本實(shí)用新型涉及電氣化鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中普通電力機(jī)車(chē)和高速動(dòng)車(chē)組的車(chē)頂絕緣子污閃故障的防治。

背景技術(shù)：

隨著鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)電氣化比例的不斷增加，高速鐵路里程的日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染和氣候變化給鐵路的安全運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。普通電力機(jī)車(chē)或高速動(dòng)車(chē)組的車(chē)頂絕緣子污閃現(xiàn)象，是常見(jiàn)的電氣化鐵路弓網(wǎng)故障之一。這些事故不但直接導(dǎo)致各種相關(guān)設(shè)備的損壞，而且打亂了正常的鐵路調(diào)度計(jì)劃，造成了巨大的間接經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響乘客對(duì)鐵路運(yùn)輸能力的信心。

以往電力機(jī)車(chē)車(chē)頂多采用陶瓷絕緣子，因其表面容易積聚污穢，運(yùn)行維護(hù)成本較高?，F(xiàn)在復(fù)合材料絕緣子因其表面固有的憎水性而得到了普及。盡管不斷發(fā)展的高級(jí)絕緣子技術(shù)、先進(jìn)的測(cè)試手段、嚴(yán)格的運(yùn)行維護(hù)措施等，可以大大降低車(chē)頂絕緣子污閃故障的發(fā)生機(jī)率，但由于嚴(yán)重的空氣污染，加上越來(lái)越多的電力機(jī)車(chē)及高速動(dòng)車(chē)組跨多氣候區(qū)運(yùn)行，車(chē)頂絕緣子污閃事故仍然時(shí)有發(fā)生。

目前，世界各國(guó)對(duì)電力機(jī)車(chē)及高速動(dòng)車(chē)組車(chē)頂絕緣子的運(yùn)行維護(hù)措施，僅限于用各種清潔液進(jìn)行人工或機(jī)器清洗。不但勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，而且難于做到隨時(shí)隨地清洗。特別是，我國(guó)高速鐵路的迅猛發(fā)展要求高速動(dòng)車(chē)組能夠在各種惡劣的氣候條件下長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。因此，進(jìn)一步改進(jìn)車(chē)頂絕緣子的清潔方法，盡可能避免車(chē)頂絕緣子污閃事故的發(fā)生，是十分必要的。

專利ZL201310728454.6公開(kāi)了一種電力機(jī)車(chē)車(chē)頂絕緣子高壓熱空氣清潔系統(tǒng)，可以在電力機(jī)車(chē)或高速動(dòng)車(chē)組運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)車(chē)頂絕緣子進(jìn)行清潔。但是，由于需要配備空氣壓縮機(jī)和高壓罐，一方面占用有限的列車(chē)內(nèi)部空間；另一方面，安裝的高壓空氣管路可能會(huì)導(dǎo)致比較大的列車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)改變；因此，實(shí)施成本較高，難以推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種新的電力機(jī)車(chē)及動(dòng)車(chē)組車(chē)頂絕緣子熱空氣清潔系統(tǒng)，包括兩種基本結(jié)構(gòu)形式。第一種基本結(jié)構(gòu)的電力機(jī)車(chē)及動(dòng)車(chē)組車(chē)頂絕緣子熱空氣清潔系統(tǒng)(下面簡(jiǎn)稱：第一種系統(tǒng))，主要由空氣加熱器，電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(可選件)，電源控制器構(gòu)成(見(jiàn)圖1)。其中，電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，或其它驅(qū)動(dòng)方式。

第一種系統(tǒng)的電源控制器安裝固定在列車(chē)內(nèi)部，通過(guò)電纜線控制或驅(qū)動(dòng)位于車(chē)頂上面的其它部件(見(jiàn)圖2)?？諝饧訜崞骺梢园惭b固定在車(chē)頂上面；也可以通過(guò)電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)安裝方式。在空氣加熱器開(kāi)始工作之前，電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)該把它垂直豎起；在空氣加熱器不工作時(shí)，電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以把它水平放倒，從而，降低由它引起的空氣阻力(見(jiàn)圖3)。

