Globale energie-oorgang stimuleer die offshore-windenergie, maar komplekse see-omgewings daag die betroubaarheid van turbines uit. Die hitte-afvoer van plaaslike transformatorbeheerkassies (PMTCCs) is krities—ongedissipeerde hitte veroorsaak skade aan komponente. Optimering van PMTCC hitte-afvoer verbeter turbine-effektiwiteit, maar navorsing fokus hoofsaaklik op landbasse windpaaie, wat offshore-paaie verwaarloos. Daarom moet PMTCCs vir offshore-toestande ontwerp word om veiligheid te verhoog.
1 PMTCC Hitte-afvoer Optimering
1.1 Voeg Hitte-afvoer Toerusting Toe
Vir offshore PMTCCs, voeg/toebedryf volledig geslote hitte-afvoertoerusting by om soutnevel/vochtigheid te weerstaan. Geïnstalleer naast transformateurs, gekoppel via spesiale interfaces, vorm hulle doeltreffende koelingslusse. Lugstroom in toerustings: sien Fig. 1.
As gevolg van die spesifieke klimatiese omstandighede in offshore-windpaaie, soos groot temperatuurfluktuasies, hoë vochtigheid en soutnevelkorrosie, word strengere eise gestel aan die hitte-afvoerprestasie van transformatorbeheerkassies. Om presiese optimering van hitte-afvoerontwerp te bereik, kombineer hierdie studie innoverend ANSYS met MATLAB, deur genetiese algoritmes te gebruik om die breedteparameters van hitte-afvoers te optimeer.
As gevolg van die beperkings van ANSYS se ingeboude parametriese programmeringstaal om optimeringsalgoritmes direk te integreer, word MATLAB as 'n bemiddelaar aangewend. Deur die ontwikkeling van 'n ANSYS sekondêre ontwikkelingsinterface, word 'n naadlose verbinding tussen ANSYS en MATLAB gerealiseer. Dit word aangeneme dat die totale area van die hitte-afvoer 0,36 m² is, en die verhouding tussen die agterbreedte az en die sy-randbreedte ac van die hitte-afvoer gedefinieer word as:
Deur middel van gedetailleerde berekeninge en simulasies, word die optimale agterbreedte van die hitte-afvoer bepaal as 0,235 m, met die breedtes van die twee syluierkoelers aangepas tot 1,532 m. Hierdie optimering behou nie net die totale area van die hitte-afvoer nie, maar verhoog ook sy hitte-afvoerprestasie.
1.2 Gedwonge Lugkoelingstegnologie
Gedwonge lugkoeling gebruik waaiers om lugstroom te versnel, deur temperatuurverskille via lugkonveksie te vergroot om hitte-afvoer te verhoog. Dit kontroleer kabinettemperatuur veilig, maar ervaar wryving/lokaliseerde verliese in leidings. Optimerings sluit in die verbreding van leidingbreedte van 100 na 120 mm en die verminder van die waterdiameter, om energieverlies te minimeer en effektiwiteit te verbeter. Gekoelde olie keer terug na die tank deur onderste leidings, wat 'n geslote lus vir dubbelkoeling skep. Sien Figuur 2 vir sirkulasie.
Om hitte-afvoer te optimeer, word 'n Olie Natuurlike Lug Gedwonge (ONAF) koelingstandaard gekies. Waaiers dryf lugstroom om koellug van onder na bo te laat vloei, wat effektief die hele oppervlak van die radiator bedek.
