电力机车、电力动车组主变流器用水散热器

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国家标准 GB/T25331一2010 电力机车、电力动车组 主变流器用水散热器 Radiatorforconverterofelectriclocomotiveandeleetricmmotorunits 2010-11-10发布 2011-03-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T25331一2010 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 散热器构成 技术要求 试验方法 检验规则 标志、包装和贮存 附录A(规范性附录) -次散热器性能试验 附录B(规范性附录二次散热器性能试验
GB/T25331一2010 前 言 本标准的附录A和附录B为规范性附录 本标准由铁道部提出 本标准由铁道行业内燃机车标准化技术委员会归口 本标准负责起草单位:北车集团大连机车研究所有限公司 本标准参加起草单位;南车株洲电力机车研究所有限公司、北车集团大连机车车辆有限公司、 北车集团大同电力机车有限责任公司、南车株洲电力机车有限公司,永济新时速电机电器有限 公司 本标准主要起草人孔丽君,刘俊杰,吴平,何多昌,姜新生、王肃清
GB/T25331一2010 电力机车、电力动车组 主变流器用水散热器 范围 本标准规定了电力机车、电力动车组主变流器用水散热器的技术要求,试验方法、检验规则以及标 志、包装、贮存等要求 本标准适用于电力机车,电力动车组主变流器用新造水散热器的设计、制造和验收 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准 GB/T191一2008包装储运图示标志(IsO780;1997,MOD GB/T2423.17一2008电工电子产品环境试验第2部分试验方法试验Ka盐雾(IEC60068- 2-1l:1981,IT GB/T2423.18一2000电工电子产品环境试验第2部分;试验方法试验Kb;盐雾,交变(氯化 钠溶液)(idtIEC60068-2-52:1996 变形铝及铝合金化学成分(GB/T3190 GB/T3190 -2008,ISO209:2007,MOD) GB/T3198铝及铝合金箔 GB/T3880.1 -般工业用铝及铝合金板、带材第1部分;一般要求 GB/T3880.2 -般工业用铝及铝合金板、带材第2部分;力学性能 -般工业用铝及铝合金板、带材第3部分;尺寸偏差 GB/T3880.3 GB/T4436铝及铝合金管材外形尺寸及允许偏差 GB/T4437.1铝及铝合金热挤压管第1部分;无缝圆管 GB/T6892 -般工业用铝及铝合金挤压型材 铝及铝合金焊丝(GB/T10858一2008,IsO18273;2004,MOD GB/T10858 GB/T133061991标牌 GB/T14846铝及铝合金挤压型材尺寸偏差 GB/T21563一2008轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验(IEC61373:1999,IDT Ys/T69纤煤用铝合金复合板 EN12487;2000金属的腐蚀防护经清洗和没有清洗的铝及铝合金上的铬酸盐转化涂层 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准 3.1 冷却介质coolingmedium 将主变流器半导体器件发热部分的热能传递至散热器或从散热器移走热量的液体或气体 液体指 由防冻液和纯净水按一定比例组成的混合液(简称“水”),气体指空气 一次散热器primaryradiator 将半导体器件发热部件的热量传递给水冷却介质的设备
