淺談機車防寒自控溫電加熱裝置
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【摘 要】根據機車加裝碳纖維加熱套破損及接地的情況，分析SS4B機車改進原有加熱裝置，加裝自控溫加熱裝置的必要性和可行性。針對自控溫加熱裝置的結構特點，提出了新的安裝方案，裝車使用后，產生了一定的經濟效益，并提高了安全的可靠性。
【關鍵詞】朔黃鐵路;SS4B機車;防寒;自控溫加熱裝置
中圖分類號： U264.5 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0058-001
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.026
1 問題的提出
朔黃鐵路主要擔當神池南至黃驊港的煤炭運輸任務，全線位于北方寒冷地區，尤其是神池南地區，冬季極限溫度在-30℃以下，機車防寒問題非常突出。冬季運用中存在的主要問題有：升弓空氣管路中各閥類因積水結冰而凍結，造成受電弓不能升起或卡滯;制動機系統中各閥類因積水結冰而凍結，造成制動系統故障;空氣干燥器排污閥及管路凍結造成干燥器工作不正常。上述故障的發生，對機車運用造成了極大的安全隱患。因此在機車制動系統中的關鍵部位加裝電加熱裝置，防止出現凍結是很有必要。
為解決重要管路節點和閥體的凍結問題，通常采取加裝碳纖維加熱的方式。碳纖維加熱是目前應用比較廣泛的一種加熱裝置。其價格低、柔軟性好，容易成型。但其也存在著明顯的不足：一是，絕緣性能不好，易造成輔助回路接地;二是，使用壽命短，使用一個季度后50%以上的加熱裝置需要更換;三是，溫度不能控制，當環境溫度高時，其加熱溫度也高，甚至損壞機車管路或閥體內部的橡膠件，造成其老化失效，影響了機車性能。在使用中雖然采取了縮短加熱裝置的更換周期，加強小輔修時的檢查等手段，但仍然無法解決上述的問題。因此，需要對原有的加熱裝置進行改造，以提高加熱裝置的可靠性。
2 加熱裝置的改進方案
近幾年，隨著電加熱材料的技術進步，出現了多種新型電加熱材料和電加熱技術。其中，用可以自動控制加熱溫度的新型電加熱材料制作的加熱裝置比較合適于機車制動系統的防寒，可靠性更高。這種新型電加熱裝置就是自控溫電加熱裝置。
2.1 自控溫電加熱裝置的原理及特點
機車自控溫電加熱裝置以自控溫電伴熱線為發熱體，通過剪裁和組合，外部包裹橡塑保溫層和PVC塑料，形成各種長度和形狀的保溫護套，以適應機車管路和閥體安裝的需要。具有以下特點 ：
?。?）自控溫電加熱裝置的溫度自動控制，低溫啟動快。隨著溫度的變化，自動調節電阻大小。溫度低時，電阻減小，電流增大，發熱量增大;溫度高時，電阻增大，電流減小，發熱量減小。在高溫條件下最高65℃，低溫-20℃的條件下，120s內可達到0℃以上。
?。?）自控溫電加熱裝置的使用壽命長，其絕緣性能優良，使用中不存在短路、接地故障，性能可靠。
?。?）自控溫電加熱裝置根據需要剪裁成各種長度和形狀的保溫護套使用，安裝使用非常方便。便于各種閥體的拆裝檢修。
?。?）自控溫電加熱裝置加熱到一定溫度時，自動降低工作電流，維持溫度恒定，有利于管路中閥體的正常工作，具有節能降耗的作用。
2.2 機車自控溫電加熱裝置主要技術參數
?。?）電源：AC 220V±20% 或DC 110V±20%
?。?）功率：26W/米（10℃）
?。?）啟動電流：≤5A
?。?）-20℃—0℃加熱時間：≤120s
?。?）恒定溫度：≤65℃
?。?）絕緣電阻：≥20MΩ
2.3 自控溫電加熱裝置的安裝設計
機車管路距離比較短，而且結構復雜。在管路中還大量存在著各種閥體，需要經常拆裝檢修。而自控溫電伴熱線屬于一次性安裝，而且對管路的走向、彎角有一定的要求，因此不便于直接安裝使用。
為保證裝置的安裝需要對自控溫電伴熱線，裁剪成一段一段的使用，對于閥體還要對多段電伴熱線進行組合，這樣就破壞了原有的絕緣和防水結構，需要重新對其進行防護處理，防護處理的重點是電伴熱線的尾端和引線端。
先后采用了兩種方案，第一種方案是采用耐高溫玻璃纖維膠布、自拉伸絕緣膠布、PVC防水膠布、熱縮套管的防護處理，共分為四層結構。在實際應用中發現其密封性能不是很好，長時間使用過程中有開裂現象。同時不美觀，容易形成鼓包，不便于安裝。隨后又試制了第二種方案，即采用專用硅橡膠套，作為尾端和引線端的防護，密封絕緣效果良好，而 且美觀規整，使用方便。
經過絕緣、防水處理后的電伴熱線，與保溫材料組合在一起，即形成了機車自控溫電加熱裝置。其分為管路安裝和護套安裝兩種類型。
其分層結構如下（圖2）所示：
3 裝車后運用效果及經濟效益
?。?）2008年機輛分公司先后在SS4B0035、SS4B0036兩臺大修機車上進行裝車試驗，經過一年考核期，性能穩定狀態良好;從2009年開始對其余直流電力機車全部安裝，截止到2013年4月份，未發生一起由于自控溫電加熱裝置產生的接地情況。
?。?）機車防寒自控溫電加熱裝置溫度自動控制，溫度低時，功率增大;當加熱到一定溫度后，自動降低功率，減少工作電流。比一般的恒功率加熱裝置，具有明顯的節能效果。其平均功率是碳纖維加熱裝置的50%。
按每臺機車安裝1000W的機車防寒自控溫電加熱裝置計算，每年可以節約電力1000W×100天×24小時=2400KWh（按每臺機車冬季使用100天計算）
按工業用電0.95元計算，可以節約電費0.95×2400=1200元
機輛所屬按100臺機車計算，可節約電能1200×100=12萬元。
?。?）機車防寒自控溫電加熱裝置使用壽命長，一般是碳纖維電加熱裝置的5倍，雖然價格比一般產品貴2倍，但折合到每年計算，是碳纖維電加熱裝置的2/5。
如果每臺機車電加熱產品安裝5000元計算，則每年可以節約成本：
5000元×2/5×100臺=20萬元。
4 自控溫電加熱裝置應用前景
機車空氣管路上使用自控溫電加熱裝置防寒，可以有效地防止機車空氣管路凝冰、凍結、堵塞，保證機車空氣系統正常使用，保障了冬季機車行車安全。同時具有節能、環保、使用壽命長的優點。
機車自控溫電加熱裝置采用了自控溫電伴熱線，硅橡膠護套防護等新材料和新工藝，設計方便靈活，今后可以根據不同管路和閥體的需要，設計出多種規格型號的產品，應用到不同型號電力機車上，具有廣闊的應用前景。
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