Ang global na pagbabago sa enerhiya ay nagpapataas ng offshore na wind power, bagaman ang komplikadong marine na kapaligiran ay nagpapahina sa reliabilidad ng mga turbine. Ang pagdissipate ng init ng pad-mounted transformer control cabinets (PMTCCs) ay mahalaga—ang hindi napapalabas na init ay nagdudulot ng pinsala sa mga komponente. Ang pag-optimize ng pagdissipate ng init ng PMTCC ay nagpapabuti sa epektibidad ng turbine, ngunit ang pagsasaliksik ay pangunahing nakatuon sa onshore na wind farms, at inuunti ang offshore. Kaya, disenyo ang PMTCCs para sa offshore na kondisyon upang mapalakas ang kaligtasan.
1 Pag-optimize ng Pagdissipate ng Init ng PMTCC
1.1 Magdagdag ng Mga Device para sa Pagdissipate ng Init
Para sa offshore na PMTCCs, magdagdag o i-optimize ang mga fully-sealed na device para sa pagdissipate ng init upang makapagresistensya laban sa asin spray at moisture. Ito ay inilalagay sa tabi ng mga transformer, konektado sa pamamagitan ng espesyal na interface, bumubuo ng mabisang cooling loop. Ang paggalaw ng hangin sa mga device: tingnan ang Fig. 1.
Dahil sa mga espesipikong katangian ng maritime climate sa offshore na wind farms, tulad ng malaking pagbabago ng temperatura, mataas na humidity, at corrosion ng asin spray, mas mahigpit na mga kailangan ang pinag-uusapan sa pagdissipate ng init ng transformer control cabinets. Upang makamit ang tumpak na pag-optimize ng disenyo ng heat sink, ang pag-aaral na ito ay inobatibong nagsasama ng ANSYS at MATLAB, gumagamit ng genetic algorithms upang i-optimize ang width parameters ng heat sinks.
Dahil sa mga limitasyon ng built-in parametric programming language ng ANSYS sa direkta nitong integration ng mga optimization algorithm, ang MATLAB ay ginagamit bilang isang intermediary. Sa pamamagitan ng pagbuo ng secondary development interface ng ANSYS, isinasakatuparan ang seamless connection sa pagitan ng ANSYS at MATLAB. Inaasahan na ang kabuuang area ng heat sink ay 0.36 m², at ang relasyon sa back width az at ang side edge width ac ng heat sink ay inilalarawan bilang:
Sa pamamagitan ng detalyadong kalkulasyon at simulasyon, itinukoy na ang optimal na back width ng heat sink ay 0.235 m, at ang mga width ng dalawang side heat sink ay inaayos nang 1.532 m. Ang pag-optimize na ito hindi lamang binabataan ang kabuuang area ng heat sink kundi pati rin nang nagpapabuti sa kanyang pagdissipate ng init.
1.2 Teknolohiya ng Forced Air Cooling
Ang forced air cooling ay gumagamit ng mga fan upang mapabilis ang paggalaw ng hangin, paglalaki ng temperature difference sa pamamagitan ng convection ng hangin upang mapabuti ang pagdissipate ng init. Ito ay nagsasala ng temperatura ng cabinet nang ligtas, ngunit may frictional at lokal na pagkawala sa ducts. Ang mga pag-optimize ay kasama ang paglalaki ng duct width mula 100 hanggang 120 mm at pagbabawas ng hydraulic diameter, minimization ng energy loss at pagpapabuti ng epektibidad. Ang pinagcool na langis ay bumabalik sa tank sa pamamagitan ng mga bottom pipe, bumubuo ng closed-loop para sa dual cooling. Tingnan ang Figure 2 para sa circulation.
Upang i-optimize ang pagdissipate ng init, ang Oil Natural Air Forced (ONAF) cooling mode ang napili. Ang mga fan ay nagdradrive ng airflow upang gawing umikot ang cooling air mula sa ilalim hanggang sa itaas, efektibong sumasaklaw sa buong surface ng radiator.
