技术领域
[0001] 本发明涉及用于变压器的冷却器及其在线更换方法、轨道车辆，属于轨道车辆变压器领域。
相关背景技术
[0002] 动车组牵引变压器安装在列车上，将接触网25kV的高压电转换成牵引系统和辅助系统所需的各种低压电，是一种特殊电压等级的电力变压器，需满足牵引负荷变化剧烈的要求，同时需抑制谐波电流和限制短路电流，从而保证列车电传动系统的安全、稳定和可靠运行，是高速动车组牵引、制动、通讯等重要功能的动力源，是高速动车组的核心、关键部件。
[0003] 动车组牵引变压器因线路负荷大，同时需满足轻量化、小型化设计，要求较高的散热性能，因此设置了专用的冷却器进行散热。现有动车组牵引变压器主要为油浸式变压器，变压器中的高温冷却介质在油泵的作用下通过油管进入冷却器芯体，在冷却器芯体（换热芯体）内与冷却空气进行热交换，被冷却后的冷却介质再流回至牵引变压器油箱，与油箱内各部件进行热交换，依此循环，实现对牵引变压器的冷却。
[0004] 为满足小型化、轻量化需求，动车组牵引变压器的冷却器10与变压器箱体20通常采用一体化设计，如图1所示。现有动车组牵引变压器在线路运行中出现冷却器漏油等故障时，通常将变压器整体（即冷却器10与变压器箱体20的整体结构）拆除下车返厂，更换新的冷却器后，再对变压器整体真空注油，完成出厂检验，再运输至车辆段进行变压器的安装和整车调试后，方可再次正常运行。该方式的冷却器和更换方法，存在更换周期长、效率低、费用高、流程复杂、占用资源多等问题。由于变压器整体体积大、重量较重，需将车辆调转至专用的车间将整车架空，方可进行变压器的拆卸；往返厂家运输的时间和成本较高；变压器整体进行真空注油时间较长、对抽真空设备的要求较高。而且牵引变压器整体拆卸和安装，均需占用整车和专用车间较长时间和较多的资源，给正常生产和运营带来一定影响。
具体实施方式
[0047] 下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0048] 实施例1如图2‑图10所示，本发明提供一种用于变压器的冷却器，所述冷却器10的进液口与第一阀门30一端可拆卸连接，所述冷却器10的出液口与第二阀门40一端可拆卸连接；所述第一阀门30另一端、所述第二阀门40另一端分别用于与变压器箱体20冷却液出口、冷却液入口连通。
[0049] 所述冷却器10安装有用于与外部大气连通的第一放气接头1、用于与抽真空装置50连接的第二放气接头2、用于连接注液设备60或将冷却器内液体排出的注液/排液接头3。
[0050] 所述第一放气接头1、第二放气接头2、注液/排液接头3均与冷却器10内腔连通，第一放气接头1的开口、第二放气接头2的开口、注液/排液接头3的开口均具有关闭状态。
[0051] 第一放气接头1、第二放气接头2安装在冷却器上部，注液/排液接头3安装在冷却器10下部。
[0052] 变压器用冷却油主要作用为散热和绝缘，若变压器冷却油通道内存在气体，将导致油的耐压能力下降，可能出现放电现象，给变压器的运行带来较大的安全隐患。因此，本发明通过采用抽真空的同时进行注油的方式，可较好地控制变压器油中的气体含量。
[0053] 所述冷却器10包括换热芯体4，所述换热芯体4具有至少一个冷却液通道，每个冷却液通道均与冷却液容纳腔5连通；所述冷却器10的进液口、出液口均位于冷却液容纳腔5上。
[0054] 第一放气接头1、第二放气接头2安装在冷却液容纳腔5上部（即冷却液容纳腔5侧部高于冷却液容纳腔5高度尺寸一半的位置，或者冷却液容纳腔5顶部），注液/排液接头3安装在冷却液容纳腔5下部（即冷却液容纳腔5侧部低于冷却液容纳腔5高度尺寸一半的位置，或者冷却液容纳腔5底部）。