空氣加熱器可以具有多層(大約2至10層)發(fā)熱板，發(fā)熱板表面光滑或表面帶有合適的散熱片(見(jiàn)圖6B)?？諝饧訜崞鞯妮斎牍β?，應(yīng)該根據(jù)列車(chē)周?chē)h(huán)境溫度，能夠進(jìn)行分級(jí)調(diào)節(jié)，以便輸出所需溫度的熱空氣氣流。

當(dāng)列車(chē)開(kāi)動(dòng)時(shí)，第一種系統(tǒng)應(yīng)該開(kāi)始工作。司機(jī)手動(dòng)控制或列車(chē)本身自動(dòng)控制，啟動(dòng)電源控制器；如果配有電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并且空氣加熱器處于水平放倒的狀態(tài)，應(yīng)該首先豎起空氣加熱器；然后，給空氣加熱器供電，加熱流過(guò)空氣加熱器的多層發(fā)熱板之間空隙的空氣。由于列車(chē)向前運(yùn)動(dòng)，溫度升高后的熱空氣氣流，將會(huì)吹到車(chē)頂絕緣子表面，防止表面結(jié)冰，降低表面濕度，甚至吹掉粘在表面上的污穢物，致使污閃條件難于形成。

當(dāng)列車(chē)短暫停車(chē)時(shí)，第一種系統(tǒng)雖然可以繼續(xù)給空氣加熱器供電，但是，由于列車(chē)靜止不動(dòng)，熱空氣氣流不能吹到車(chē)頂絕緣子表面。因此，在列車(chē)停車(chē)的情況下，第一種系統(tǒng)不能有效工作。

第二種基本結(jié)構(gòu)的電力機(jī)車(chē)及動(dòng)車(chē)組車(chē)頂絕緣子熱空氣清潔系統(tǒng)(下面簡(jiǎn)稱：第二種系統(tǒng))，主要由空氣增壓器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電阻加熱管，進(jìn)氣口，電動(dòng)封閉門(mén)(可選件)，高壓熱空氣分配器，高壓熱空氣導(dǎo)管，高壓熱空氣噴頭，電源控制器構(gòu)成(見(jiàn)圖4)。其中，電動(dòng)封閉門(mén)可以采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條的驅(qū)動(dòng)方式，或其它驅(qū)動(dòng)方式。

第二種系統(tǒng)的電源控制器安裝固定在列車(chē)內(nèi)部，通過(guò)電纜線控制或驅(qū)動(dòng)位于車(chē)頂上面的其它部件(見(jiàn)圖5)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)連接軸驅(qū)動(dòng)空氣增壓器，二者安裝到一個(gè)固定底板上，封閉在一個(gè)殼體內(nèi)；固定底板可以安裝在車(chē)頂上面。進(jìn)氣口可以是敞開(kāi)式，也可以帶有電動(dòng)封閉門(mén)；電動(dòng)封閉門(mén)，在空氣增壓器工作時(shí)打開(kāi)，不工作時(shí)關(guān)閉，以便降低由進(jìn)氣口引起的空氣阻力。電阻加熱管與空氣增壓器的輸出口相連接，可以提升高壓空氣的溫度。

電阻加熱管的輸入功率，應(yīng)該根據(jù)列車(chē)周?chē)h(huán)境溫度，能夠進(jìn)行分級(jí)調(diào)節(jié)，以便產(chǎn)生所需溫度的高壓熱空氣氣流。高壓熱空氣分配器把電阻加熱管輸出的高壓熱空氣氣流，均等分成幾個(gè)分支氣流。高壓熱空氣導(dǎo)管把高壓熱空氣分支氣流，送到高壓熱空氣噴頭。高壓熱空氣噴頭可以安裝固定在車(chē)頂絕緣子的正前方(列車(chē)行駛方向)一定距離的位置，或車(chē)頂絕緣子的側(cè)面(列車(chē)行駛方向的左側(cè)或右側(cè))一定距離的位置，便于列車(chē)行駛時(shí)，或停車(chē)時(shí)，把高壓熱空氣氣流吹到對(duì)應(yīng)的車(chē)頂絕緣子表面。