GB/T25331一2010 3.3 二次散热器 eeondaryradiator 将水冷却介质的热量传递给空气的设备 3 水散热器watercolingradiator 利用水冷却介质传递热量的散热器 散热器构成 一次散热器 -次散热器一般由主板、副板、进出水管等零部件组成 图1给出其结构示意图 进水管; -出水管; 2 主板; 副板 半导体器件 一次散热器结构示意图 4.2二次散热器 二二次散热器一般由进出水法兰、进出水管、水室和芯体等零部件组成 按芯体结构划分,可分为板 翅式结构或管带式结构等 其中板翅式芯体由翅片、封条和隔板等零件组成;管带式芯体由翅片,封条 和管子等零件组成 图2给出二次散热器结构示意图 1l 8 进水法兰; -出水室; -空气翅片; 进水管; -出水管; 10- 水翅片; 11 封条 -进水室; -出水法兰; 芯体 -隔板 D)板翅式结构 图2二次散热器结构示意图
GB/T25331一2010 0 9 -进水法兰; -出水室; -空气翅片; -进水管; 出水管; 10 封条 -进水室; -出水法兰; 芯体 水管， b管带式结构 图2(续) 技术要求 5.1环境要求 5.1.1散热器应在下列环境条件下正常工作: a)海拔不超过1400m; b 大气环境温度:一40C十40C; 最湿月月平均最大相对湿度小于95%该月月平均最低温度为+25); d)用户规定的其他环境条件 1.2当散热器使用于海拔1400m以上地区时,应考虑该地区的大气环境温度和海拔的影响 . 5.1.3散热器应在一40C十80C之间存放 -般要求 5.2 5.2.1散热器应按照经规定程序批准的产品图样和技术文件制造,并符合本标准的规定 5.2.2 -次散热器上安装半导体器件的表面,其平面度、粗糙度等应符合产品图样的要求 5.2.3二次散热器芯体的主要零件、部件应满足下述要求 成型后的翅片应保持平整,波距应均匀,不应被挤压、,拉伸,歪斜和扭曲 a) b) 隔板应符合Ys/T69的要求 板面应平整,不应出现弯曲、拱起、小角翘起,不应有无包覆层 的白边存在 板面上的局部凹印深度不应超过0.10mm 封条应符合GB/T6892的要求 应去除切口毛刺,其表面不应有磕、划和碰伤 c d 管子的尺寸偏差应符合GB/T14846的要求,力学性能和表面质量应符合GB/T6892的 要求 5 .2 二次散热器芯体焊缝应均匀、饱满、平滑;翅片形状应保持完好,不应有烧损、变形,咬边等焊接 缺陷 不应采用盐浴焊焊接芯体 5 2. 二次散热器进出水室内外表面应平整,光滑,不应有影响性能的缺陷 5 5.2.6散热器外表面不应有伤痕,裂纹,变形和焊接缺陷,焊缝应符合相关标准的规定 5.2.7散热器水腔应进行密封性试验,试验方法按6.3的规定执行,不应泄漏 试验后应彻底清除其
GB/T25331一2010 外表面积水 5.2.8应封闭散热器上所有内腔与外部空气相通的接口,避免任何外部异物进人散热器内腔 5.2.9散热器应按产品图样和技术文件的规定涂装 5.2.10散热器的性能试验应按附录A和附录B规定的方法进行 性能参数应符合有关技术文件的 规定 5.2.11在能满足散热器性能、可靠性和使用要求的情况下,可采用其他新结构和新材料 材料要求 制造散热器的各种材质和规格,应符合国家标准和有关行业标准的要求;所用材料应具有生产 厂的检验报告、合格证等相关证明文件;对相关文件不齐备或订购方对其质量有疑问时,应按相应标准 进行复验 5.3.2与水冷却介质接触的材料宜使用铝及合金铝或不锈钢 5.3.3散热器用铝材的化学成分应符合GBy/T3190的规定 复合板应符合Ys/T69的规定,其他板 材应符合GB/T3880.1~GBy/T3880.3的规定 管材和型材应符合GB/T443,GB/4437 1、 带材应符合G8/T318的规定 媒丝应符合GBIus8的规定 GB/T6892的规定 散热器材料应具有足够的强度,其力学性能应符合相关标准和有关技术文件的规定 5.3.4 5.3.5散热器所用材料的防火性能应符合相关标准的规定 5.3.