[实用新型]一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻装置

说明书

技术领域

本实用新型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装置。

背景技术

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+…+R_n；

冷却空气和电阻带之间换热量：Φ＝AhΔt_m，式中Δt_m为空气和电阻带表面的平均温差；冷却空气吸收的热量：Q＝c_pq_mΔt，式中Δt冷却空气温升；

稳态时P＝Ф＝Q，即I²R＝AhΔt_m＝c_pq_mΔt

将电阻柜入口、出口处的空气温度、电阻带温度分别定义为t₀、t_n和T₀、T_n，当电阻段采用相同材料、相同结构时，有R₁＝R₂＝…＝R_n，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＝…＝P_n，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＝Δt_mx，又因Ф＝AhΔt_m，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q_m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T_n的限制。例如GB/T25118-2010中规定Δt≤200℃，T_n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T_n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。

本实用新型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装置。

本实用新型的技术方案是，设计一种铁路机车用功率增大型强迫风冷式制动电阻装置，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。

所述的阶梯状排布是进风口大，出风口小，即：R₁′＞R₂′＞…＞R_n′。

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R_n的阶梯递减分布，实现Δt_mn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R_n的阶梯递减分布，实现Δt_mn的阶梯递减分布。

本实用新型的优点是：在散热风机所提供空气质量流量q_m、初始环境相同时：

⑴功率P不变时，可降低电阻带最高温度T_n，从而增加产品可靠性；

⑵电阻带最高温度T_n不变时，可增加功率容量P，提高产品效率。