[0055] 所述第一放气接头1、第二放气接头2、注液/排液接头3均与冷却液容纳腔5内腔连通。
[0056] 冷却器还包括用于测量冷却液容纳腔5中液位高度的液位高度传感器（图中未示出），所述液位高度传感器的输出端、抽真空装置50的控制端均与控制器电连接。控制器可采用DSP、单片机或PLC控制器。
[0057] 如图8所示，所述第一放气接头1具有安装在冷却器的第一螺套、第一连接件13；所述第一螺套内腔与冷却器10内腔连通；所述第一连接件13与第一螺套内螺纹配合，从而封闭第一螺套开口或将第一螺套内腔与外部大气连通。当第一放气接头1安装在冷却液容纳腔5侧部时，第一螺套轴线垂直于冷却器高度方向；当第一放气接头1安装在冷却液容纳腔5顶部时，第一螺套轴线平行于冷却器高度方向。
[0058] 如图9所示，所述第二放气接头2具有安装在冷却器的第二螺套、用于与抽真空装置50连接的第二连接件23；所述第二螺套内腔与冷却器10内腔连通；所述第二连接件23与第二螺套内螺纹配合。当第二放气接头2安装在冷却液容纳腔5侧部时，第二螺套轴线垂直于冷却器高度方向；当第二放气接头2安装在冷却液容纳腔5顶部时，第二螺套轴线平行于冷却器高度方向。
[0059] 如图10所示，所述注液/排液接头3具有安装在冷却器的第三螺套、用于与注液装置连接或用于封闭第三螺套开口的第三连接件；所述第三螺套内腔与冷却器10内腔连通；所述第三连接件与第三螺套内螺纹配合。当第三放气接头3安装在冷却液容纳腔5侧部时，第三螺套轴线垂直于冷却器高度方向；当第三放气接头3安装在冷却液容纳腔5底部时，第三螺套轴线平行于冷却器高度方向。
[0060] 在优选技术方案中，所述第一螺套15包括安装在冷却器的第一铝套11、固定安装在第一铝套11内侧的第一钢套12，所述第一钢套12具有用于与外螺纹杆部132配合的内螺纹；所述冷却器10材质为铝，所述第一连接件13材质为钢。
[0061] 在优选技术方案中，所述第二螺套包括安装在冷却器的第二铝套21、固定安装在第二铝套21内侧的第二钢套22，所述第二钢套22具有用于与第二连接件23配合的内螺纹；所述冷却器10材质为铝，所述第二连接件23材质为钢。
[0062] 在优选技术方案中，所述第三螺套包括安装在冷却器的第三铝套31、固定安装在第三铝套31内侧的第三钢套32，所述第三钢套32具有用于与第三连接件配合的内螺纹；所述冷却器10材质为铝，所述第三连接件材质为钢。
[0063] 优选地，所述第一连接件13具有用于封闭第一螺套开口的头部131、与第一螺套内螺纹配合的外螺纹杆部132，所述外螺纹杆部132上开设有用于在头部131与第一螺套未接触时将第一螺套内腔与外部大气连通的第一气流通道133。第一连接件13可为螺钉或螺栓。
[0064] 优选地，所述第二连接件可采用快速接头。
[0065] 优选地，所述第三连接件包括用于封闭第三螺套开口的紧固件33、用于与注液装置连接的快速接头，所述第三螺套内螺纹可切换地与快速接头、紧固件33连接。当需要注液或排液时，则第三螺套内螺纹可与快速接头连接；当注液或排液完成需要封闭开口时，第三螺套内螺纹与紧固件33连接。更优选地，所述紧固件33具有用于封闭第三螺套开口的紧固件头部331、用于与第三螺套内螺纹配合的紧固件外螺纹杆部332，所述紧固件外螺纹杆部332上开设有用于在紧固件头部331与第三螺套未接触时将第三螺套内腔与外部大气连通的第二气流通道。紧固件33可为螺钉或螺栓。第二气流通道可采用与第一气流通道相似的结构。当设置第二气流通道时，则在需要排液时，也可令紧固件33拧松实现排液。
