1
铁路客车电加热器罩面温度超温原因分析及对策
发表时间：2014-11-01 20:22 作者： 来源： 浏览：
刘立敬1
摘要:根据对铁道行业标准TB/T2704-2005《铁道客车电取暖器》相关标准的研究和对电加热器各种性能试验的分析，总结出了其常见问题以及出现问题的原因及对策。
关键字：铁路电加热器，常见问题，原因分析，超温 ，对策
一.问题的提出
铁路客车电加热器是我国铁路上广泛应用的取暖装置，电取暖器的电加热元件，存在烫伤旅客和引起火灾的隐患。它的安全系数，关系到广大旅客的生命和财产安全。为了保证广大旅客的舒适性和安全性，铁道行业标准TB/T2704-2005《铁道客车电取暖器》对电取暖器的使用条件、技术要求、试验方法、检验规则等都做了明确规定。为了保证电取暖器的安全性，进入公司的电取暖产品要做常规试验，包括电压、电流、功率、绝缘、耐压、工作温度以及泄露电流等试验。在这些试验项目中，温度参量是不好控制的参数，罩面温度超温是最常见的问题项。罩面温度直接接触旅客，可引起烫伤旅客的危险，存在安全隐患。如何使电取暖器的温度不超过TB/T2704-2005《铁道客车电取暖器》规定的面罩温度不超过65℃。是解决公司产品质量和安全的关键。
二.罩面超温的原因分析及对策
1.电热器的组成和工作原理
电热器是由发热元件电热板（电热管）、底板、面罩以及电源接线盒等组成。铁路板式电加热的工作原理是通过电热丝把电能转变为热能，使电热板温度升高，电热板的温度再通过自然对流和辐射辐射换热两种方式传给罩壳和周围空气。图1是电取暖器示意图
2
3
4
图1 1.电热器开孔区 2.底座 3.罩壳 4.电热板
2.罩面温度超温的原因分析
温度参数是一个不好控制的参数，电热器的温度传递是经过各种方式的传热方式进行的。根据标准对温度试验的规定如下：将电取暖器挂于测试台上，独立式的电取暖器的上下左右端距其他障碍物的距离不应小于40mm；整体式的电取暖器，下端进气孔距地面的距离不应小于20mm，上端距障碍物的距离不应小于40mm。在无风条件下，环境温度为（18-20）℃，电取暖器在额定电压下，通电一小时后，用表面温度计测量面罩的表面温度。测量时被测体分成边长不超过100mm的矩形区域，每区域设置一个测点。按照以上方法试验，经过多年的检测经验发现：电热器罩面温度超温的部位主要在电热器的罩面的上表面部分，原因分析如下：空气气体分子的密度从微观上来说是单位体积里气体分子的个数，温度越高气体分子的运动速率也就越快，相应的单位体积里分子的个数也就越少，气体的密度也就越小，热气具有温度高，分子运动的速率快，单位体积里的分子数也就越少的特性，热气相对其他气体密度变小，所以热气就要上飘，温度超标的测点经常在上罩面出现，并且局部超温现象是主要问题。
3.引起罩面温度局部超温的的原因分析及对策
3.1电热板和罩面布局等引起电热器上罩面温度局部超温。
由于电热器的安装是根据安装位置不同而设计的，它的设计尺寸和内部的设计结构将会影响它的上罩面温度，电热板的安装位置和电热器罩壳通过开均匀的孔，将热气传递到周围空气中。电热板的温度在通过空气的对流传递中，会遇到电热板上的支撑支架和上面的超温保护器等元件。这些元件将会影响热气流的运动，气流遇到障碍物改变方向，造成热气流的叠加，导致局部温度超标。同时两电热板的放置位置过于集中，导致热量集中，也使温度超标。
对策：建议设计时要充分考虑内部零部件的布局和热量的分布，避免热量集中的地方放置支架以及注意电热板之间的放置距离不要过于集中和贴近底座,使其有足够的散热空间。
3.2电热板内部电阻丝缠绕不均匀，引起上罩面局部温度超温
由电热器的工作原理可知，电取暖器的热量是通过电阻丝的电能转化的，在功率恒定的情况下，单位面积的电阻丝的热能转化是相同的，当电阻丝缠绕不均匀时，电阻丝密集的地方，热量高，同理传到的罩面温度就比较高。造成罩面温度超标。
对策：在设计和制造电取暖器的的电热板时候要考虑电阻丝的粗细，缠绕的稀疏度，都是影响局部温度的因素，生产电热板的厂家尽量使内部的电阻丝分布均匀。使电热板的温度均匀，是保证罩面温度均匀的基础。
3.3功率大于额定功率时，造成上罩面温度超标。
根据功率试验公式P=U×I×COSφ，电取暖器是将电能转化为热能的装置，且电热板为阻性发热元件，COSφ=1,近似认为功率值转化为热量值,当电热器的功率比额定功率高时，总的热能偏高，传递到罩面的热量值相对比较高，在规定的设计尺寸范围内散热，热量比较高，也可导致罩面温度超标。
对策：根据标准要求：电取暖器在“全暖”工作状态下，实测功率应为额定功率的98%-105%。所以建议在做设计时，尽量考虑在功率的下限进行，以防止温度超温。
3.4 由设计缺陷引起侧罩面温度超温的原因分析及对策
引起侧罩面温度超温，主要是电热器的内部设计缺陷导致罩面超温。当设计的电热器外罩的高度和长度数值偏大，并且两者的比率较小时，正对我们的幅面遇到热量时，根据热胀冷缩的原理和热吸附原理，前罩面的幅面直接贴在电热板上，在电热板和罩面上形成了接触式的热传递，罩面温度和电热板的温度相同，必定造成罩面超温。
对策：当这种情况出现时，要求在设计时，就要采取电热器内部添加支架的方法，保证罩面和电热板有一定的空隙。支架并有足够的支撑力支撑罩面，抵消热胀冷缩和热吸附的合力，还要考虑支架的位置，尽量避开温度比较集中的部位。
三．结束语
通过以上的原因分析和对策分析，希望给广大电取暖器设计人员的设计工作和检测人员的检测工作带来帮助。减少电取暖器温度超标的现象，提高产品的质量，保证旅客的安全。
发表评论