日散热器关键零件使用的材料宜具有可追溯性 5.4表面处理要求 散热器中与水冷却介质接触的内表面应进行防腐处理 涂层应符合EN12487;2000或其他相 关标准的规定 散热器内表面处理后,应使用纯净水对散热器内腔进行彻底的清洗 散热器内腔中所含杂质的 5 直径与数量应符合有关技术文件的规定 5.4.3散热器外表面应具有耐腐蚀能力 试验方法 外观和安装尺寸检查 按产品图样、技术文件和第5章的规定,对产品进行外观及安装尺寸检查 按8.1的规定,对产品 标志进行检查 6.2性能试验 6.2.1 -次散热器性能试验的试验设备、测量用仪器仪表、测试参数、试验方法、数据计算、检验规则等 见附录A 6.2.2二次散热器性能试验的试验设备、测量用仪器仪表、,测试参数、试验方法、数据计算、检验规则等 见附录B 密封性试验 6 散热器水腔的密封性试验可采用水浸气压试验或水压试验两种方式进行,试验压力为工作压力的 1.5倍或有关技术文件的规定值 保压时间:一次散热器应大于或等于10min;二次散热器应大于或等 于20min 6.4冲击和振动试验 6 根据散热器在车上的安装位置,按GB/T21563一2008规定的1类A级或B级进行冲击试验 试验时,应加工作载荷 6.4 2 根据散热器在车上的安装位置,按GB/T21563一2008规定的1类A级或B级进行模拟长寿 命试验 试验时,应加工作载荷 在冲击和振动试验之后,散热器外观不应出现机械性损坏和紧固件松动的现象,散热器安装尺
GB/T25331一2010 寸应符合产品图样要求;按6.3的规定进行密封性验证试验,应符合5.2.7的规定 6.5爆破压力试验 6.5.1试验装置 爆破压力试验用装置由水压机、压力表、连接管路等组成 整个试验系统应密封并能承受足够的 压力 6.5.2试验步骤 在试验系统中注满水,逐渐增加系统压力,压力增加值以每次100kPa为宜 注意观察散热器的外形 -旦散热器外形发生变化,或散热器发生泄漏,记录相应的压力值 该压力值即为散热器的爆破压力 6.6脉冲压力试验” 6.6.1试验设备 设备要求 脉冲压力试验设备应具有产生规定的压力波的能力; a 脉冲压力试验设备应具有长时间连续正常运行的能力 b 6.6.2试验步骤 脉冲压力波形、频率、循环次数等应按有关技术文件的规定执行 6.6.3试验后的检查 在脉冲压力试验之后,散热器外观不应出现机械性损坏和紧固件松动的现象,散热器安装尺寸应符 合产品图样要求;按G.3的规定进行密封性验证试验,应符合5.2.7的规定 盐雾试验” 6.7.1盐雾试验的试验设备、试验严酷等级、试验条件、试验程序按GB/T2423.17一2008、 GB/T2423.18一2000的规定 6.7.2在盐雾试验后,目视检查散热器外观,表面不应有明显的腐蚀痕迹 检验规则 检验分类与检验项目 散热器检验分为型式检验和出厂检验 检验项目见表1 表1检验项目 型式检验 出厂检验 检验项目 -次散热器 二次散热器 -次散热器/二次散热器 选择试验方法 要求 选择试验方法 要求 选择试验方法 要求 符合产品图 符合产品图 符合产品图 外观和安装尺寸 样、技术文 样,技术文 样,技术文 6.1 检查 件和第5章 件和第5章 件和第5章 的规定 的规定 的规定 密封性试验 6.3 6.3 5.2.7 5.2." 5.2. 附录A 附录 性能试验 5.2.10 B 5.2.10 冲击和振动试验 6.4 6.4 符合技术文 符合技术文 爆破压力试验 6.5 件的规定 件的规定 1 研究性试验