[0066] 根据同一个发明构思，本发明还提供一种轨道车辆，其特征在于：包括上述冷却器，所述变压器为轨道车辆的牵引变压器。
[0067] 如图2所示，冷却器的进液口、出液口分别对应连接有第一管路101、第二管路102，所述第一管路101、第二管路102分别对应与第一阀门30一端、第二阀门40一端可拆卸连接。第一阀门30另一端通过第三管路201与变压器箱体20冷却液出口连通，第二阀门40另一端通过第四管路202与变压器箱体20冷却液入口连通。图2中，箭头表示冷却液的流向。第一管路101、第二管路102、第一阀门30、第二阀门40的位置可根据实际情况调整。
[0068] 本发明提供的可在线更换的冷却器，适用于轨道交通牵引变压器领域，可在牵引变压器不拆卸下车的情况下，进行油冷却器的在线更换，大幅缩短了更换周期，降低了运输、更换、调试等费用，减少了整车和车辆段资源的占用。同时可单独对冷却器进行真空注油，避免冷却器内存在气体，以及气体进入变压器的风险，具有更换周期短、效率高、费用低、安全性高的特点。
[0069] 以下对本发明进一步详细说明。如图2‑图5所示，本发明提供一种可在线更换的冷却器，适用于变压器领域，包括第一放气接头1、第二放气接头2、注液/排液接头3、换热芯体4、冷却液容纳腔5（也可称为冷却液集流盒）、第一阀门30、第一管路101、第二阀门40、第二管路102，第一放气接头1和第二放气接头2位于冷却液容纳腔5的上部，注液/排液接头3位于冷却液容纳腔5的下部。第一阀门30和第二阀门40分别通过第一管路101和第二管路102与冷却液容纳腔5相连，冷却器10通过第一阀门30、第二阀门40与变压器箱体20相连，如图
2、图3所示。
[0070] 如图6、图7所示，换热芯体的内腔顶面4A、冷却液容纳腔的内腔顶面5A、第一放气接头的内腔顶面1A、第二放气接头的内腔顶面2A的高度关系是：内腔顶面1A、内腔顶面2A均高于内腔顶面5A，内腔顶面5A高于内腔顶面4A，使放气接头为冷却器内部的高点。冷却器内若存在气体，需要排出时，气体将依次从换热芯体至冷却液容纳腔至第一放气接头或第二放气接头，最终排出至冷却器外部。上述设置可防止冷却器内部出现局部高点集气的现象，有利于将冷却器内部的气体充分排出。
[0071] 如图6、图7所示，换热芯体的内腔底面4B、冷却液容纳腔的内腔底面5B、注液/排液接头的内腔底面3B所在高度依次减小，即内腔底面3B低于内腔底面5B，内腔底面5B低于内腔底面4B，使注液/排液接头为冷却器内部的最低点。当需要排出冷却器内的液体时，液体将依次从换热芯体至注液/排液接头，最终排出至冷却器外部。上述设置可使冷却器内的液体充分排泄干净。
[0072] 如图8所示，第一放气接头1包括第一铝套11、第一钢套12、第一密封圈14、螺钉（即第一连接件13）。车载变压器的材质一般为铝，第一铝套11通过焊接与冷却液容纳腔相连，第一钢套12与第一铝套11通过螺纹连接，连接前可在螺纹上涂上固定胶水，密封的同时可防止松动。第一钢套12上开有槽，槽内放置第一密封圈14，从而防止螺钉拧紧时，第一密封圈14滑动。螺钉通过螺纹与第一钢套12连接，螺钉内部开有可放气的通孔，通孔可形成第一气流通道133。上述第一放气接头1在拧开螺钉时，螺钉内部的通孔连通冷却器内部与大气，可进行放气，在拧紧螺钉时，可较好地密封。同时第一钢套11的设置，可很好地避免传统钢螺钉与铝螺座在反正拧动时易导致的螺栓咬死断裂现象。
