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1、 摘 要从1860年起，莱诺依尔发明了大气内燃机到如今，内燃机经历了140多年的发展。内燃机自发明以来，一直把提高动力性，改善经济性以及提高可靠性 和耐久性作为主要研究目标。但是随着内燃机的保有量及生产量的成倍增加，对环境的污染越来越严重，而且由于石油危机导致原油价格成倍增长，这些严重的问题给内燃机的研究提出了新的要求，使内燃机的研究目标发生了根本变化。出了提高动力性，改善经济性以及提高可靠性和耐久性外，影响内燃机设计和运行的主要因素是净化废气、降低噪音降低燃油消耗率和采用多种燃料。本文以东风4型内燃机为例，设计确定散热器的结构，传热过程的传热系数、面积、散热单节数、冷却风扇的功率，同时对扁管
2、和圆管进行了计算与比较。关键词：内燃机 扁管 圆管AbstractSince 1860, leno who invented atmospheric engine up to now, experienced 140years of development of internal combustion engine. Internal combustion engine since its invention, has been to increase power, improve the economy and improving the reliability and durability
3、 as the main research object. But with the internal combustion engine retains the quantity and production quantity increases exponentially, the environment pollution is more and more serious, and because of the oil crisis caused the oil price twice grows, these serious problems to the research of in
4、ternal combustion engine has made new demands, the research of internal combustion engine target produced fundamental change. The increased power, improve the economy and improving the reliability and durability of external, internal combustion engine design and operation effect is the main factor f
5、or purifying exhaust gas, noise reduction to reduce the fuel consumption rate and using various kinds of fuel.Taking Dongfeng 4 diesel as an example, the design to determine the structure of the radiator, the heat transfer coefficient, heat transfer area, cooling section number, cooling fan power, a