GB/T25331一2010 表1(续 型式检验 出厂检验 检验项目 -次散热器 二次散热器 次散热器/二次散热器 要求 选择试验方法 要求 选择试验方法 选择试验方法 要求 脉冲压力试临 6.6 6.6.3 6.6 6.6.3 盐雾试验 6.7.2 必做此项试验 注: 研究性试验 7.2 出厂检验 应对每台散热器进行出厂检验,散热器经质量检验部门检验合格并出具合格证后方可出厂 7.3型式检验 属于下列情况之一者,应进行型式检验 新产品鉴定时; a) b 产品异地生产时 c)产品停产两年及以上恢复生产时 当改变产品的设计,工艺、材料等对产品性能有较大影响时 d e 连续生产五年或累计生产1000台时; f)用户要求时 7.4检验程序 试验件应经出厂检验合格后,再进行型式检验 型式检验应按以下次序进行;首先进行性能试验， 其次进行冲击和振动试验 爆破压力试验、,脉冲压力试验和盐雾试验可采用不同的试验件进行 7.5抽样 型式试验时应任意抽取一台产品进行试验 注，供需双方对型式试验样品数量有特殊约定的,按双方协议执行 标志,包装和贮存 8 每个散热器都应在易于观察的位置,设置能在整个使用期内保持清晰的标牌,标牌的型式与尺寸 应符合GB/T13306一1991的规定,其内容至少包括 产品名称 a b)产品型号; c)产品编号 d)生产日期 e 供货商工厂名称(或商标代号); 用户要求的产品其他信息 散热器应装人衬有防水材料的干燥、结实的专用包装箱内 散热器内腔防护方式由供需双方 确定 包装箱内应附有包装者签章的装箱单,装箱单应注明产品名称、型号、数量、产品编号和生产日期 包装箱内应附有检验员签章的产品合格证及使用维护说明书 8.4 散热器应存放在通风干燥清洁的库房内
GB/T25331一2010 附录A 规范性附录 -次散热器性能试验 试验内容 -次散热器性能试验包括散热器热阻和水压力损失试验 A.2试验设备 .2.1试验装置构成 A， 为了模拟散热器的实际运用工况,满足对流体流量和温度调控以及对各有关参数进行测量的需要， -次散热器性能试验设备应由热源,水系统和测量用仪器仪表等部分组成 A.2.2热源 热源应由加热部件、电流调节测量装置及测量电流、电压、温度的仪器仪表等组成 热源应能提供 稳定、均匀的热流密度 热源应能模拟半导体器件传热台面 A.2.3水系统 水系统应由水泵,水恒温控制装置,水流量调节装置,储水箱,排气装置和管路以及测量水流量,水 温度和水压力的仪器仪表等组成 应对散热器进出口水温度测点到散热器用的一段水管路,采取严格的隔热保温措施 测量散热器进出口水压力用的测压孔,设置于距散热器进出口4倍管径距离的等径管段处;测压孔 mm一2mm;测压孔应垂直于管壁;管壁应光滑平整,无毛刺 直径应为内1 A.3测量用仪器仪表 测量用仪器仪表见表A.1 表A.1测量用仪器仪表 单位 备 测量参数 测量用仪器仪表 准确度 注 散热器水流量 0.5级 m'/h量箱或流量变送器及频率计 散热器进出口水温度 玻璃温度计 0.1刻度 散热器台面温度 热电偶 1级 散热器水侧压力损失 P 0.5级 差压力变送器 或准确度相当的其 压力变送器 大气压力 PP 0.5级 他仪器仪表 环境空气温度 玻璃温度计 0.1 刻度 0.5级 电流 电流表 电压 0.5级 电压表 0.5级 功率 kw 功率表 A.4测试参数 性能试验的测试参数见表A.2
GB/T25331一2010 表A.2散热器性能试验计算表 大气温度 试验日期 热源接触面积F 水流横截面积1 m m” 序号 数名 称 符号 单 位 计算公 式 参 电流 测量得 电压 V 测量得 w 功率 kw 测量得 C 散热器台面温度 测量得 散热器进口水温度 测量得 tw 丫o 散热器出口水温度 测量得 fw2 散热器内水平均温度 =(w十w/2 V 测量得 水流量 m/h R R 散热器热阻 C/kw -./w 10 P 散热器水压力损失 测量得 Ap， 计算人 校核人 A.5试验方法 A.5.1传热性能试验方法 试验方法如下 散热器的传热性能试验应以实物在专用散热器试验装置上进行 a b)散热器的传热性能试验应是调节热源,使其发热部分的发热量满足规定值 此时,调节并固定 散热器的水流量V.,进口水温度t.