的高温冷却液，在所述循环水泵54的驱动下通过所述第一管路3中设置的第二四通阀由三条支路汇总成一路，通过所述热交换器进水口进入所述热交换器52，由所述冷却风机53冷却后再次参与冷却循环。

其中，此轨道车辆的水冷牵引电机1，冷却液从水冷牵引电机1的进水口进入，流经定子内的冷却水道与所述水冷牵引电机1进行热量交换，然后在所述循环水泵54的驱动下从所述水冷牵引电机1的出水口返回所述第二管路4。

此外，所述水冷单元5采用两台冷却风机53以抽风的形式给热交换器52散热，从风机叶轮吹出的风同时可以给集成在水冷单元箱内的直流电抗器和滤波电抗器散热；同时，考虑到车辆的运行环境温度，此轨道车辆的冷却液形式为水和乙二醇以44％：56％的形式配比。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种轨道车辆牵引系统水冷却装置，其中，所述轨道车辆的每辆车包括车体及转向架，其特征在于：所述轨道车辆牵引系统水冷却装置包括安装在所述转向架上的水冷牵引电机、安装在所述车体下方的功率单元、水冷管路组件及用于冷却所述功率单元及所述水冷牵引电机的水冷单元；其中，所述功率单元设置有水冷基板组件；

所述水冷单元通过所述水冷管路组件与所述水冷牵引电机及所述功率单元的水冷基板组件连通设置，以形成水冷循环；

所述功率单元还设置有辅助电源功率模块及牵引模块，所述辅助电源功率模块包括辅助逆变器功率模块及充电机功率模块，所述水冷基板组件包括辅助电源水冷基板及牵引水冷基板；所述辅助逆变器功率模块与所述充电机功率模块分别设置在所述辅助电源水冷基板的两侧，所述牵引水冷基板设置在所述牵引模块的中间。

2.根据权利要求1所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：所述水冷管路组件包括第一管路及第二管路，所述第一管路沿所述车体的底部设置，所述第二管路沿所述转向架设置；所述第一管路与所述功率单元的水冷基板组件及所述水冷单元连通设置，所述第二管路与所述水冷牵引电机连通设置，所述第一管路与所述第二管路连通设置；所述第一管路与所述第二管路连接处的端部设置有截止阀，所述第二管路与所述第一管路连接处的端部设置同样有截止阀。

3.根据权利要求2所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：所述水冷单元包括热交换器、用于冷却所述热交换器中冷却液的冷却风机及循环水泵；所述热交换器设置有热交换器进水口及热交换器出水口，所述热交换器进水口与所述热交换器出水口与所述第一管路连通设置。

4.根据权利要求2所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：

所述辅助电源水冷基板设置有辅助电源水冷基板进水口及辅助电源水冷基板出水口；所述牵引水冷基板设置有牵引水冷基板进水口及牵引水冷基板出水口；所述辅助电源水冷基板进水口、所述辅助电源水冷基板出水口、所述牵引水冷基板进水口及所述牵引水冷基板出水口与所述第一管路连通设置。

5.根据权利要求2所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：所述转向架包括一全动力转向架和一半动力转向架，其中，所述全动力转向架上安装有两台水冷牵引电机，所述半动力转向架上安装有一台水冷牵引电机；所述第二管路包括第一水冷牵引管路及第二水冷牵引管路，所述第一水冷牵引管路与安装在所述全动力转向架上的两台水冷牵引电机连通设置，所述第二水冷牵引管路与安装在所述半动力转向架上的一台水冷牵引电机连通设置，所述第一管路与所述第一水冷牵引管路及所述第二水冷牵引管路连通设置。

6.根据权利要求3所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：所述水冷单元还设置有空气过滤器，所述空气过滤器、所述热交换器及所述冷却风机依次连接。

7.根据权利要求3所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：所述水冷单元还设置有膨胀水箱，所述膨胀水箱与所述热交换器连通设置；所述膨胀水箱顶部安装有用于保持膨胀水箱压力平衡的泄压阀；所述膨胀水箱靠近车体外一侧设置有用于监测所述膨胀水箱中冷却液高度的液位计。

8.根据权利要求7所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：所述轨道车辆牵引系统水冷却装置还设置有报警单元；所述膨胀水箱还设置有两个液位开关，两个所述液位开关与所述报警单元连接，以当所述膨胀水箱高于或者低于设定液位时所述报警单元进行报警。

9.根据权利要求4所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：所述辅助电源水冷基板进水口、所述辅助电源水冷基板出水口、所述牵引水冷基板进水口及所述牵引水冷基板出水口均安装有快速接头。

10.根据权利要求3所述轨道车辆牵引系统水冷却装置，其特征在于：所述热交换器进水口与所述热交换器出水口均安装有快速接头。

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