6、t the same time on the flat tube and pipe were calculated and compared.Key Words: Internal combustion Flat Tube pipe目 录摘 要.Abstract一 绪论.1.1 课题背景和意义1.2国内外研究发展状况1.3 内燃机冷却系的作用介绍及分类1.4本课程研究的主要内容和任务.二 内燃机冷却装置计算.2.1概述.2.2热交换器的选取.2.3 冷却水系统.2.4风扇及风机的选取与计算2.5本章小结.三 结论与展望3.1 结论.3.2 展望参考文献.致 谢.附 图一 绪论1.1课题背景和意
7、义东风4型内燃机车是一种3600马力，交-变直流电力传动，干线客、货两用的内燃机车，它是在1965年开始由我国大连机车厂设计制造的。到目前为止，东风4型内燃机车仍是我国国产功率再打的但动力机组的内燃机车。在图1中可以看到东风4型内燃机车的外貌。东风4型内燃机车的整体机车的整备重量达138吨；机车持续功率为3600马力。根据1974年对改型机车所做的牵引热工试验的结果，尤其是东风4型内燃机车批量生产后投入运用的实践表明：在柴油机3300马力的撞装车功率下，作为货用机车（转向架驱动齿轮传动比为4.5），当司机控制器主要手柄置于第16位，其启动牵引力可达44700公斤；持续牵引力为3000公斤；持续
8、速度为21.6公里/小时；最大速度为100公里 /小时。在这种工况下，它能牵引3300吨的列车以23公里/小时的计算速度通过6的坡道。此牵引定数3300吨使我国近期内铁路干线上最大的牵引定数，远期可考虑将牵引定数提高到38004000吨的水平。东风4型内燃机车作为客用机车时（转向架驱动齿轮比为3.75），能牵引750吨800吨的客车以110120公里/小时的速度在平直线路上运行。远期可考虑客用机车编组20辆，列车重量达1000吨，运行速度仍为110120公里/小时。从以上牵引运输能力来看，东风4型内燃机车在近期是可以满足我国铁路干线客、货运输的需要的。东风4型内燃机车初期采用的柴油机为1624
9、Z型（约100台左右）。后来经过了几年的反复试验，特别是积累了运用实践的经验，对该机型的一些零、部件的结构、尺寸作了改进，称为1624ZA型柴油机。在运用实践中，1624ZA型机型又暴露了一些问题，大连机车车辆厂对其又进行了改进，并于1977年对改进的1624ZB型柴油机通过了台架试验。由于柴油机的功率、经济性和重量指标对内燃机车的性能有着极大地影响，所以在当前国内外机车柴油机的研制方面都已力求提高功率、改善经济性能和延长使用寿命为主攻方向。目前在比较成熟的机车柴油机中，单机功率达到4000马力是为数不多的。在经济指标方面，中速柴油机的燃油消耗率已减少到140150克/马力小时的范围内，中速柴
10、油机的重量指标，比较先进的也达到4.5到5公斤/马力左右；大修期限可达到30000小时以上，从以上各主要参数来看，1624ZA型柴油机已经进入了比较先进的机车柴油机的行列。 东风4型内燃机车（采用交-直流电力传动装置）。然而内燃机车电力传动在近四十年的发展过程中，一直采用直-直流系统。这种系统的优点是线路简单，调节方法简便。此外直流电机在制造个运用方面都比较成熟。但是随着铁路运输不断的发展，柴油机制造水平不断地提高，致使动力机组功率迅速增加，因此要求电力传动内燃机车向大功率发展。但直流牵引发动机的提高时受限制的，只是在电机电驱的线负荷及整流片间电压不超过它们的允许值时，才能有满意的整流。东风4
11、型内燃机车的牵引发电机为TQFR-3000型三相交流同步径向自通风发电机，它的额定容量为2985千伏安；额定电压为438/613伏；额定电流为3936/2805安；额定转速为1100转/分。1.2国内外研究发展状况1.2.1我国内燃机车的现状 我国内燃机车经历了50多年的发展，经过了早期试制、定型生产 、自主开发、采用先进技术开发新型内燃机车四个阶段，累计生产了代、多种型号的18000 多台内燃机车（至年末）。内燃机车产品，也经过了试制产品、第一代产品、第二代产品、第三代产品四个阶段。目前正在开发生产第四代产品。国产第一代内燃机车设计生产的5年（19641968）,技术特征：同上，但性能有所提
