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机舱温度智能控制系统硬件设计研究

 论文栏目:智能控制论文     更新时间:2019/6/14 16:31:30   

本文针对风力发电机机舱内主要存在的问题,设计了一套先进的机舱温度智能控制系统,该系统可以收集现场不同测控点上的信息,将这些信息传送到中央处理计算机中;再通过本文设计的智能过滤系统、有效降低机舱温度。通过该系统改善机舱环境,减轻风场运维强度,降低风机机舱部件温度过高导致的故障发生率,最终提高风场的经济效益。由于我国大部分风电场所处环境恶劣,风机及其零部件易受到污染,造成冷却系统进气口堵塞,导致机舱内热交换器性能降低。因为舱内存在多个高温热源,舱内空间狭小,机舱内会出现温度过高的现象,严重时甚至导致风机停机、部件损坏。因此研发一套机舱温度智能控制系统,对双馈风机机舱温升问题进行干预十分必要。双馈风机机舱温度智能控制系统不但可以降低温度,且可对机舱温度进行实时监控,减少机舱升温导致设备停机的次数,有效改善风机的运行状态,这样就会使风电场的效益尽量最大化。

1.机舱智能监控系统

通过机舱柜里面的温度传感器可以实时测量出机舱柜里面的温度,使温度信号经过MODEM的模拟,通过数字转换,最终送入到DCC50,输出时从DCC50的两个不同输出口进行分路,将两组不同的信号送至网络交换机,再由机舱柜里面的网络交换机传送到塔基柜里面的交换机,进行数据处理,再由风机外部杆塔上的线路上的通讯线传输到风电场场站的主控室里面。在主控室里面对这些信号进行实时监测,以达到预防各类事故的发生。机舱智能监控系统分为控制中心、现场设备和通信设施三个部分(1)控制中心:控制中心中包含机舱智能监控服务器(MTU),通信路由器以及人机交互界面等。(2)现场设备:对野外数据采集,通过各种温度传感器和压力传感器,测量风机齿轮箱的油温、油压、轮毂和机舱及机舱柜内部的温度(冷雪敏,陈炫宏,高阳,等.机舱智能通风系统设计:山东工业技术,2018)。(3)通信设施:通讯设施通过传感器对风机内部的温度和压力进行反馈,将其模拟成数字信号,通过网线传输到塔基,经塔基处理后由风机外部杆塔上的通讯线,将信号传回主控。

2.机舱智能过滤系统设计

2.1机舱过滤系统设计方案

双馈风力发电机组上有齿轮箱的存在。而齿轮箱里面一般都用齿轮箱油的不断循环来达到润滑和降温的目的。一般只靠自动循环来降温是远远达不到要求的。一般都在齿轮箱上部安装齿轮箱散热风扇,通过散热风扇的强制空冷循环装置来降低齿轮箱油温,以便达到降低齿轮箱温度,根据机舱温度变化,当温度到达设定值时,温度智能控制系统会自动更替过滤网,当需要更换过滤网时,电机带动主动辊转动,将用过的过滤网缠绕在主动辊上以达到降温效果。对于机舱内工作环境,为保证无灰尘进入机舱,滤料的类型、结构、是否能吸引电荷、有无静电感应都必须考虑,选择有效的过滤设备将灰尘、柳絮、沙粒进行阻隔,选择耐风化、耐腐蚀的静电吸尘过滤网,保障高质量的过滤效果。

2.2过滤网材料的选择

根据目前的市场情况,本文对常用的聚丙烯纤维、聚酯纤维、丙烯短纤维和玻璃纤维四种材料进行比较(ChenYuanChung,JosephM.Mansour.ApplicationofANSYStothestressrelaxationofarticularcartilageinunconfinedcompression:JournaloftheChineseInstituteofEngineers,2014;邱耀雄,何建宗,张玉宇,等.3类空调过滤网净化室内空气效果的比较:城市环境与城市生态,2013;申浩,孙振海,郭强,张荣久,过滤网目数对油分离器分油效率的影响:制冷与空调,2013)。对机舱整体的温度控制系统来说,要选择合适的滤网密度,滤网的密度过小会使机舱内部外部之间存在压差,影响风机内部空气循环,甚至导致空气停止流通,所以滤网材料的选择一定要慎重。在选择不同滤网时,应对各种过滤性指标深刻了解。(1)过滤精度过滤精度是指在大气中,所有小颗粒通过一个特定的网,通过该网时,比网孔大的颗粒被滤在网上。通过滤网上的颗粒数与整体的颗粒数的比值得到该网的过滤精度。该精度测量由颗粒计数仪实现。(2)纳污容量每个滤网都有一定的过滤限度,一张滤网所能附着的最大限度的污物就是该滤网的纳污容量。一般通过对网上附着的污物称重来进行测量。(3)孔径所有的滤网都有相应的孔径大小,以微米为单位。孔径和过滤精度不是一个概念。在对孔径测量时,要将滤网在试验液中进行浸泡,排出滤网中附着的空气,再在滤网的一侧通入微压气体,过滤网的另一侧会排出相应气体,对排出气体的压力进行测量,以此来测出孔径。我们通过实验得出结论,对于四种同类型不同的材料,随着孔径的增大,透气量逐渐增大。(4)透气性透气性是否良好会直接影响滤器成品的流量阻力。通用测定方法较多,但原理基本相同,都是将一定量的清洁气体直接通入到滤材中,测试其受到阻力的大小。(5)压力损失压力损失是指过滤前后产生的静压差。气体在过滤之后压力会有所降低,而滤布的寿命会随着压力降的增加而出现变短的情况。对四种不同的材料的滤网进行试验,进行数据对比,可分别测出不同滤料对风量的处理情况。聚酯纤维滤网的流量在每个风机频率下都大于相同频率下的其他滤料的流量,聚酯纤维滤网的对风量的处理效率最高;而用丙烯纤维做成的滤网,它对风量的流量处理非常低效,当风速不断增大时,聚酯纤维滤料和聚丙烯滤料与玻璃纤维滤料、丙烯滤料的流量差也会变得越来越大。对整体的机舱温度控制系统来说,不同的外界环境,过滤性材料的选择多种多样的。一般风机机舱内部温度在35~50℃,若风机机位所处地点温度适宜,自然环境不是特别恶劣,应选择聚丙烯纤维做滤网材料。这种材料所做的过滤网,不但可以满足风机的正常运转,而且产品质量好、成本低,使用时间也比较长久。

3.结语

本文对温度智能控制系统的硬件以及相应的过滤材料的研究,在机舱主要热源部署先进的温度传感器,形成机舱温度的全方位、高精度、实时的感知和探测。阐述了机舱智能监控系统的工作原理,设计出全新的机舱智能过滤系统,为了选择最适合的过滤网材料,对聚酯纤维滤料和聚丙烯滤料与玻璃纤维滤料、丙烯滤料进行对比分析,最终选择聚丙烯纤维材料制成过滤网。本设计实现了对机舱温度进行实时监控,有效的改善了风机的运行状态,进而提高了风电场的经济效益。

作者:张艺钟

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