[0073] 如图9所示，第二放气接头2包括第二铝套21、第二钢套22、第二密封圈24、快速接头。第二铝套21、第二钢套22、第二密封圈24的设置与第一放气接头中的相应部件相似。快速接头的内端通过螺纹与第二钢套22连接，外端上设有保护套25，防止运行、运输等过程损坏接头。上述第二放气接头与外部配套的快速接头母头或公头插配，即可形成通道，连通冷却器内部与外部，进行放气或抽气，断开外部接头时，即可自动进行密封。
[0074] 如图10所示，注液/排液接头3包括第三铝套31、第三钢套32、第三密封圈34、螺钉。铝套31、钢套32、第三密封圈34的设置类似于第一放气接头的相应部件，螺钉通过螺纹与第三钢套32连接，注液/排液接头3在拆除螺钉时，冷却器内的液体可通过第三钢套32内的螺纹孔排泄，在拧紧螺钉时，可较好地密封。
[0075] 优选地，上述第二放气接头中的第二钢套22与注液/排液接头中的第三钢套32可设置为螺纹接口一致，方便快速接头统一型号，改善通用性。第一放气接头/第二放气接头中的第一连接件/第二连接件（例如螺钉）也可根据需要更换为快速接头。
[0076] 第一钢套12、第二钢套22、第三钢套32也可由钢丝螺套替代。上述第一放气接头1、第二放气接头2、注液/排液接头3中相应的铝套、钢套、密封圈、螺钉、快速接头可统一接口或型号，增加通用性，减少备品备件。
[0077] 本发明还涉及一种油冷却器在线更换的方法。上述冷却器10与注油设备、抽真空装置。当冷却器出现故障，需要线上更换。在线更换的方法包括如下步骤：（S1）关闭第一阀门30和第二阀门40，使得冷却器与变压器箱体完全隔离。
[0078] （S2）打开第一放气接头和注液/排液接头，将冷却器内的液体排至外部容器内，排泄干净后，拆除故障冷却器。
[0079] （S3）安装好新的冷却器后，将注液/排液接头的螺钉2更换为快速接头拧紧。
[0080] （S4）将抽真空装置通过外部快速接头公头或母头与第二放气接头连接，第一放气接头、注液/排液接头、第一阀门30、第二阀门40均处于关闭或拧紧状态，启动抽真空装置，进行抽真空。
[0081] （S5）当真空度达到设定值时，将注油设备通过外部快速接头公头或母头与注液/排液接头连接，以第一注液速度对冷却器内部进行注油。随着注油的高度增加，真空度将变小，因此，注油的同时，抽真空装置同时运行。
[0082] （S6）当注油的液面达到较高高度时，抽真空将可能抽进油，可能损坏抽真空装置，此时可根据情况拆除与第二放气接头连接的快速接头和抽真空装置，恢复第二放气接头的密封性。
[0083] （S7）降低注油设备的注油速度，以第二注液速度进行注油，缓慢注油的同时，缓慢打开第一放气接头的带孔螺钉（即设置有第一气流通道的第一连接件），直至第一放气接头中无气体排出；（S8）拧紧带孔螺钉，恢复第一放气接头的密封性。
[0084] （S9）最后打开第一阀门30和第二阀门40，使得冷却器和变压器箱体连通。
[0085] 如图8、图8（c）所示，所述第一放气接头1具有安装在冷却器的第一螺套15、第一连接件13；所述第一螺套15内腔与冷却器10内腔连通；所述第一连接件13与第一螺套15内螺纹配合，从而封闭第一螺套15开口或将第一螺套15内腔与外部大气连通；所述第一连接件13具有用于封闭第一螺套15开口的头部131、与第一螺套15内螺纹配合的外螺纹杆部132，所述外螺纹杆部132上开设有用于在头部131与第一螺套15未接触时将第一螺套15内腔与外部大气连通的第一气流通道133。
[0086] 所述第一气流通道133具有形成于外螺纹杆部132外壁上的通道段开口1333。所述第一气流通道133包括在外螺纹杆部132轴线方向延伸的第一通道段1331、与第一通道段1331连通的第二通道段1332，所述第二通道段1332的延伸方向垂直于外螺纹杆部132轴线方向，所述第二通道段1332具有形成于外螺纹杆部132外壁上的通道段开口1333；所述第一螺套15内腔依次通过第一通道段1331、第二通道段1332与外螺纹杆部132外侧空间连通。