12、高,代表产品：东风、东风2、东风3、东风2增、东风增、东方红1等.国产第二代内燃机车开发生产的20年（19661988）, 技术特征:（1）机车、柴油机及主要部件都是我国自主开发的；（2）机车技术性能和可靠性、经济性有大幅度提高；（3）液力传动既配高速柴油机，也配中速柴油机.代表产品：东风4A、B、C、东风5、东风7、东风8、东方红3、北京等（北京型和东方红型都是液力传动内燃机车，目前已经逐步淘汰）。国产第三代内燃机车开发生产的10年（19891998）,技术特征:1、干线机车采用与国外合作开发或进一步自主开发的新型16V240ZJD（及其系列）和16V280ZJA型柴油机; 2、干线机车为中
13、速柴油机匹配交直流电传动;3、采用微机控制；4、准高速机车采用牵引电动机架悬式转向架；5、机车整体水平有了很大提高。代表产品：DF6、东风11、东风8B、东风4D、东风10F等. 国产第四代内燃机车开发生产的起步（1999 ）技术特征：1、采用交直交电传动（直接采用第三代逆变器IGBT）；2、辅机交流电传动；3、机车微机控制;、柴油机电子喷射；、客运机车牵引电动机架悬、货运机车径向转向架。代表产品：捷力号（日本三菱公司IPM）、DF8CJ、DF8DJ（西门子IGBT功率模块）、HXN5（GE）、出口澳大利亚内燃机车（SDA1）和4400HP机车等。我国生产和开发的四代内燃机车的生产运用现状,大
14、致可以归纳如下:第一代机车已经使用到限,淘汰完毕。第二代和第三代国产内燃机车是目前国家铁路非电气化线路上的主要牵引动力,提速重载内燃机车都属于第三代新型内燃机车,窄轨铁路、非国家铁路及出口内燃机车大多是第三代内燃机车。从2004 年起,由于国家铁路内燃机车的订货量迅速下降,各工厂主要生产自销到非国家铁路的机车和出口机车。第四代交流电传动机车已经开始批量生产（完全自主设计生产），2010年9月1日，资机公司与澳大利亚SCT公司签署了总额超亿元的共计12台交流传动内燃机车购销合同。首批6台澳车预计于2011年12月底全部交付。2011年戚机公司将开始批量生产完全自主设计的4400HP交流传动内燃机
15、车.1.2.2国外内燃机车技术水平Alstom公司从1999年就开始批量生产第三代交流电传动内燃机车；GM公司则从2002年才开始改造试验第三代交流电传动内燃机车。虽然GE公司和GM公司的机车装车功率较大（分别为3281kW和3207kW），而Alstom公司机车的最大装车功率为2880kW，但是从第三代交流电传动内燃机车的技术水平和可靠性而言，目前世界上水平最高的交流电传动内燃机车，应属Alstom公司的PrimaTM系族的为伊朗制造的DE43CAC（AD43C）型内燃机车。世界最高水平的交流传动内燃机车是2002年由Alstom公司为伊朗生产的DE43CAC（AD43C）型内燃机车。采用轴
16、控式直交电传动系统、IGBT/ ONIX逆变器和Alstom公司的Agate微机控制系统单节功率最大的批量生产货运交流电传动内燃机车是1995年起美国GE公司生产的AC6000CW型内燃机车和1996年起美国GM公司生产的SD90MAC型内燃机车。其柴油机装车功率分别达到4660kW和4476kW。机车采用的是GTO晶闸管逆变器。运行速度最高的批量生产交流电传动内燃机车是1997年由原Adtranz公司为希腊国铁制造的26台A480AC型（DE2000型）双柴油机组内燃机车。该机车轴式为Bo-Bo，轴重20.5t，机车功率2100kW，设计速度为200km/h，运营速度为160km/h，装用2
