ऑफ़शोर विंड टर्बाइन में पैड-माउंटेड ट्रांसफ़ोर्मर के नियंत्रण कैबिनेट के लिए थर्मल ऑप्टीमाइज़ेशन डिज़ाइन

वैश्विक ऊर्जा संक्रमण ऑफ़शोर वायु शक्ति को बढ़ावा देता है, फिर भी जटिल समुद्री पर्यावरण टरबाइन की विश्वसनीयता को चुनौती देता है। पैड-माउंटेड ट्रांसफॉर्मर कंट्रोल कैबिनेट (PMTCCs) के ताप-निस्सरण का महत्वपूर्ण असर होता है—अनिस्सरित ताप घटकों को नुकसान पहुंचाता है। PMTCC ताप-निस्सरण का अनुकूलन टरबाइन की दक्षता में सुधार लाता है, लेकिन अधिकांश शोध ओनशोर वायु खेतों पर केंद्रित होता है, ऑफ़शोर वायु खेतों को नजरअंदाज करता है। इसलिए, ऑफ़शोर परिस्थितियों के लिए PMTCCs को डिजाइन करें ताकि सुरक्षा में सुधार हो।

1 PMTCC ताप-निस्सरण अनुकूलन
1.1 ताप-निस्सरण उपकरणों का जोड़ा जाना

ऑफ़शोर PMTCCs के लिए, नमक की धूल/मौसमी आर्द्रता का प्रतिरोध करने के लिए पूरी तरह से सील वाले ताप-निस्सरण उपकरणों को जोड़ें/अनुकूलित करें। ट्रांसफॉर्मर के बगल में स्थापित, विशेष इंटरफ़ेस के माध्यम से जोड़े गए, वे प्रभावी शीतलन लूप बनाते हैं। उपकरणों में हवा का प्रवाह: आकृति 1 देखें।

ऑफ़शोर वायु खेतों के समुद्री जलवायु की विशिष्टताओं, जैसे बड़े तापमान उतार-चढ़ाव, उच्च आर्द्रता, और नमक की धूल के अपघरण के कारण, ट्रांसफॉर्मर कंट्रोल कैबिनेटों के ताप-निस्सरण प्रदर्शन पर अधिक सख्त आवश्यकताएं रखी जाती हैं। ताप-निस्सरण डिजाइन के सटीक अनुकूलन को प्राप्त करने के लिए, यह अध्ययन ANSYS और MATLAB को नवीनता से जोड़ता है, जिसमें जनेटिक एल्गोरिदम का उपयोग ताप-निस्सरण के चौड़ाई पैरामीटरों के अनुकूलन के लिए किया जाता है।

ANSYS की बिल्ट-इन पैरामेट्रिक प्रोग्रामिंग भाषा की सीमाओं के कारण, जो अनुकूलन एल्गोरिदम को सीधे एकीकृत करने में असमर्थ है, MATLAB को एक मध्यस्थ के रूप में अपनाया जाता है। ANSYS द्वितीयक विकास इंटरफ़ेस के विकास के माध्यम से, ANSYS और MATLAB के बीच एक निर्बाध जोड़ स्थापित किया जाता है। यह मान लिया जाता है कि ताप-निस्सरण का कुल क्षेत्रफल 0.36 m² है, और ताप-निस्सरण के पीठ की चौड़ाई a_z और ताप-निस्सरण के दक्षिण छोर की चौड़ाई a_c के बीच का संबंध निम्न प्रकार से परिभाषित किया गया है:

विस्तारित गणना और सिमुलेशन के माध्यम से, ताप-निस्सरण की इष्टतम पीठ की चौड़ाई 0.235 m, और ताप-निस्सरण के दोनों दक्षिण छोरों की चौड़ाई 1.532 m तक समायोजित की गई। यह अनुकूलन ताप-निस्सरण के कुल क्षेत्रफल को बनाए रखता है और इसके ताप-निस्सरण प्रदर्शन को बढ़ाता है।

