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    機艙溫度智能控制系統硬件設計研究

     論文欄目:智能控制論文     更新時間:2019/6/14 16:31:30   

    本文針對風力發電機機艙內主要存在的問題,設計了一套先進的機艙溫度智能控制系統,該系統可以收集現場不同測控點上的信息,將這些信息傳送到中央處理計算機中;再通過本文設計的智能過濾系統、有效降低機艙溫度。通過該系統改善機艙環境,減輕風場運維強度,降低風機機艙部件溫度過高導致的故障發生率,最終提高風場的經濟效益。由于我國大部分風電場所處環境惡劣,風機及其零部件易受到污染,造成冷卻系統進氣口堵塞,導致機艙內熱交換器性能降低。因為艙內存在多個高溫熱源,艙內空間狹小,機艙內會出現溫度過高的現象,嚴重時甚至導致風機停機、部件損壞。因此研發一套機艙溫度智能控制系統,對雙饋風機機艙溫升問題進行干預十分必要。雙饋風機機艙溫度智能控制系統不但可以降低溫度,且可對機艙溫度進行實時監控,減少機艙升溫導致設備停機的次數,有效改善風機的運行狀態,這樣就會使風電場的效益盡量最大化。

    1.機艙智能監控系統

    通過機艙柜里面的溫度傳感器可以實時測量出機艙柜里面的溫度,使溫度信號經過MODEM的模擬,通過數字轉換,最終送入到DCC50,輸出時從DCC50的兩個不同輸出口進行分路,將兩組不同的信號送至網絡交換機,再由機艙柜里面的網絡交換機傳送到塔基柜里面的交換機,進行數據處理,再由風機外部桿塔上的線路上的通訊線傳輸到風電場場站的主控室里面。在主控室里面對這些信號進行實時監測,以達到預防各類事故的發生。機艙智能監控系統分為控制中心、現場設備和通信設施三個部分(1)控制中心:控制中心中包含機艙智能監控服務器(MTU),通信路由器以及人機交互界面等。(2)現場設備:對野外數據采集,通過各種溫度傳感器和壓力傳感器,測量風機齒輪箱的油溫、油壓、輪轂和機艙及機艙柜內部的溫度(冷雪敏,陳炫宏,高陽,等.機艙智能通風系統設計:山東工業技術,2018)。(3)通信設施:通訊設施通過傳感器對風機內部的溫度和壓力進行反饋,將其模擬成數字信號,通過網線傳輸到塔基,經塔基處理后由風機外部桿塔上的通訊線,將信號傳回主控。

    2.機艙智能過濾系統設計

    2.1機艙過濾系統設計方案

    雙饋風力發電機組上有齒輪箱的存在。而齒輪箱里面一般都用齒輪箱油的不斷循環來達到潤滑和降溫的目的。一般只靠自動循環來降溫是遠遠達不到要求的。一般都在齒輪箱上部安裝齒輪箱散熱風扇,通過散熱風扇的強制空冷循環裝置來降低齒輪箱油溫,以便達到降低齒輪箱溫度,根據機艙溫度變化,當溫度到達設定值時,溫度智能控制系統會自動更替過濾網,當需要更換過濾網時,電機帶動主動輥轉動,將用過的過濾網纏繞在主動輥上以達到降溫效果。對于機艙內工作環境,為保證無灰塵進入機艙,濾料的類型、結構、是否能吸引電荷、有無靜電感應都必須考慮,選擇有效的過濾設備將灰塵、柳絮、沙粒進行阻隔,選擇耐風化、耐腐蝕的靜電吸塵過濾網,保障高質量的過濾效果。

    2.2過濾網材料的選擇

    根據目前的市場情況,本文對常用的聚丙烯纖維、聚酯纖維、丙烯短纖維和玻璃纖維四種材料進行比較(ChenYuanChung,JosephM.Mansour.ApplicationofANSYStothestressrelaxationofarticularcartilageinunconfinedcompression:JournaloftheChineseInstituteofEngineers,2014;邱耀雄,何建宗,張玉宇,等.3類空調過濾網凈化室內空氣效果的比較:城市環境與城市生態,2013;申浩,孫振海,郭強,張榮久,過濾網目數對油分離器分油效率的影響:制冷與空調,2013)。對機艙整體的溫度控制系統來說,要選擇合適的濾網密度,濾網的密度過小會使機艙內部外部之間存在壓差,影響風機內部空氣循環,甚至導致空氣停止流通,所以濾網材料的選擇一定要慎重。在選擇不同濾網時,應對各種過濾性指標深刻了解。(1)過濾精度過濾精度是指在大氣中,所有小顆粒通過一個特定的網,通過該網時,比網孔大的顆粒被濾在網上。通過濾網上的顆粒數與整體的顆粒數的比值得到該網的過濾精度。該精度測量由顆粒計數儀實現。(2)納污容量每個濾網都有一定的過濾限度,一張濾網所能附著的最大限度的污物就是該濾網的納污容量。一般通過對網上附著的污物稱重來進行測量。(3)孔徑所有的濾網都有相應的孔徑大小,以微米為單位。孔徑和過濾精度不是一個概念。在對孔徑測量時,要將濾網在試驗液中進行浸泡,排出濾網中附著的空氣,再在濾網的一側通入微壓氣體,過濾網的另一側會排出相應氣體,對排出氣體的壓力進行測量,以此來測出孔徑。我們通過實驗得出結論,對于四種同類型不同的材料,隨著孔徑的增大,透氣量逐漸增大。(4)透氣性透氣性是否良好會直接影響濾器成品的流量阻力。通用測定方法較多,但原理基本相同,都是將一定量的清潔氣體直接通入到濾材中,測試其受到阻力的大小。(5)壓力損失壓力損失是指過濾前后產生的靜壓差。氣體在過濾之后壓力會有所降低,而濾布的壽命會隨著壓力降的增加而出現變短的情況。對四種不同的材料的濾網進行試驗,進行數據對比,可分別測出不同濾料對風量的處理情況。聚酯纖維濾網的流量在每個風機頻率下都大于相同頻率下的其他濾料的流量,聚酯纖維濾網的對風量的處理效率最高;而用丙烯纖維做成的濾網,它對風量的流量處理非常低效,當風速不斷增大時,聚酯纖維濾料和聚丙烯濾料與玻璃纖維濾料、丙烯濾料的流量差也會變得越來越大。對整體的機艙溫度控制系統來說,不同的外界環境,過濾性材料的選擇多種多樣的。一般風機機艙內部溫度在35~50℃,若風機機位所處地點溫度適宜,自然環境不是特別惡劣,應選擇聚丙烯纖維做濾網材料。這種材料所做的過濾網,不但可以滿足風機的正常運轉,而且產品質量好、成本低,使用時間也比較長久。

    3.結語

    本文對溫度智能控制系統的硬件以及相應的過濾材料的研究,在機艙主要熱源部署先進的溫度傳感器,形成機艙溫度的全方位、高精度、實時的感知和探測。闡述了機艙智能監控系統的工作原理,設計出全新的機艙智能過濾系統,為了選擇最適合的過濾網材料,對聚酯纖維濾料和聚丙烯濾料與玻璃纖維濾料、丙烯濾料進行對比分析,最終選擇聚丙烯纖維材料制成過濾網。本設計實現了對機艙溫度進行實時監控,有效的改善了風機的運行狀態,進而提高了風電場的經濟效益。

    作者:張藝鐘

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