17、台MTU 12V396TC13型高速柴油机，机车采用柔性浮动转向架，采用GTO晶闸管逆变器.1.2.3我国内燃机车与国际先进水平的差距 我国内燃机车经过50多年，取得了长足的进步，也为中国铁路的发展、特别是为中国铁路的四次大提速作出了重要贡献。然而,在当代最先进技术的应用(如上述“四大关键技术”) 和机车的可靠性、经济性、耐久性和对环保要求适应性等方面,与世界先进水平尚有一定差距。与国际先进水平的差距主要体现在机车柴油机、电传动系统、机车转向架、微机网络控制系统、液力传动系统和机车性能等几个方面：1）运输安全可靠性难以满足要求，设备故障时有发生，给运输安全带来不少隐患；2）机车整体技术档次不高
18、，许多关键技术落后于发达国家；国外交流传动机车已大批量生产，而我国才刚刚起步；3）设备运用和维修成本较高，由于设计生产质量不高，运用中需要大量的人力、物力和财力支撑；4）功能上不适应运输发展需要，尤其是在标准化、系列化、模块化、信息化方面与发达国家相比存在明显的差距，也满足不了我国铁路发展对机车高速和重载的要求。1.3内燃机冷却系的作用介绍及分类1.3.1冷却系的功能内燃机工作时，气缸内燃气的最高温度可达2500.与燃气接触的气缸套、气缸、活塞和气门灯零件将吸收大量的热量而使温度升高很快。若不及时将这些高温零件上的过多热量散去，将出现下述各种不良现象：1.在高温下零件的机械性能会显著下降，易发
19、生变形或者破裂。2.由于气缸内温度过高，吸进的工质因高温而膨胀，使气缸冲气量下降，从而导致内燃机功率下降。3.温度过高破坏了各零件间的正常配合间隙，使其无法正常工作，甚至造成卡死现象。4.在高温下润滑油粘度大幅度下降，并易于氧化变质，使润滑条件恶化，运动件间磨损加剧，功率消耗加大。冷却系的功能就是强制地将高温零件所吸收的热量及时的散去，以保证它们能在正常的温度范围内工作。在现代内燃机中，冷却所消耗的热量约等于供给内燃机的全部热量的1/4-1/3.如果内燃机冷却过度，不仅浪费了热能，而且还会引起下述的各种不良后果：1.气缸内温度过低，会使燃料的雾化蒸发性能变差，不利于可燃混合气的形成和燃烧，从而
20、使燃油耗量增大。2.废气中的水蒸气和硫化物在低温下会凝结成亚硫酸、硫酸等酸性物质，造成零件的腐蚀和磨损。3.温度过低会使机油的粘度变大，运转阻力变大，从而使内燃机的功率下降。4.气缸中温度过低，会使热量散失较大，导致转变为有用功的热量减少，从而使内燃机功率和输出功率降低。综上所述，冷却系统的功能是及时并适量的把在高温条件下工作的机件所吸收的热量散发到空气中去，保证内燃机在最适宜的温度下工作。对水冷式内燃机，汽缸套中适宜的温度是85-95:；对于风冷式内燃机，气缸壁适宜的温度是150-180.冷却系统工作的好坏，对内燃机的经济性、动力性、可靠性和耐久性都有直接的影响。1.3.2内燃机冷却系的分类
21、车用内燃机的冷却系有两大类，一类是水冷，另一类是风冷。就目前的情况而言，大多数车用内燃机采用水冷系。水冷系按冷却水的循环方式又分为自然循环和强制循环两种。自然循环冷却系使利用水的密度随温度而变的特点，使冷却水在系统中进行自然循环。温度较低的水由于密度较大而沉到冷却水套的下部，而吸热以后温度较高的水由于密度减小而上升到冷却系统的上部，将热量散于大气中。自然循环冷却没有水泵，没有或只有较少的管路，结构很简单。它的最大缺点是耗水量太大，由于散热，水不断的蒸发，必须及时补充冷却水才能保证内燃机正常工作，这对于车用内燃机使及其不方便的。因此它一般仅用于采用单杠的手扶拖拉机或小型翻斗车上。强制循环冷却系按