當(dāng)列車(chē)開(kāi)動(dòng)時(shí)，第二種系統(tǒng)應(yīng)該開(kāi)始工作。司機(jī)手動(dòng)控制或列車(chē)本身自動(dòng)控制，啟動(dòng)電源控制器；如果具有電動(dòng)封閉門(mén)，并且處于關(guān)閉狀態(tài)，應(yīng)該首先打開(kāi)進(jìn)氣口封閉門(mén)；然后，給驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電阻加熱管供電；空氣增壓器開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，從進(jìn)氣口吸入周?chē)目諝?，同時(shí)產(chǎn)生高壓空氣；高壓空氣從空氣增壓器的輸出口進(jìn)入電阻加熱管，經(jīng)過(guò)加熱，溫度升高；高壓熱空氣通過(guò)高壓熱空氣分配器被分成幾個(gè)分支氣流之后，經(jīng)由高壓熱空氣導(dǎo)管送到位于車(chē)頂絕緣子正前方的高壓熱空氣噴頭；高壓熱空氣噴頭把高壓熱空氣氣流，吹到車(chē)頂絕緣子表面，從而獲得更好的清潔效果，致使污閃條件難于形成。

當(dāng)列車(chē)短暫停車(chē)時(shí)，第二種系統(tǒng)應(yīng)該繼續(xù)工作；或在列車(chē)長(zhǎng)時(shí)間停車(chē)之后，受電弓升弓之前的一定時(shí)間，第二種系統(tǒng)應(yīng)該開(kāi)始工作。高壓熱空氣可以從位于車(chē)頂絕緣子正前方的高壓熱空氣噴頭噴出，也可以從位于車(chē)頂絕緣子側(cè)面的高壓熱空氣噴頭噴出，從而可以使車(chē)頂絕緣子表面保持清潔。

本系統(tǒng)(第一種系統(tǒng)，或第二種系統(tǒng))一般應(yīng)該安裝固定在電力機(jī)車(chē)或高速動(dòng)車(chē)組的受電弓車(chē)頂絕緣子之前(列車(chē)行駛方向)一定距離的車(chē)頂表面上，即列車(chē)行駛時(shí)的上風(fēng)口位置。對(duì)于需要雙向行駛的列車(chē)，可以考慮在其受電弓車(chē)頂絕緣子前后合適的位置，安裝兩個(gè)本系統(tǒng)；在列車(chē)行駛過(guò)程中，一個(gè)本系統(tǒng)工作，另一個(gè)本系統(tǒng)關(guān)閉。

在容易發(fā)生雨、雪、霧霾、結(jié)冰、大霧、沙塵暴等不利天氣條件或空氣嚴(yán)重污染的地區(qū)的冬季或春季，電力機(jī)車(chē)或高速動(dòng)車(chē)組一般應(yīng)該安裝本系統(tǒng)，以便降低車(chē)頂絕緣子污閃故障的發(fā)生機(jī)率。從而，可以大大提高電力機(jī)車(chē)或高速動(dòng)車(chē)組在惡劣氣候環(huán)境條件下運(yùn)行的可靠性，減少由各種污閃事故給鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)造成的經(jīng)濟(jì)損失，并減輕相關(guān)運(yùn)行維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在不易發(fā)生車(chē)頂絕緣子污閃故障的其它季節(jié)或地區(qū)，可以考慮從電力機(jī)車(chē)或高速動(dòng)車(chē)組的車(chē)頂，拆除本系統(tǒng)。以便降低空氣阻力。

附圖說(shuō)明

圖1是第一種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-空氣加熱器；2-電源控制器；3-空氣加熱器的電源線；4-電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) (可選件)；5-電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的信號(hào)線；6-發(fā)熱板(多層，表面光滑或帶散熱片)。

圖2是第一種系統(tǒng)的固定安裝示意圖。

圖中：1-空氣加熱器；2-電源控制器；3-空氣加熱器的電源線；4-冷空氣氣流；5-熱空氣氣流；6-車(chē)頂絕緣子；7-列車(chē)車(chē)頂；8-列車(chē)車(chē)頭；9-列車(chē)行駛方向；10- 鐵軌。

圖3是第一種系統(tǒng)的活動(dòng)安裝示意圖。

圖中：1-空氣加熱器(垂直豎起)；2-空氣加熱器(水平放倒)；3-空氣加熱器的翻轉(zhuǎn)范圍；4-電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；5-列車(chē)車(chē)頂；6-列車(chē)行駛方向。

