双馈风机机舱温度智能控制技术研究与系统设计

发布时间：2020-08-24 10:48

【摘要】：风能是资源潜力巨大、技术较为成熟的可再生能源,在减排温室气体、应对气候变化的新形势下,越来越受到世界各国的重视。双馈风机机组的运行数量庞大,再加上风机的长期运行和风机运行环境的恶化,导致风机机舱、齿轮箱和发电机散热片受到污染,灰尘堵塞冷却系统进气口,造成机舱内热交换器性能下降,而且舱内空间尺寸有限,齿轮箱、发电机、电控柜等多个高温热源及零部件布置在一个狭小的空间内,机舱内出现整体或局部区域温度过高的现象,导致风力发电机齿轮箱油、发电机等过温,风机限功率运行甚至停机,最严重造成部件损坏等现象,所以为双馈风机研发一个高效多元化、能同时满足监控、处理风电问题的双馈风机机舱温度智能控制系统是很有必要的。首先,运用CFD对机舱内空气流动及其温度特性进行三维数值模拟分析,获取机舱内不同位置的流场及发热部件温度分布云图,通过对比不同条件下的云图,找出影响温度和流场分布的主要因素,为双馈风机机舱温度智能控制系统提出合理的设计方案,从而保证风力发电机机舱内各部件工作在最佳温度范围内。其次,根据设计方案,设计温度智能控制系统的硬件部分,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。对比不同类型的风机特点选择出适用于风机机舱内部的轴流风机,安装在机舱底部,改善机舱气体流动性。完成机舱智能过滤系统的硬件设计,对比了四种常用的过滤网材料特点特性,选择出最适机舱的过滤网材料。最后,通过对机舱温度智能控制系统所实现功能需求进行分析,开发温度智能控制系统软件部分,采用三层B/S结构的Java EE架构,使用三个开源框架,结合JSP技术实现表现层,基于MVC的设计模式,构建出一个稳定且性能良好的机舱温度智能控制系统应用。对比分析三组样机齿轮箱温度及输出有功功率曲线,得出机舱温度智能控制系统可以有效的监测和控制风机运行,提升发电机效率,能够解决目前双馈风机机舱环境现存问题。为本研究后续展望提供了坚实的理论基础和依据。论文通过设计机舱温度智能控制系统,降低机舱环境的整体温度,降低机舱内部温度过高故障率,节约了人力物力,同时提高了风机运行效率和风电场的经济效益。
【学位授予单位】：沈阳工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614
【图文】：

风力发电机,内部结构,机舱

院硕士学位论文 3 双馈风机机舱件很多，如散热器，齿轮箱、发电机等，不同类型的支架交叉在一起复杂，相关布置情况具体如下图 3.1。对形状完全相同的机舱模拟分而在此处理过程中，应该在保留主体部件后，对于复杂的机舱内部结，尽可能的贴近真实的机舱的内部结构，进行数值模拟来准确的反应和温度特性。

机舱,几何模型,风力发电机,内部结构

图 3.1 风力发电机舱内部结构布置Fig.3.1 Internal structural arrangement of Wind Turbine Cabin 机舱几何模型简化

几何形状,网格生成,机舱

标号所对应的部件：1 主轴；2 齿轮箱；3 控制柜；4 发电机；5 进风口；6 出风实际机舱内部工作元件多，且分布复杂，同时还存在一些线路，所有细节的展示使建模十分困难，更为后期的网格划分增加负担。本文模型简化主要遵循以下原一，将重要零部件的形状进行简化，转化为规则的几何形状，保持几何尺寸不变，对于一些元件线路的处理，忽略一些对于散热和流场分布影响较小的管线，将其。按照上述思想，对机舱内部模型进行简化，简化后的机舱模型如图 3.2 所示。3 计算网格生成在进行此方面的模拟分析时，其中最重要的步骤为网格划分，因为划分的结果对的解析结果会产生直接的影响。在此划分时可选择两种方法，也就是手动划分和自分，本文在求解时应用了自动划分方法，且选择了非结构化网格来离散化处理求解着对舱内的局部位置细化。在此处理过程中考虑到机舱壁面相关因素的影响，应该的对机舱壁面加密，在此基础上确定出的网格单元和节点数分别为 426688 和 84，所得结果具体情况如下所示。

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