22、其是否与大气相通又可分成开式冷却系和闭式冷却系两种。开式冷却系的水循环系统与外界大气直接相通，冷却系内的压力与外界大气相等，因此冷却系内的冷却水不断地蒸发，必须不断的补充冷却水，造成水的大量消耗。由于水的大量蒸发使冷却系内壁上形成了一层水垢，造成散热恶化。闭式冷却系的水循环系统与外界大气不直接相通。这样就可以适当提高冷却系内的压力和温度，减少水的蒸发量，这不仅减少了水的消耗，而且也改善了散热条件。另外，由于冷却水温高，也改善了气缸内气体的工作过程，这有利于提高内燃机功率和减少燃油消耗。目前车用内燃机绝大多数都采用闭式冷却系。1.4本课程研究的主要内容和任务本文的的研究内容主要包括以下几个方面：
23、1机油热交换器的选择2设计和确定冷却室和散热器的结构3传热过程的传热系数、面积、散热单节数、冷却风扇的功率的确定二 内燃机冷却装置计算2.1概述内燃机运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等的温度均会不断地升高，若不加以冷却，将要影响到柴油机的正常工作。内燃机运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等的温度均会不断地升高，若不加以冷却，将要影响到柴油机及传动装置的功率发挥，工作效率下降，润滑油老化变质，破坏润滑，影响机车零部件的使用寿命，甚至损坏。因此，在内燃机车上采取必要的冷却措施，设置一些装置来保证柴油机、传动装置工作时所产生的热量能及
24、时适度地排放到大气中去，使其温度维持在允许的范围内，以改善零部件的热强度和润滑状况，提高内燃机车工作的经济性和可靠性，延长其使用寿命，这就是内燃机车冷却系统的主要任务。内燃机车的冷却，除电机、电器的通风冷却与空气有关外，其余柴油机冷却水、增压空气、润滑油和液力传动装置传动油等的冷却均与水有关。因此，内燃机车的诸多冷却，可概括分为通风冷却系统和水冷却系统两类。通风冷却系统 为冷却主发电机、牵引电动机和电器专门设置的系统。该系统由通风机、进、排风道以及空气滤清装置等组成。按通风系统的结构特征可分为：自通风式、独立通风式、车内进气式、车外进气式、单独式、集中式和混合式等。自通风式是指通风机在牵引电机
25、内部，安装在电机轴上。独立通风式是指通风机与电机分开安装。牵引电机、电器车内进气的空气温度比大气温度要高，显然，车外进气式牵引电机、电器的散热条件比车内进气式优越。因此，现代内燃机车多采用车外进气式，但在设计上要预先考虑到在恶劣气候条件下改为车内进气的临时措施。内燃机车电机通风系统有三种供风方式：单独式。主发电机、牵引电动机和硅整流装置各有单独的通风机供给冷空气。混合式。主发电机和硅整流装置各有一台通风机供给冷空气，而两组牵引电动机则分别有两台通风机集中供给冷空气。中国东风11型内燃机车采用类似混合式的通风方式，其不同点在于主硅整流柜与主发电机的通风串联在一起，共用一台通风机冷却。集中式。主发
26、电机、整流装置和牵引电动机均由一台集中通风机供风。集中通风系统的优点是通风机驱动装置简化，驱动装置的质量减轻，尺寸减小，占用空间少，同时可采用高效率、大容量通风机。其缺点是风道长，流动阻力大，驱动装置消耗功率也相应增大。在通用系统中普遍采用网式空气滤清器，也有用旋风式除尘器、玻璃纤维或氯丁橡胶纤维制成的空气滤清器等。空气滤清器安装在车体的侧壁上，安装位置与通风方式和进气系统有关。水冷却系统 为冷却柴油机的冷却水、润滑油、增压空气和液力传动机车的传动油专门设置的系统。按水冷却系统的结构特征可分为按循环水路分有独立循环水路、单循环水路和双循环水路系统。独立循环水路系统是指柴油机冷却水、润滑油和增压