圖4是第二種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-空氣增壓器；2-電源控制器；3-驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4-驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源線；5- 進(jìn)氣口；6-電阻加熱管；7-電阻加熱管的電源線；8-高壓熱空氣分配器；9-高壓熱空氣導(dǎo)管(多條分支)；10-高壓熱空氣噴頭(多個(gè))；11-車(chē)頂絕緣子；12-冷空氣氣流； 13-高壓熱空氣氣流。

圖5是第二種系統(tǒng)的安裝示意圖。

圖中：1-空氣增壓器集成箱(包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，空氣增壓器，進(jìn)氣口)；2-電源控制器；3-固定底板；4-驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源線；5-電動(dòng)封閉門(mén)(可選件)；6-電阻加熱管；7- 電阻加熱管的電源線；8-高壓熱空氣分配器；9-高壓熱空氣導(dǎo)管(多條分支)；10-高壓熱空氣噴頭(多個(gè))；11-車(chē)頂絕緣子；12-冷空氣氣流；13-高壓熱空氣氣流；14- 列車(chē)車(chē)頂；15-列車(chē)車(chē)頭；16-列車(chē)行駛方向；17-鐵軌。

圖6A是第一種系統(tǒng)的空氣加熱器的光滑表面發(fā)熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-發(fā)熱板外殼；2-發(fā)熱板(電阻絲)；3-空氣氣流方向。

圖6B是第一種系統(tǒng)的空氣加熱器的帶散熱片發(fā)熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-發(fā)熱板外殼；2-發(fā)熱板(電阻絲)；3-散熱片；4-空氣氣流方向。

具體實(shí)施方式

由于電力機(jī)車(chē)與高速動(dòng)車(chē)組相比，具體的車(chē)頂結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件都存在較大差別，因此應(yīng)該通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，制造，安裝，試驗(yàn)，運(yùn)行調(diào)試等過(guò)程，來(lái)分別給它們配備合適的車(chē)頂絕緣子熱空氣清潔系統(tǒng)。

電力機(jī)車(chē)的車(chē)頂絕緣子的數(shù)量比較多，并且空間分布的距離比較遠(yuǎn)，應(yīng)該選用第一種系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)；當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需要，也可以選用第二種系統(tǒng)。相反，高速動(dòng)車(chē)組的車(chē)頂絕緣子的數(shù)量相對(duì)比較少，并且空間分布比較集中，應(yīng)該選用第二種系統(tǒng)(見(jiàn)圖5)；當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需要，也可以選用第一種系統(tǒng)。

此外，在一列電力機(jī)車(chē)或高速動(dòng)車(chē)組上，也可以同時(shí)配備兩種基本結(jié)構(gòu)的車(chē)頂絕緣子熱空氣清潔系統(tǒng)。在列車(chē)行駛過(guò)程中，第一種系統(tǒng)工作，第二種系統(tǒng)關(guān)閉。在列車(chē)短暫停留過(guò)程中，或長(zhǎng)時(shí)間停車(chē)后，開(kāi)車(chē)之前的短暫間隙，第一種系統(tǒng)關(guān)閉，第二種系統(tǒng)工作。

第一種系統(tǒng)的空氣加熱器的安裝位置，必須與車(chē)頂受電弓的高電壓部件之間保持足夠的安全距離?？諝饧訜崞?見(jiàn)圖1中標(biāo)記1)的寬度，應(yīng)該能夠覆蓋車(chē)頂絕緣子空間分布的寬度；其高度應(yīng)該與最高車(chē)頂絕緣子的頂部齊平；其厚度應(yīng)該取決于實(shí)際需要的發(fā)熱板的寬度。

第二種系統(tǒng)的高壓熱空氣噴頭的安裝位置，必須與車(chē)頂受電弓的高電壓部件之間保持足夠的安全距離。由于高壓熱空氣導(dǎo)管(見(jiàn)圖5中標(biāo)記9)和高壓熱空氣噴頭(見(jiàn)圖5中標(biāo)記10)距離車(chē)頂絕緣子(見(jiàn)圖5中標(biāo)記11)比較近，應(yīng)該采用高溫塑料或其它高強(qiáng)度絕緣材料制作。