于规定值,当水流量V.,进口水温度1.稳定之后,应同时 采集表A.2所列的各有关参数 对每一个试验工况点均应重复采集数据三次或以上,以各参 数的平均值作为试验结果 散热器台面温度是指距元件安装面2mm周围台面温度较高处的温度 c) d散热器进口水温度t.与规定值的允差为士0.2C e)根据需要,可选取其他不同的水流量V.,按A.5.lb)至d)的要求,对散热器进行不同工况下 的传热性能试验 A.5.2水压力损失性能试验方法 在规定的散热器水流量V 附近范围内,应选取不少于六个不同的水流量V.,每两个相邻水流量 之间的间隔应均匀适中,逐一进行试验 当水流量V 稳定之后,同时采集散热器进出口的水压力A 和少2,然后通过计算得到散热器的水压力损失A.;或通过采集散热器进出口水的压力差,直接得到 散热器的水侧压力损失p. 如果散热器进出口水压力的测试点不在同一高度,应对水侧压力损失 进行修正 A.6数据计算 A.6.1按表A.2散热器性能试验计算表的计算方法,计算散热器热阻等各项参数值 A.6.2根据试验数据计算结果,绘制R,=(V.)和A =(V.的关系曲线 A.7检验规则 按规定工况进行的散热器性能试验,各项性能参数的试验结果应符合有关技术文件的规定
GB/T25331一2010 s 附 录 规范性附录 二次散热器性能试验 B.1试验内容 二次散热器性能试验包括散热量、空气压力损失和水压力损失试验 B.2试验设备 B.2.1试验装置构成 二次散热器性能试验设备为散热器试验台 为了模拟散热器的实际运用工况,满足对流体流量和 温度调控以及对各有关参数进行测量的需要,散热器试验台应由空气系统和水系统两部分组成 B.2.2空气系统 空气系统应由风机组、风洞、风量调节装置、风温调节装置以及测量空气容积流量、温度和压力用的 仪器仪表等组成 风洞应由人口段、整流段,过渡段、测量段和试验段等部分组成 应对风洞测量段和试验段采取严格的隔热保温措施 风洞测量段的流场系数e不应低于0.95 测量散热器进出口空气静压用的测压孔,宜设置于距散热器进出口100 1150mm处;沿压力 mm 测量横截面四周应均匀地设置数个(不少于5个)直径为少1 mm" 一2mm的测压孔;测压孔应垂直于风 洞壁面;壁面应光滑平整,无毛刺 在测压孔上媒接的测压管,其内孔与测压孔应在同一中心线上;用测 压环将数个测压管连通在一起 B.2.3水系统 水系统应由水泵组、水加热装置、水温调节装置,水流量调节装置,水流量测量装置,储水箱、排气装 置和管路以及测量水流量、水温度和水压力的仪器仪表等组成 应对测量散热器进出口水温度用的一段水管路,采取严格的隔热保温措道 测量散热器进出口水温度用的仪器仪表,设置于距散热器进出口一段距离的等径管段处 测量散热器进出口水压力用的测压孔,设置于距散热器进出口一段距离的等径管段处;测压孔直径 应为6lmm一2 mm;测压孔应垂直于管壁;管壁应光滑平整,无毛刺 B.3测量用仪器仪表 测量用仪器仪表见表B.1 表B.1测量用仪器仪表 测量参数 单位 测量用仪器仪表 准确度 数量 备注 空气动压 P2 皮托 静压管及差压力变送器 0,5级 至少2套 散热器水流量 nm/h 量箱或流量变送器及频率计 0.5级 套 散热器进出口空气温度 温度传感器 B级 至少各9支 或准确度相 散热器进出口水温度 玻璃温度计 0.1刻度 各1支 当的其他仪 P2 散热器前空气静压 差压力变送器 0.5级 1支 器仪表 散热器空气侧压力损失 P2 差压力变送器 0,5级 1支 P2 散热器水侧压力损失 差压力变送器 0.5级 支 大气压力 P2 压力变送器 0,5级 1支