27、空气的冷却水分别有各自单独的循环水路系统。单循环水路系统是指柴油机、机油热交换器和增压空气的中冷器合用一个循环水路。双循环水路系统中柴油机冷却水为一个循环水路.称为主（高温）循环水路；而机油热交换器和中冷器的冷却水为另一个循环水路，称为次（低温）循环水路。在两个循环水路各有一个水泵，分别称为主水泵和次水泵。按水温调节分有不可调节式、有限调节式和自动调节式三种。有限调节式为采用离合器驱动冷却风扇，根据冷却水的水温，确定离合器合上或者分离,使冷却风扇转动或者不转动来进行冷却。自动调节式是根据冷却水温度的变化，相应地改变冷却水的流量（冷却水分流），或改变冷空气的流量（改变百叶窗调节片的开度，调节冷却
28、风扇叶片角度，或改变冷却风扇转速），或者采用两种调节方法共同使用的联合调节方式，以使冷却水温度稳定在某一最佳的范围内。按水系统的封闭性分有开式和闭式两种水循环系统。开式水循环系统是指整个水冷却系统不承受附加压力，水系统中残存的气体由膨胀水箱排往大气。开式水循环系统允许最高水温不得超过360K.中国生的的各型内燃机车大部分采用开式水循环系统。闭式水循环系统是指该系统不与大气相通，并给系统施加一定的压力，这样可提高水的沸点。系统附加压力寸为0.04 MPa时水的沸点为382K；附加压力为0.1MPa时水的沸点为394 K。这种利用提高水的沸点，来强化内燃机车冷却效果的方法称为高温冷却。在采用高温冷
29、却的内燃机车上，多采用双循环水路冷却系统。闭式高冷却水系统专为冷却柴油机气缸套、气缸盖等部件之用。柴油机出口水温的最高允许值从目前的360 K提高到380K400K。另一个开式水循环系统用来冷却机油及增压空气。采用高温冷却，可使散热器单节的平均温差提高0.81.5倍，在冷却风扇功率保持不变的情况下，可相应地减少散热器单节数目。这点对于大功率内燃机车尤为重要。目前，高温冷却在国际上已广泛应用，中国生产的东风6型内燃机车也采用高温冷却。闭式高温冷却水系统产生压力的方法有三种：在闭式高温冷却系统中增设活塞式辅助泵，膨胀水箱的水经吸水阀进入水泵，加压后经压水阀进入散热器，多余的水经吸排水阀和蛇形凝汽空
30、流入膨胀水箱。此方法比较复杂。利用膨胀水箱蒸汽空气垫产生压力。膨胀水箱上部空间的蒸汽和空气的压力，随水温上升而升高，直至蒸汽空气阀动作为止。系统内压力由蒸汽空气阀调节。此方法简单，只需要添加一个蒸汽空气阀即可。但缺点是水循环管路内不但有汽囊存在，而且在蒸汽空气间动作时，要损失一部分冷却水。利用机车制动系统的压缩空气进入膨胀水箱，用减压阀使膨胀水箱压缩空气保持一定的压力。此法简便易行，世界上许多国家的内燃机车都有采用此方法，一般开式水冷却系编印可方便地转变成闭式高温冷却系统。高温冷却与通常中温冷却相比，其明显优点是有色金属和冷却风扇功率消耗降低。当最高冷却水温从360 K提高到390 K时,可使
31、散热器单节数目减少40%，而冷却风扇功率消耗只有中温冷却的30%。高温冷却时，柴油机在低负荷工况下气缸内的温度比中温冷却时要高，这不但有利于柴油机低负荷工况下燃烧状况的改善，而且缸套的热变形和穴蚀状况亦有所减弱。它的缺点是柴油机零件热强度增大，机油温度升高，加速其老化，油膜易破坏，磨损加剧。所以，采用高温冷却，对柴油机机油、活塞环与缸套的配合间隙和加工精度、散热器单节的焊接质量及高温冷却闭式水系统的密封性等提出了更高有要求。内燃机车冷却水系统流程 见下图。系统为开式双循环,冷却水最高工作水路为88。冷却水系统由冷却水泵、中冷器、机油热交换器、散热器、冷却风扇、静液压油热交换器、膨胀水箱、阀门管
32、路及仪表等组成。高温水循环系统。柴油机工作时驱动高温水泵.将冷却水压入柴油机左、右两侧气缸套和气缸盖及柴油机前、后涡轮增压器出气壳。冷却后出来的热水汇合进入散热器，被冷空气冷却后经止回阀又回到高温水泵.低温水循环系统。柴油机工作时低温水泵转动，将冷却水送入前、后中冷器，机油热交换器出来的热水在散热器被冷空气冷却后，进入静液压油热交换器，最后经逆止阀又进入低温水泵。冬季司机室需要取暖和燃油需要预热时，可打开柴油机热水总管中的截止阀，使部分热水进入司机室的热风机和燃油预热器，出来的热水流回高温水泵吸水管。膨胀水箱安装在水冷却系统的最高处, 它的作用是给冷却水系统自动补水（水的泄漏、蒸发），清除系统