1.3 Pag-optimize ng Inlet at Outlet sa Main Transformer Chamber
Batay sa power loss ng transformer control cabinet at inaasahang temperature difference sa pagitan ng inlet at outlet, ang kinakailangang airflow ay inaasahan gamit ang thermodynamics. Ang formula para sa airflow V ay:
Sa formula:
Dahil sa potensyal na pagbagsak ng epektibidad ng ventilation, ang sukat ng airflow rate ay itinakda sa 1.6V. Ang formula para sa pagkalkula ng effective inlet area A ay:
Kung saan v ay kumakatawan sa velocity ng hangin sa parehong inlet at outlet. Matapos mailarawan ang power loss ng transformer control cabinet at matukoy ang inaasahang temperature difference sa pagitan ng inlet at outlet, ang kinakailangang airflow V ay inaasahan gamit ang prinsipyong thermodynamic. Sa wakas, ang espesipikong dimensyon ng inlet at outlet ay idisenyo batay sa airflow V:
Ang analisis ng ugnayan sa pagitan ng pressure loss sa inlet at opening area ay nagpapakita na ang paglalaki ng opening area ay maaaring mabawasan ang gas pressure loss, kaya't nagpapabuti sa epektibidad ng pagdissipate ng init. Sa premyo ng pagtitiyak sa structural strength ng control cabinet, ang inlet opening area ay itinakda sa 0.066 m². Upang mapabuti ang epektibong ventilation area, isang paraan na naglalabas ng grilles at louver covers ay ginamit upang mapalawak ang ventilation passages habang sinusugpuan ang pagpasok ng dust at ulan. Sa lower part ng main transformer chamber, isang karagdagang air inlet window ay inilapat na humigit-kumulang 40 cm sa itaas ng lupa upang palawakin ang inlet area.
Batay sa prinsipyong bottom air intake at top air exhaust, ang layout ng inlet at outlet ay i-optimize. Ang inlet ay itatakda sa lower part ng main transformer chamber, at ang outlet ay nasa upper part, bumubuo ng natural convection. Ito ay nagbibigay-daan para sa maayos na pag-akyat ng mainit na hangin at paglabas sa outlet, samantalang ang malamig na hangin ay papasok mula sa inlet, bumubuo ng epektibong circulation ng hangin upang mapabuti ang epektibidad ng pagdissipate ng init.
1.4 Pag-optimize ng Struktura ng Control Cabinet
Upang tugunan ang mga espesipikong hamon ng asin, humidity, at corrosive substances sa offshore na wind farms, ang high-performance anti-corrosion materials at advanced sealing technologies ay ginagamit upang mapalakas ang kabuuang proteksyon ng control cabinet.
Enhanced Heat Dissipation Design:
Cable Entry and Airflow Optimization:
Ang mga pag-optimize na ito ay nagreresulta sa isang structured, well-segregated cable layout na nagpapabuti sa thermal management at system reliability.
2 Experimental Verification
2.1 Experimental Setup
Upang patunayan ang feasibility ng disenyo ng pagdissipate ng init, isang experimental platform ay itinayo upang comprehensive na simuluhan ang offshore na wind farm environment. Dalawang fans ang ginamit upang imitasyon ang offshore na wind speeds at directions. Ang experimental equipment ay nakalista sa Table 1.
Upang simuluhan ang offshore na wind farm environment, kapag ginagamit ang fans upang imitasyon ang wind speed at direction, dapat bigyan ng pansin ang uniformity ng wind speed at diversity ng direction. Ang uniform na wind speed ay mahalaga para sa tumpak na evaluation ng performance ng pagdissipate ng init ng control cabinet, at ang diverse na wind directions ay maaaring mas komprehensibong simuluhan ang offshore na pagbabago ng direction ng hangin. Kaya, sa panahon ng eksperimento, ang mga fans ay kailangang kontrolin nang tumpak upang tiyakin na ang wind speed at direction ay tumutugon sa aktwal na katangian ng offshore na wind farm.
2.2 Experimental Results and Analysis
Matapos i-optimize ang pagdissipate ng init ng offshore na wind farm wind turbine box-type transformer control cabinet, ang epektibidad ng pagdissipate ng init ng iba't ibang bahagi ng control cabinet bago at pagkatapos ng pag-optimize ay naitala, tulad ng ipinapakita sa Table 2.
2.3 Results and Discussion
Batay sa experimental data sa Table 2, ang epektibidad ng pagdissipate ng init ng offshore na wind turbine pad-mounted transformer control cabinet ay nagpakita ng malaking pag-unlad pagkatapos ng pag-optimize:
3 Conclusion
Ang pag-aaral na ito ay nagsuri ng impact ng harsh na kapaligiran ng offshore na wind farm sa pagdissipate ng init ng control cabinet. Batay sa prinsipyong heat transfer, isang targeted na optimization scheme ay inihanda at in-validate ng eksperimento. Ang optimized na disenyo hindi lamang nagpapabuti sa epektibidad ng pagdissipate ng init at nagbabawas ng internal temperatures, kundi pati rin nagpapalakas ng corrosion resistance at nagpapahaba ng service life. Ang mga hakbang na ito ay nagbibigay ng robust na teknikal na suporta para sa sustainable na operasyon ng offshore na wind farms.