GB/T25331一2010 B.4测试参数 性能试验的测试参数见表B.2 表B.2 型散热器性能试验计算表 大气压力B Pa大气温度 传热面积F m 气流横截面积 m 水流横截面积 风洞测量段横截面积 试验日期 m” m” 号 参数名称 符号 计算公式 序 单位 工况 测量得 散热器进口空气温度 al 散热器出口空气温度 测量得 le 散热器进出口空气温差 A！ A！=1一n C =(.十.e/2 散热器内平均空气温度 散热器进口空气静压 Pa 测量得 散热器进口空气密度 kg/m n=(B十h.)/[287×(273十a 散热器空气压力损失 测量得 A Pa 散热器内平均空气压力 Pa p P =(B十h)一4p./2 空 气定压比热 k/(kgK查表得(按平均温度》 Cp 散热器内空气平均密度 [287×(273十. 10 on kg/m =力m/ 空气平均动压 h Pa 测量得 12 V 空气容积流量 m'/h =3600×f×2ha/o1)" 13 空气质量流速 kg/(smM =V.×pi/3600/f 空气吸热量 14 Q. kW 一u.×fxCXA. 散热器进口水温度 测量得 15 /wn 16 散热器出口水温度 测量得 le 17 散热器进出口水温差 =t一t 18 散热器内水平均温度 t.十t.2/2 19 水比热 C kJ/kgK查表得按平均温度 kg/m" 20 水密度 查表得(按平均温度 21 水流量 V m'/h 测量得 水流速 22 m/s ww=V./36o0/. kw Q.=V 水散热量 23 Q. ,XXCpw×Aw/3600 24 % =100×[(Q.-Q./Q 热平衡误差 25 散热器冷却效率 % )=100×[(d一le2)/(w一.力7 26 散热器水压力损失 Ap Pa 测量得 T=[l. tee一l.]/In[(m 27 对数平均温差 AT e)/Ce一刀 传热系数 28 K K=1000XQ./F/AT) w/mK 29 额定工况下散热器的散热量 kW 按试验值折算 计算人 校核人 10
GB/T25331一2010 B.5试验方法 B.5.1传热和空气压力损失性能试验方法 试验方法如下: 散热器的传热和空气压力损失性能试验是应以实物在专用的散热器试验台上进行 a b)散热器的传热和空气压力损失性能试验,是将散热器的水流量V ,进口水温度t.和进口空气 温度a调节并固定于规定值,对选定的空气容积流量V 进行试验的 当水流量V 、进口水 温度t.和进口空气温度均稳定后,应同时采集表B.1所列的各有关参数 对每一个试验 工况点均应重复采集数据三次或以上,以各参数的平均值作为试验结果 在保持散热器的水流量V ,进口水温度t朗和进口空气温度a于规定值不变的情况下,在规定 的空气容积流量V 附近范围内,应选取不少于六个不同的空气容积流量V .,每两个相邻空气 容积流量之间的间隔应均匀适中,对不同的空气容积流量V 逐一进行试验 d)散热器进口空气温度与规定值的允差为士2 散热器进口水温度w与规定值的允差为士0.2 e 散热器各测点热平衡误差心的允差为士5% f 根据需要,可选取其他不同的水流量V.,按B.5.lb)至f)的要求,对散热器进行不同工况下的 g 传热和空气压力损失试验 B.5.2水压力损失性能试验方法 在规定的散热器水流量V、附近范围内,应选取不少于六个不同的水流量V.,每两个相邻水流量 之间的间隔应均匀适中,逐一进行试验 当水流量V、 稳定之后,同时采集散热器进出口的水压力 和p 然后通过计算得到散热器的水压力损失Ap ,或通过采集散热器进出口水的压力差,直接得到 散热器的水侧压力损失 如果散热器进出口水压力的测试点不在同一高度,应对水侧压力损失 进行修正 >p B.6数据计算 B.6.1按表B.2散热器性能试验计算表的计算方法,计算散热器的散热量等各项参数值 以6.2根帮试验数帮计算结果.绘制Q.=v),-力=w.),>/-rv.)和K=(w.)的关系 曲线 B.7检验规则 按规定工况进行的散热器性能试验,各项性能参数的试验结果应符合有关技术文件的规定