33、中产生的汽泡和使冷却水受热后有膨胀的余地等。管片式散热器由连接箱、扁铜管、管板、支撑管、侧护板等组成。扁铜管和散热片组成散热器的冷却芯。散热片上冲有许多小凸球或其他的结构形状，以增强空气统湍流特性，提高传热系数。冷却芯两端焊接在补强板和管板的扁孔内，两端的连接箱和管板焊接，连接箱与管板之间构成的空间，为冷却水进、出流动的水腔。散热器通常呈V形布置，安装在机车冷却室钢骨架的集流管上。内燃机车上使用的散热器有管片式、强化型管片式，管带式、板翅式（铝）和新型管带式双流道散热器等。内燃机车散热器采用单节型式,有利于内燃机车配件的标准化，给制造检修部门带来方便。检修时如发现损坏，可更换有关单节。不同功率
34、的机车可采用不同数量或者不同结构而安装尺寸相同的单节，这对制造检修部门非常有利。内燃机车上所用散热器单节数目的多少，要根据机车功率的大小、应散走的热量多少计算而定。冷却风扇为扭曲叶片的轴流式风扇。由轮毂、叶片、流线罩组成，有钢板焊接结构和整体铸造结构两种，内燃机车的高温、低温水冷系统，各有一个冷却风扇。风扇组装后需对风扇半径、中片顶部之间的距离、顶部的高度及安装角进行检查，并进行静平衡和超速试验。冷却风扇安装在冷却室钢结构的顶部，与两侧的散热器构成V字形空间。当冷却风扇转动时，将冷空气从撤热器机外侧吸进，并穿过散热片与散热器的热水进行热交换，然后向车顶排出。2.2热交换器的选取与计算在柴油机运
35、转时，各运动机件在润滑和冷却后有6.38.25%的热量被机油所带走，因而机油温度不断上升，循环使用的机油如不及时进行冷却，则机油粘度将迅速下降，使主机油泵的供油压力不足而造成卸载，停机现象，因而使柴油机无法正常工作，随着油温的升高，机油容易氧化变质，甚至酿成火灾；或由于油膜减薄，零件配合间隙的变更，柴油机运动机件发生卡滞，烧瓦，拉缸等故障，使柴油机的工作可靠性大为降低。因而保持机油的正常循环温度，对确保柴油机运转的耐久性和可靠性使具有重要意义。热交换器的作用是使机油得到冷却并在冬季对机油进行预热。东风4型内燃机车安装有两个构造相同的机油热交换器。热交换器采用水管换热器，即冷却水在管内流动，机油
36、在管外流动，通过管壁进行热交换，两个热交换器内的冷却水为串联流动，而机油为并并联流动。热交换器的芯部装有868根呈正三角形排列的铜管，其直径为8毫米，壁厚为0.5毫米，长度为1150毫米，管中心距为10毫米，铜管固焊在两端的管板上，与胴体及后盖固定的管板称为固定管板，装在胴体和前盖内孔中的管板可以自由伸缩称为活动管板，这是考虑到铜管受热膨胀程度与胴体不一致而设。在两管板之间交叉布置有七块隔板，其中四块隔板的中部有通孔，其他三块隔板的边缘留有通道。隔板除作为铜管的中间支撑外，并造成机油的迂回运动以增加其散热效果。胴体的两端侧面分别设有进、出油管道。前、后盖的轴向设有进、出水管道。胴体上不设有放气
37、管和放气阀；底部设有放油管及放油阀。为了防止油水互串，在活动管板、胴体及前盖之间设有两道O形密封圈，两密封圈之间装有压环，在压环上钻有24个径向小孔，当密封圈泄漏时油或水能从孔中排除体外。因而如果有较多的水或油泄出时，为密封圈老化失效所致，应及时进行更换。在柴油机运转时，机油压力一般高于冷却水压力，而在停机时，由于水位高于油位，且水的比重比油大，因此如铜管脱焊或泄露、密封圈老化或破裂，将造成油、水互窜，这时可能在膨胀水箱或曲轴箱内发现机油或水，应及时予以修理。热交换器组装后对油、水通路要分别进行水压试验，其试验压力机油系统为10公斤/厘米、冷却水系统为4公斤/厘米（持续5分钟后不得有泄露现象）
