引言

近年來,隨著新能源技術(shù)的大力發(fā)展,很多地方選擇了開發(fā)清潔能源,開始興建風(fēng)電站和光伏電站。為了保證并網(wǎng)發(fā)電后的電能質(zhì)量,以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的各種電力設(shè)備逐漸在發(fā)電站投運(yùn)。為了降低土建工作量、難度及成本,越來越多的電力企業(yè)選擇集裝箱式電力設(shè)備,將相應(yīng)的電力設(shè)備布置在集裝箱中。在這些電力設(shè)備中,大多數(shù)需要用到大功率的電力電子器件(如0IGT等),器件在工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱量,如果設(shè)備的散熱能力有限,那么器件內(nèi)部的溫度會(huì)升高,將導(dǎo)致器件的可靠性降低,無法安全地工作。因此,集裝箱內(nèi)散熱系統(tǒng)的好壞,直接決定了內(nèi)部電力設(shè)備能否長期穩(wěn)定、可靠地工作。

1研發(fā)背景

目前,集裝箱內(nèi)的散熱系統(tǒng)技術(shù)方案主要包括:自然冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷、水冷。自然冷卻方案無法滿足大功率設(shè)備運(yùn)行時(shí)的散熱需求:水冷方案的成本較高,且存在安全風(fēng)險(xiǎn):強(qiáng)迫風(fēng)冷方案包括抽風(fēng)和鼓風(fēng),是經(jīng)常被采用的方案。強(qiáng)迫風(fēng)冷需要大功率的風(fēng)機(jī)設(shè)備,而風(fēng)機(jī)組件體積較大,若安裝在集裝箱內(nèi)部將占用空間,若安裝在外部則對(duì)防水要求較高。

本文的目的在于提供一種電力設(shè)備集裝箱外掛風(fēng)機(jī)組件的設(shè)計(jì)方案。外掛風(fēng)機(jī)組件安裝在集裝箱外側(cè)墻壁上,不占內(nèi)部空間,可以從外部進(jìn)行維護(hù):可以實(shí)現(xiàn)較高的防水要求,從而保證風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行,延長使用壽命。一套集裝箱外可以安裝多個(gè)相同的外掛風(fēng)機(jī)組件,本文僅介紹其中一個(gè)組件,其他組件的結(jié)構(gòu)方案和安裝方案均可參考本文。

2設(shè)計(jì)與實(shí)施方案

2.1總體設(shè)計(jì)思路

外掛風(fēng)機(jī)組件主要包括風(fēng)機(jī)罩焊接組件、底板、安裝支架組件、出風(fēng)口組件、離心風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)線、測(cè)速儀與溫度傳感器等零部件。組件通過兩個(gè)三角支架安裝在集裝箱的外墻壁上,完成接線后即可運(yùn)行。風(fēng)機(jī)組件各個(gè)零部件的尺寸可以根據(jù)風(fēng)機(jī)選型來確定。

2.2外掛風(fēng)機(jī)組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示,一種電力設(shè)備集裝箱外掛風(fēng)機(jī)組件主要包括風(fēng)機(jī)罩焊接組件、底板、安裝支架組件、出風(fēng)口組件、離心風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)線、測(cè)速儀與溫度傳感器等零部件。外掛風(fēng)機(jī)組件各處焊接牢固,表面采用耐鹽霧腐蝕的防銹漆處理,連接件一律采用防銹材質(zhì)。風(fēng)機(jī)罩焊接組件和底板裝配:離心風(fēng)機(jī)包括導(dǎo)風(fēng)圈和風(fēng)機(jī)兩大部分,導(dǎo)風(fēng)圈一端安裝在底板上,風(fēng)機(jī)安裝在風(fēng)機(jī)罩焊接組件上:風(fēng)機(jī)線固定在風(fēng)機(jī)罩焊接組件內(nèi)部的扎線支架上,末端通過底板上出線孔穿出:測(cè)速儀與溫度傳感器用于測(cè)量出風(fēng)口的風(fēng)速及溫度,安裝在出風(fēng)口組件的內(nèi)部,位于風(fēng)機(jī)扇葉的正下方:出風(fēng)口組件與風(fēng)機(jī)罩焊接組件裝配。完成上述組件的裝配后,將兩個(gè)安裝支架組件安裝在集裝箱的外墻壁上,外墻壁上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的安裝孔,再將上述組件與安裝支架組件裝配,并且底板四周的安裝孔與外墻壁固定。

