智能冷却控制系统

2024-05-17

智能冷却控制系统（共11篇）

智能冷却控制系统篇1

0 引言

目前,国内传统工程机械冷却装置大多采用普通冷却风扇,普通风扇通过皮带与发动机输出轴直接连接,不能根据被冷却温度变化调节转速,温度得不到有效控制,因此能耗很大,又不能满足温度部件的最佳温度工作区。少数工程机械冷却装置采用液压马达驱动的温控风扇,虽然可以根据温度进行调节转速,但受到液压驱动本身效率低,并且电设备冷却特性与传统机械冷却特性有所不同,很难同时满足所有各个部件处于最佳温度工作区。尤其是电传动工程机械,本身温度部件增加很多,如电机、电动机及各控制器等,各部件的温度参数直接影响其效率、安全等重要性能,各个温度部件的最佳温度工作区又不一样。

当前以低碳节能、绿色环保为经济主题,电传动工程机械冷却的高效性是节能降耗的重要指标。使用传统机械或液压驱动冷却风扇,无法满足电传动工程机械冷却的大负荷、高效率、低消耗的要求。随着智能化技术在工程机械上的应用,同时电传动工程机械容易得到电能资源,故本文设计了一种智能控制电驱动的温控风扇和泵独立冷却系统是节能降耗、提高冷却效率,满足各温度部件不同冷却要求的理想技术。

1 系统组成

工程机械冷却系统设计的合理与否会很大程度上影响其工作效率和寿命,因此,为保证各部件正常工作,必须对这些在高温条件下工作的部件加以冷却。电驱动工程机械的冷却系统与传统的工程机械有很大的不同,传统的工程机械冷却对象主要是发动机、变速箱、侧减速器和中冷器等机械热源部件,冷却液温度一般在100℃以上,使用的冷却系统基本上都是采用发动机自带水泵冷却发动机,液压系统冷却利用空气冷却。如图1所示,工程机械智能冷却系统装置由1辅助功率控制器、2独立电路温度传感器、3电源逆变器、4出水管路、5止回阀、6副水箱、7出水管路、8独立电路冷却器、9止回阀、10发电机、11作液压油冷器、12发动机、13水泵电机、14电动水泵和15止回阀等部件组成。

2 系统控制原理

工程机械中各热源部件工作温度不同,对冷却散热要求也不同,尤其是电子器件和工作液压油所需冷却温度较低,所以对辅助功率控制器、电源逆变器、发电机、工作液压油冷却器进行独立的冷却。

该智能冷却系统由电动水泵驱动冷却液循环,经过冷却管路连接的辅助功率控制器、电源逆变器、发电机、工作液压油冷却器串行循环,回到独立电路冷却器在冷却风扇的作用下对高温冷却液进行冷却。在辅助功率控制器冷却液出口和电源逆变器冷却液入口之间安装温度传感器,检测冷却液的温度状态信息,并将温度状态信息传递至发动机ECM,经过信号转换处理传递至水泵电机控制器来控制电动水泵驱动电机的转速,同时温控风扇转速满足不同工况下的冷却需要。采用集成式散热器,即独立电路冷却器、发动机散热器、空冷器三散热器一体并联安装,集中布置在冷却风扇的后侧,这样有利于强化低温冷却水路散热能力,保证低温电子部件在其许可温度范围内工作、可以提高冷却系统冷却效率,减小空间布置。

3 具体实施方式

如图2所示,工程机械智能冷却系统包括传统设备冷却回路和电设备冷却回路。两个冷却回路有独立的电扇、风扇执行电机、散热器、冷却泵、温度采集单元。

传统设备冷却回路实施方式:温度采集单元采集发动机水温、歧管进气温度、工作液压油温度信息,转化为数字信号上传CAN网络。根据分析结果调节PWM的输出的占空比,将PWM信息传给控制PWM放大级,通过PWM放大级控制电机和冷却泵;电机驱动风扇,吹散热器散失冷却液热量,降低冷却液温度;电泵使冷却液在管路里循环流动;通过调节控制器输出PWM的占空比就可以实现对风扇转速和冷落回路的流速的调节,即调节散热的快慢,满足传统设备的冷却要求。

电设备冷却回路实施方式:温度采集单元采集发电机水温、电动机水温、控制器及辅助电源水温信息,转化为数字信号上传CAN网络。之后的实施方式与传统设备冷却实施方式相同。

4 结语

本文研究的工程机械智能冷却系统,与传统机械或液压驱动工程机械相比,节能减排效果明显,尤其冬季的冷却控制可以借助自然温度冷却平衡,大大减少两个风扇运行量,实现节能目的,具有低碳绿色的经济与社会双重效益。智能控制的电机驱动独立冷却系统中的两个冷却回路独立安装,可以合理利用工程机械上的空间,导线布置比流体管路布置简单容易。