1.2 बलपूर्वक हवा शीतलन प्रौद्योगिकी

बलपूर्वक हवा शीतलन प्रशंसकों का उपयोग हवा के परिचलन को तेज करने के लिए किया जाता है, जो हवा के संचरण द्वारा तापमान अंतर को बढ़ाकर ताप-निस्सरण को बढ़ाता है। यह कैबिनेट के तापमान को सुरक्षित रूप से नियंत्रित करता है, लेकिन नलियों में घर्षण और स्थानीय नुकसान का सामना करता है। अनुकूलन शामिल हैं नलियों की चौड़ाई को 100 से 120 mm तक बढ़ाना और हाइड्रोडायनामिक व्यास को कम करना, जिससे ऊर्जा का नुकसान कम होता है और दक्षता में सुधार होता है। ठंडी हुई तेल निचले पाइपों के माध्यम से टैंक में लौट जाता है, जिससे दोहरे शीतलन के लिए एक बंद चक्र बनता है। परिचलन देखें आकृति 2।

ताप-निस्सरण को अनुकूलित करने के लिए, तेल प्राकृतिक बलपूर्वक हवा (ONAF) शीतलन मोड का चयन किया जाता है। प्रशंसक हवा के प्रवाह को निचले से ऊपरी दिशा में ले जाते हैं, जो रेडिएटर की पूरी सतह को प्रभावी रूप से आवरित करता है।

1.3 मुख्य ट्रांसफॉर्मर चैम्बर के इनलेट और आउटलेट का अनुकूलन

ट्रांसफॉर्मर कंट्रोल कैबिनेट के शक्ति नुकसान और इनलेट और आउटलेट के बीच की अपेक्षित तापमान अंतर के आधार पर, आवश्यक हवा का प्रवाह थर्मोडायनामिक्स का उपयोग करके गणना की जाती है। हवा के प्रवाह V का सूत्र है:

सूत्र में:

• Q एकांक समय में ताप-निस्सरण है;

• ρ हवा का घनत्व है;

• b विशिष्ट ऊष्मीय क्षमता है;

• ΔT इनलेट और आउटलेट के बीच का तापमान अंतर है।

वेंटिलेशन दक्षता में संभावित गिरावट को देखते हुए, मापा गया हवा का प्रवाह दर 1.6V सेट किया जाता है। प्रभावी इनलेट क्षेत्र A की गणना करने का सूत्र है:

जहाँ v इनलेट और आउटलेट दोनों पर हवा का वेग प्रदर्शित करता है। ट्रांसफॉर्मर कंट्रोल कैबिनेट के शक्ति नुकसान को स्पष्ट करने और इनलेट और आउटलेट के बीच की अपेक्षित तापमान अंतर को निर्धारित करने के बाद, आवश्यक हवा का प्रवाह V थर्मोडायनामिक सिद्धांतों का उपयोग करके गणना की जाती है। अंत में, इनलेट और आउटलेट के विशिष्ट आयाम V के आधार पर डिजाइन किए जाते हैं:

• इनलेट: 0.200 m चौड़ा और 0.330 m ऊँचा;

• आउटलेट: 0.250 m चौड़ा और 0.264 m ऊँचा।

इनलेट दबाव नुकसान और खुले क्षेत्र के बीच के संबंध का विश्लेषण संकेत देता है कि खुले क्षेत्र को बढ़ाने से गैस दबाव नुकसान को प्रभावी रूप से कम किया जा सकता है, जिससे ताप-निस्सरण दक्षता में सुधार होता है। कंट्रोल कैबिनेट की संरचनात्मक ताकत को सुनिश्चित करने की प्रतिबद्धता के तहत, इनलेट खुले क्षेत्र को 0.066 m² सेट किया जाता है। प्रभावी वेंटिलेशन क्षेत्र को बढ़ाने के लिए, ग्रिल्स और लुवर कवर्स के संयोजन का उपयोग किया जाता है, जो वेंटिलेशन पथों को बढ़ाता है और धूल और बारिश के प्रवेश को रोकता है। मुख्य ट्रांसफॉर्मर चैम्बर के निचले भाग में, इनलेट विंडो जमीन से लगभग 40 cm ऊपर इनस्टॉल किया जाता है, जिससे इनलेट क्षेत्र और बढ़ जाता है।