如圖2所示,風(fēng)機(jī)罩焊接組件主要由風(fēng)機(jī)罩頂板、風(fēng)機(jī)罩左側(cè)板、風(fēng)機(jī)罩左側(cè)焊接角鋼、風(fēng)機(jī)罩右側(cè)焊接角鋼、風(fēng)機(jī)罩右側(cè)板、固定風(fēng)機(jī)加強(qiáng)筋、扎線支架一和扎線支架二構(gòu)成。風(fēng)機(jī)罩頂板上有一個(gè)大圓孔,四周有四個(gè)小圓孔,大圓孔是為了露出風(fēng)機(jī)尾部的凸臺(tái),小圓孔與風(fēng)機(jī)的安裝孔對(duì)應(yīng),頂板上有頂部翻邊和底部翻邊,翻邊上均有安裝孔:風(fēng)機(jī)罩右側(cè)板上有兩個(gè)焊接翻邊,焊接翻邊與風(fēng)機(jī)罩頂板搭接,還有右側(cè)翻邊和底部翻邊,翻邊上均有安裝孔,風(fēng)機(jī)罩左側(cè)板的結(jié)構(gòu)與右側(cè)板類似:將固定風(fēng)機(jī)加強(qiáng)筋、扎線支架一焊接在風(fēng)機(jī)罩頂板上,再將扎線支架二焊接在風(fēng)機(jī)罩左側(cè)板上:將風(fēng)機(jī)罩頂板、左側(cè)板、右側(cè)板依次焊接成為整體,搭接處連續(xù)焊接,再將風(fēng)機(jī)罩左側(cè)焊接角鋼與左側(cè)板焊接,右側(cè)焊接角鋼與右側(cè)板焊接,角鋼一側(cè)翻邊上的三個(gè)小圓孔是為了增加焊接點(diǎn),保證焊接牢固。

如圖1(a)所示,安裝支架組件由橫角鋼、立角鋼和斜角鋼焊接而成。橫角鋼上的兩個(gè)腰孔與風(fēng)機(jī)罩左側(cè)焊接角鋼、右側(cè)焊接角鋼上的腰孔對(duì)應(yīng),立角鋼上的三個(gè)腰孔是與集裝箱外墻壁裝配的安裝孔。測(cè)速儀和溫度傳感器是一個(gè)整體組件,包括測(cè)速儀、溫度傳感器、安裝支架以及相關(guān)電線,安裝在出風(fēng)口組件內(nèi)。

如圖3所示,出風(fēng)口右側(cè)板、出風(fēng)口底板、出風(fēng)口左側(cè)板及出風(fēng)口橫梁焊接形成出風(fēng)口支架:出風(fēng)口底板上有漏水孔:出風(fēng)口蓋板和鐵絲過濾網(wǎng)焊接成出風(fēng)口蓋板組件:將出風(fēng)口蓋板組件安裝在出風(fēng)口支架上,形成出風(fēng)口組件。如圖4所示,最后將外掛風(fēng)機(jī)組件安裝在集裝箱的外墻壁上,風(fēng)機(jī)線穿過風(fēng)機(jī)組件后進(jìn)入集裝箱體內(nèi)。

2.3具體實(shí)施過程

集裝箱外墻壁上加工與支架組件和底板對(duì)應(yīng)的安裝孔,并且在安裝孔的背面焊接不銹鋼螺母,將兩個(gè)安裝支架組件固定在集裝箱外墻壁上,再將上一步的風(fēng)機(jī)組件搬運(yùn)至支架上,調(diào)整就位后用不銹鋼螺栓緊固,最后將風(fēng)機(jī)線引入集裝箱內(nèi)部接入主電路中。實(shí)物圖如圖5所示,集裝箱內(nèi)電力設(shè)備在運(yùn)行時(shí)便啟動(dòng)風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)抽出大量的熱并向空氣中排放,新鮮空氣從進(jìn)風(fēng)口持續(xù)進(jìn)入箱體,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備強(qiáng)迫風(fēng)冷的目的。位于風(fēng)機(jī)內(nèi)部的測(cè)速儀可以實(shí)時(shí)測(cè)量出風(fēng)口風(fēng)速,溫度傳感器可以實(shí)時(shí)采集出風(fēng)口空氣的溫度,將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋至箱體內(nèi)的控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的情況調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及運(yùn)行參數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率的最大化,從而達(dá)到高效、節(jié)能的效果。

3結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)已在工程項(xiàng)目中批量應(yīng)用,從近些年的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看,能夠很好地滿足客戶需求,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,表明了此結(jié)構(gòu)完全可以大量推廣應(yīng)用。

本文提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):（1)外掛風(fēng)機(jī)組件安裝在集裝箱的外墻上,不占用箱內(nèi)空間,可以外部維護(hù),拆卸和安裝便利:風(fēng)機(jī)罩采用整體焊接的方式,內(nèi)外表面進(jìn)行防銹處理,可滿足較高的防水要求,保證風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行,延長壽命。（2)外掛風(fēng)機(jī)組件運(yùn)行時(shí)能快速持續(xù)將箱體內(nèi)熱量抽出,保證電力設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性:能實(shí)時(shí)測(cè)量出風(fēng)口的風(fēng)速及溫度并反饋給控制系統(tǒng),使得風(fēng)機(jī)根據(jù)設(shè)備的散熱情況及應(yīng)用場(chǎng)合調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速等參數(shù),達(dá)到高效、節(jié)能的效果。