1.3 Optimering van Inlaat en Uitlaat in Hooftransformator Kamer
Gebaseer op die kragverlies van die transformatorbeheerkassie en die verwagte temperatuurverskil tussen inlaat en uitlaat, word die benodigde lugstroom bereken deur middel van termodynamika. Die formule vir lugstroom V is:
In die formule:
Gegewe die moontlike afname in ventilasie-effektiwiteit, word die gemeetde lugstroombreedte ingestel op 1,6V. Die formule vir die berekening van die effektiewe inlaatarea A is:
Waar v die lugspoed sowel by inlaat as uitlaat voorstel. Na die kragverlies van die transformatorbeheerkassie geklarifiseer en die verwagte temperatuurverskil tussen inlaat en uitlaat bepaal, word die benodigde lugstroom V berekend deur termodynamiese beginsels. Laastens word die spesifieke dimensies van die inlaat en uitlaat ontwerp gebaseer op die lugstroom V:
Analise van die korrelasie tussen inlaatdrukverlies en openingarea wys dat die verhoog van die openingarea effektief gasdrukverlies kan verminder, en dus hitte-afvoereffektiwiteit verbeter. Op die voorwaarde dat die strukturele sterkte van die beheerkassie verseker word, word die inlaatopeningarea ingestel op 0,066 m². Om die effektiewe ventilasiearea te verhoog, word 'n metode wat roosters en luifelkappe kombineer, aangewend om ventilasiepadte te verhoog terwyl dit die intrusie van stof en reën voorkom. In die onderste deel van die hooftransformator kamer, word 'n addisionele luginlaatvenster ongeveer 40 cm bo die grond geïnstalleer om die inlaatarea verder te verhoog.
Gebaseer op die beginsel van onderste luginlaat en bose luguitlaat, word die layout van die inlaat en uitlaat geoptimaliseer. Die inlaat word in die onderste deel van die hooftransformator kamer ingestel, en die uitlaat is geleë in die bose deel, wat natuurlike konveksie skep. Dit laat warm lug glad vloei en word deur die uitlaat ontslaan, terwyl koue lug deur die inlaat binnentree, wat 'n effektiewe lugstroomsirkulasie skep om hitte-afvoereffektiwiteit te verbeter.
1.4 Beheerkassiestruktuur Optimering
Om die unieke uitdagings van sout, vochtigheid en korrodies in offshore-windpaaie te hanteer, word hoëprestasiemateriaal teen korrosie en gevorderde sluitingstegnologieë aangewend om die algehele beskerming van die beheerkassie te verhoog.
Versterkte Hitte-afvoer Ontwerp:
Kabeltoegang en Lugstroom Optimering:
Hierdie optimerings lei tot 'n gestruktureerde, goed-gesegregeerde kabelopset wat beide termiese bestuur en stelselbetroubaarheid verhoog.
2 Eksperimentele Verifikasie
2.1 Eksperimentele Opstelling
Om die haalbaarheid van die hitte-afvoerontwerp te valider, is 'n eksperimentele platform opgestel om die offshore-windpaaie-omgewing omvattend te simuleer. Twee waaiers is aangewend om offshore-windspoed en -rigting te replikeer. Die eksperimentele toerusting word in Tabel 1 gelys.
Om die offshore-windpaaie-omgewing te simuleer, moet daar, wanneer waaiers gebruik word om windspoed en -rigting te replikeer, aandag gegee word aan windspoedegalisiteit en rigtingsdiversiteit. Windspoedegalisiteit is krities vir akkurate evaluering van die beheerkassie se hitte-afvoerprestasie, en diversiteit in windrigtings kan meer omvattend die offshore-windrigriggings veranderings simuleer. Dus, tydens die eksperiment moet waaiers presies beheer word om windspoed en -rigting met die werklike offshore-windpaaie-eienskappe te pas.
2.2 Eksperimentele Resultate en Analise
Na die optimering van die hitte-afvoer van die offshore-windpaaie windturbine-doos-tipe transformatorbeheerkassie, is die hitte-afvoereffektiwiteit van verskillende dele van die beheerkassie voor en ná optimering gereken, soos in Tabel 2 getoon.
2.3 Resultate en Bespreking
Gebaseer op die eksperimentele data in Tabel 2, wys die hitte-afvoereffektiwiteit van die offshore-windturbine plaaslike transformatorbeheerkassie beduidende verbeteringe na optimering:
3 Konklusie
Hierdie studie het die impak van die offshore-windpaaie se swaar omgewing op beheerkassiehitte-afvoer geanaliseer. Gestuur deur hitteoordragbeginsels, is 'n gerigte optimeringsskema voorgestel en eksperimenteel gevalideer. Die geoptimaliseerde ontwerp verhoog nie net hitte-afvoereffektiwiteit en verminder interne temperature nie, maar verhoog ook korrosiebestendigheid en verleng diensleeftyd. Hierdie maatreëls bied robuuste tegniese ondersteuning vir die volhoubare operasie van offshore-windpaaie.