[0087] 在优选实施方式中，所述步骤S7中，令第一放气接头1开口由关闭状态变为打开状态的步骤具体是：（S71）拧动第一连接件13，当第一投影中与第二投影不重合的部分的长度与第一投影的长度的比例达到预设比例p1时，停止拧动第一连接件13；
（S72）停止时间达到预设时间t1时，继续拧动第一连接件13，直到第一投影中与第二投影不重合的部分的长度与第一投影的长度的比例为1；
其中，p1∈[1/4，1/2]；所述第一投影为所述通道段开口1333在外螺纹杆部132轴线上的投影，所述第二投影为第一螺套15在外螺纹杆部132轴线上的投影。所述第一通道段
1331可在外螺纹杆部132径向方向延伸。本实施例中，p1可取1/3。
[0088] 如图8（a）所示，第一连接件封闭第一螺套开口时，外螺纹杆部轴线上的第一投影、第二投影，第一投影R‑13中与第二投影R‑15不重合的部分的长度（即R‑13未被R‑15覆盖的长度）与第一投影R‑13的长度的比例未达到p1=1/3的值。步骤（S71）中拧动第一连接件13，即使得第一连接件向远离第一螺套的方向运动。
[0089] 如图8（b）所示，第一连接件移动到使得第一投影R‑13中与第二投影R‑15不重合的部分的长度与第一投影R‑13的长度的比例为1/3时，步骤（S71）中停止拧动第一连接件13，直到停止时间达到预设时间t1。t1取值范围例如为3‑8min。继续拧动第一连接件13，直到第一投影R‑13中与第二投影R‑15不重合的部分的长度与第一投影的长度的比例为1，即第一投影R‑13、第二投影R‑15完全错开。
[0090] 上述发明的可在线更换的冷却器及更换方法，可快速、安全地实现在线更换冷却器，可将冷却器内的空气充分排出，确保变压器的安全。大大节约了因冷却器故障变压器下车返厂维修的传统方法所产生的周期、费用，也避免了普通常压注油方式气体排出不充分所带来的安全隐患和周期较长等问题。同时无需将注油设备抬至很高的高度，节约了操作空间，降低了对操作环境的要求，增加了现场的可操作性。
[0091] 上述冷却器可用于管式、板式、板翅式、管翅式等不同结构形式的冷却器，也可用于冷却液集流盒在两侧的冷却器。上述可在线更换的冷却器及更换方法，既适用动车组牵引变压器，也适用机车牵引变压器及其他类型设备。
[0092] 实施例2如图11所示，本实施例2与实施例1的区别在于，第一放气接头1和第二放气接头2位于冷却液容纳腔5的顶面（上表面），注液/排液接头3位于冷却液容纳腔5的底面（下表面）。若车辆下方冷却器的上部和底部空间允许，则可如图11所示将放气接头、注液/排液接头分别设置在冷却器顶面、底面。
[0093] 实施例3如图12‑图14所示，本实施例3与实施例2的区别在于，换热芯体4两侧均设置有与换热芯体4的冷却液通道连通的冷却液容纳腔5；所述冷却器10的进液口、出液口均位于其中一个冷却液容纳腔5。所述第二放气接头2、注液/排液接头3设置在不同的冷却液容纳腔
5。
[0094] 本实施例3中，可设置第二放气接头2、注液/排液接头3位于不同的冷却液容纳腔5。当冷却器与变压器箱体连通时，冷却液从第一阀门30经过第一管路101进入一侧的冷却液容纳腔5，经过换热芯体4后进入另一侧的冷却液容纳腔5，再折返通过换热芯体4进入所述一侧的冷却液容纳腔5，再通过第二管路102从第二阀门40流出。图12以虚线箭头示出冷却液流向。
[0095] 优选地，每个冷却液容纳腔5均设置有第一放气接头1。