निचले इनलेट और ऊपरी आउटलेट के सिद्धांत के आधार पर, इनलेट और आउटलेट की व्यवस्था अनुकूलित की जाती है। इनलेट को मुख्य ट्रांसफॉर्मर चैम्बर के निचले भाग में और आउटलेट को ऊपरी भाग में स्थापित किया जाता है, जिससे प्राकृतिक संचरण बनता है। यह गर्म हवा को चालू रहने देता है और इसे आउटलेट से निकाल देता है, जबकि ठंडी हवा इनलेट से आती है, जिससे प्रभावी हवा का परिचलन बनता है और ताप-निस्सरण दक्षता में सुधार होता है।

1.4 कंट्रोल कैबिनेट संरचना अनुकूलन

ऑफ़शोर वायु खेतों में नमक, आर्द्रता और अपघरण वाली पदार्थों की विशेष चुनौतियों को संबोधित करने के लिए, उच्च-प्रदर्शन वाले अपघरण विरोधी सामग्री और उन्नत सीलिंग प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया जाता है, जिससे कंट्रोल कैबिनेट की समग्र सुरक्षा में सुधार होता है।

ताप-निस्सरण डिजाइन में सुधार:

• वेंटिलेशन विंडो का अनुकूलन: अपर्याप्त निस्सरण विंडो के कारण ताप-निस्सरण में कमी को दूर करने के लिए, शीर्ष और दक्षिण छोर पर अतिरिक्त वेंटिलेशन विंडो विन्यस्त किए जाते हैं। गणना द्वारा इनका आकार और संख्या निर्धारित किया जाता है, जिससे हवा का प्रवाह अधिकतम होता है और संरचनात्मक संतुलन बना रहता है:

• 80 शीर्ष पर विंडो (प्रत्येक 1.0 m × 0.2 m);

• 20 दक्षिण छोर पर विंडो (प्रत्येक 2.0 m × 0.15 m)।

केबल प्रवेश और हवा का प्रवाह अनुकूलन:

• आयताकार इनलेट: आयताकार केबल प्रवेश द्वार फ्रेम आधार के चैनल स्टील में मशीन किए जाते हैं, जो केबल स्थापना को सरल बनाते हैं और हवा के प्रवाह के मार्ग को सुधारते हैं।

• स्लाइडिंग बेस प्लेट: एक स्लाइडिंग बेस प्लेट केबल को टर्मिनल तक रूट करने में सहायता प्रदान करता है, जबकि प्रभावी सीलिंग बनाए रखता है, जिससे आंतरिक घटक सुरक्षित रहते हैं।

ये अनुकूलन संरचित, अच्छी तरह से विभाजित केबल व्यवस्था का परिणाम है, जो तापीय प्रबंधन और सिस्टम की विश्वसनीयता दोनों में सुधार लाता है।

2 प्रयोगात्मक सत्यापन
2.1 प्रयोगात्मक सेट-अप

ताप-निस्सरण डिजाइन की योग्यता की पुष्टि करने के लिए, एक प्रयोगात्मक प्लेटफॉर्म बनाया गया था, जो ऑफ़शोर वायु खेतों के पर्यावरण को व्यापक रूप से सिमुलेट करता था। दो प्रशंसकों का उपयोग ऑफ़शोर वायु गति और दिशा को नक्कल करने के लिए किया गया था। प्रयोगात्मक उपकरण सारणी 1 में सूचीबद्ध हैं।

ऑफ़शोर वायु खेतों के पर्यावरण को सिमुलेट करने के लिए, प्रशंसकों का उपयोग करके वायु गति और दिशा को नक्कल करते समय, वायु गति की समानता और दिशा की विविधता पर ध्यान देना चाहिए। समान वायु गति कंट्रोल कैबिनेट के ताप-निस्सरण प्रदर्शन की सटीक मूल्यांकन के लिए महत्वपूर्ण है, और विविध वायु दिशाएं ऑफ़शोर वायु दिशा के परिवर्तनों को अधिक व्यापक रूप से सिमुलेट कर सकती हैं। इसलिए, प्रयोग के दौरान, प्रशंसकों को वायु गति और दिशा को वास्तविक ऑफ़शोर वायु खेतों की विशेषताओं के अनुसार नियंत्रित करने की आवश्यक