38、。2.3 冷却水系统柴油机燃油的化学能在气缸内转换成热能，使与高温燃气接触的零件强烈受热，对这些零件如不及时加以适当冷却，则它们将无法正常工作。例如由于汽缸盖与汽缸套的壁温高，将导致充量系数降低，进气量减少，因此造成燃烧不正常；同时缸壁温度还将使机油粘度降低，使磨损增大，甚至可能发生拉缸；活塞环传热困难，提高了环槽的温度，因而易使机油结胶而黏住活塞环；机油系统油温的增高，使机油压力和粘度降低，将导致零件摩擦、磨损加剧及机油过早变质等，于是将导致柴油机工作的可靠性、耐久性和经济型前面恶化，因此为了保证柴油机的正常工作则必须设置冷却水系统。通常对于汽缸套、气缸盖、增压器、空气冷却器及热交换器等零部
39、件由冷却水直接冷却，对活塞、活塞环和各摩擦面等由机油间接冷却，而机油则由冷却水进行冷却(机油的冷却对保持其良好的工作品质具有重要的意义)。但是柴油机冷却过度只能得到相反的效果，因为除了增加散热损失外，还将使混合气的形成恶化、柴油机工作粗暴、气缸套产生腐蚀磨损、柴油机机械效率降低、燃油消耗量增加等，因此冷却系统的任务是保证柴油机主要零件在适宜的温度状态下工作，从而使各运动零部件之间保持合适的配合间隙、较高的充气系数、一定的机油粘度和稳定的机油品质，以保证柴油机高效能的持久地工作。机车柴油机通常采用强制循环水的冷却系统。为了兼顾气缸与增压空气不同的冷却要求，因而冷却水系统分成高、低（中冷）温两个冷
40、却水系统。2.3.1冷却水质在东风4型内燃机车的冷却水管路内储存的水为1.2吨。冷却水必须采用软化处理后的水，以减少结垢、气泡穴蚀及电化腐蚀等弊病，同时可提高散热效果和延长机件的工作寿命。冷却水软化处理有两种方法：第一种方法是使用开水、树脂离子交换处理水或蒸馏水，并加入适当的软化剂及防腐剂。例如每立方米蒸馏水加入软化剂：NaOH0.5-0.6公斤，Na3PO12H2O0.16-0.2公斤。对其他水质，则根据水中含盐量加入适量的软化剂及防腐剂。对冷却水质的要求如下： 总硬度 不大于0.2毫克当量/升 总碱度 1.5-2.5毫克当量/升 氯化钙 不大于30毫克/升 氧化磷 15-25毫克/升 氧化
41、铬 1000-2500毫克/升 亚硝酸钠 2000-2500毫克/升 悬浮物 少于30毫克/升通常，机车每走行2000-3000公里化验一次水质，即在柴油机运转时，从高温水放气阀处取水半公斤作为样品。如冷却水中氯化钙的含量达到50毫克/升，总硬度大于0.3毫克当量/升时则应进行更换。第二种方法是使用来自水加入NL型乳化防锈油。要求使用洁净的总硬度为0.7-8毫克当量/升、氯离子不超过150毫克/升的普通水。如硬度太小，则可能产生泡沫而引起腐蚀，这时每100公斤可投放5克硫酸钙。通常按冷却水系统的总容积在膨胀水箱中加入1-1.5NL型乳化油，然后使柴油机运转而将冷却水乳化（冷却水液应呈乳白色）。
42、通常，机车每行走2000-3000公里化验水质，水中含油量应不低于0.5。如果水液变成黄色、棕色、泥浆色或漂油状，则表明乳化油老化或分离，这时应将水液排尽，并清洗管路，然后重新配液。2.3.2冷却水管路冷却气缸套、气缸盖及增压器等部件的冷却水系统，其进水温度可达65-70，一般称为高温水系统（图12.1）。如果进入气缸的增压空气也用此水冷却，则空气温度可能高达75以上，这样将使增压的效果大为降低。为了增加气缸内的空气充量，则冷却水的温度应大大低于增压空气的温度，所以空气中间冷却器的冷却水必须与高温水系统分开，通常称为低温水系统或中冷水系统。考虑到机车上散热器的布置，应使高、低温水系统的散热量基本平衡，因而在中冷水系统中串联有机油热交换器等部件，这样也为机油的散热创造了良好的条件，有利于柴油机可靠性的提高（图12.2）。此外，由于柴油机启动必须在一定的油、水温度下进行，因此在外界温度较低时需要对机油、冷却水及燃油进行预热，以创造安全、有效的启动条件和对柴油机进行保温，所以在机车上附设有能单独工作的预热系统。冷却水管路如下：