[0096] 所述换热芯体4两侧的冷却液容纳腔5分别为第一冷却液容纳腔51、第二冷却液容纳腔52；所述冷却液通道包括至少一个第一冷却液通道43、至少一个第二冷却液通道44，每个第一冷却液通道43、每个第二冷却液通道44均将第一冷却液容纳腔51、第二冷却液容纳腔52连通；通道阀门用于令各个第二冷却液通道44开启或关闭；所述注液/排液接头3设置在第一冷却液容纳腔51，所述第二放气接头2设置在第二冷却液容纳腔52。所述冷却器10的进液口、出液口均设置于第一冷却液容纳腔51。
[0097] 如图12‑图15所示，本实施例3中，所述第一冷却液容纳腔51中设置隔板510，所述隔板510将第一冷却液容纳腔51内腔分隔为相互独立的第一腔体511、第二腔体512，所述冷却器10的进液口朝向第一腔体511设置，所述冷却器10的出液口朝向第二腔体512设置，所述冷却器10的进液口依次通过第一腔体511、所述换热芯体4中朝向第一腔体511设置的冷却液通道（即各个第一冷却液通道43）、第二冷却液容纳腔52、所述换热芯体4中朝向第二腔体512设置的冷却液通道（即各个第二冷却液通道44）、第二腔体512与所述冷却器10的出液口连通。
[0098] 所述冷却液通道包括朝向第一腔体511设置的至少一个第一冷却液通道43、朝向第二腔体512设置的至少一个第二冷却液通道44，每个第一冷却液通道43、每个第二冷却液通道44均将第一冷却液容纳腔51、第二冷却液容纳腔52连通；所述冷却器还包括令各个第二冷却液通道44打开/关闭的通道阀门（图中未示出）；所述注液/排液接头3设置在第一冷却液容纳腔51，所述第二放气接头2设置在第二冷却液容纳腔52。
[0099] 抽真空装置50启动直到冷却器10内腔真空度达到设定真空度的过程中，各个第一冷却液通道43、各个第二冷却液通道44均为打开状态。
[0100] 步骤（S5）还包括：以第一注液速度对冷却器（10）注液之前，令各个第二冷却液通道（44）由打开状态变为关闭状态；当第二冷却液容纳腔（52）中液面达到第二设定高度时，令各个第二冷却液通道（44）由关闭状态变为打开状态。所述第二设定高度高于各个第一冷却液通道（43）所在高度，且高于各个第二冷却液通道（44）所在高度。
[0101] 步骤（S6）中，冷却器（10）内腔液面高度达到第一设定高度是指第一冷却液容纳腔（51）中液面、第二冷却液容纳腔（52）中液面均达到所述第一设定高度；第一设定高度不低于第二设定高度；本实施例中，隔板510水平设置，即将换热芯体4内腔分隔为位于上方的第一腔体
511、位于下方的第二腔体512，且冷却器10的进液口高于隔板510所在高度位置，冷却器10的出液口低于隔板510所在高度位置，使得从进液口流入第一冷却液容纳腔51的液体更容易进入第一腔体511的冷却液通道中，且使得从第二腔体512的冷却液通道流出的液体更容易从出液口流出，从而形成冷却液的流动路径。
[0102] 实施例4如图16‑图17所示，本实施例4与实施例3的区别在于：隔板510竖直设置，即第一腔体511、第二腔体512分别位于隔板左、右两侧，且冷却器10的进液口与第一腔体511位于同侧，冷却器10的出液口与第二腔体512位于同侧。
[0103] 需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0104] 以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明涵盖范围之内。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