参考文献

[1]李淑廷.工程机械电液驱动智能冷却系统的研究.山东农业大学,2007(05)

[2]朱一德.论筑路机械冷却装置液压驱动系统的设计.中国新技术新产品,2012(03)

智能冷却控制系统篇2

一、停炉方式对汽包上、下壁温差控制的影响

停炉分为计划停炉和非计划停炉两种，停炉方式不同，它的降温方式也不同。

1、如果属于计划停炉，那么，我们停炉时一般采用滑参数方式，尽可能把参数降得低一些，让锅炉承压部件的热量尽可能多释放一些，停炉后的冷却速也就会快一些，汽包上、下壁温差就比容易控制，特别是有利于汽机的检修；

2、如果是非计划停炉，如事故情况下的被迫停炉，那是不可控的，那么，停炉后的温度就相对较高，降温冷却就要困难一些，需要的时间相对就要长一些,汽包上、下壁温差就比较难控制，甚至是无法控制；

二、停炉后的冷却

停炉后的冷却分为自然冷却和强制冷却两种方式。

1、停炉后，不采用任何手段，让其自然降温降压的冷却方式，称为自然冷却方式；

2、停炉后，采用强制手段进行降温，降压的方式，称为强制冷却方式，如进行上水和放水的方法，启动风机强制通风冷却的方法，开启人孔门进行通风冷却的方法等等，但一般情况下，不提昌采用强制手段进行降温，降压，因为这种方法产生的温差应力较大，对设备的损伤较大，还有可能由于冷却速度过快而导致设备的损坏，如果因为要抢修而必须快速冷却，为保证设备的安全性，也要遵守《锅炉运行规程》有关停炉后冷却与维护的规定，如“停炉4－6小时内各烟风挡板及各门孔应严密关闭，避免锅炉急剧冷却”、“8小时之后可微开风挡板、锅炉人孔门、检查孔门进行自然通风，但若排烟温度高时，严禁开启上述风门”、“停炉18小时后根据需要可启动一台引风机进行强制通风冷却，但必须保汽包上、下壁温差＜50℃（Ⅱ期＜40℃＝。

三、汽包冷却的特点

汽包由于壁厚(#1炉汽包壁厚112mm，重123t、#2炉汽包壁厚95mm,重122.2t)，水容积较大(#1炉45.23m3、#2炉44m3)所以，热容量比较大，加之保温较好，因此，冷却的速度比较慢，它的冷却主要依赖于炉水温度的降低。

四、停炉后汽包上下壁温差的形成

停炉后，随着压力的降低，炉水的饱和温度也随之降低，金属温度相对较高，汽包对炉水和蒸汽放热，汽包上半部为汽，下半部为水，由于水的传热系数相对较大，所以，与水接触的部位传热要快一些，因此，壁温与炉水温度相接近，而汽的传热系数比水小得多，因此，与汽接触的上半部热量传递较慢，由此在而产生了上、下壁温差。

五、减小汽包上、下壁温差的方法

冷却水系统巧改造篇3

改造前

使用曼罗兰UNISET75高速轮转报纸印刷生产线初期，笔者根据冷却水系统的技术说明书组装了冷却水系统，其结构如图1所示。考虑到南京的气候特点，该冷却水系统选择了制冷机组与风冷机组相结合的冷却方式。在夏、秋季，采用制冷机组制冷；在春、冬季，采用风冷机组制冷，这是因为风冷机组较制冷机组耗电量低，可节约大量电能，又可避免冬季制冷机组不易启动的问题。此外，冷却水系统中还设置了一个容量为5立方米的贮水柜，可为设备泵站提供温度相对恒定的冷却水。

经过1年多的运行后，笔者发现电气柜的热交换片上常出现渗水现象，刚开始以为是夏季湿度大，空气流过相对较冷的热交换片而产生的冷凝现象，然而在空气相对干燥的冬季仍会出现渗水现象，且情况越来越严重。为此，笔者将热交换片的保护罩打开，发现在冷水流经的热交换片的铜管上有水珠冒出，于是初步确认是热交换片自身出现了漏水现象，而不是冷凝现象。

为进一步查明热交换片出现渗水的原因，笔者对冷却水系统中的水质进行了化验。化验结果表明，水质中的颗粒物杂质超标。究其原因，主要是冷却水系统的管路太长，且由于贮水柜内装有浮球式补水阀，且其上方留有一个检修口，使得冷却水系统处于相对开放的状态，大量空气进入冷却水系统，造成管道氧化、锈蚀。大量铁锈从管壁剥落后，随着水流进入电气柜的热交换片中，对热交换片的铜管产生冲刷、研磨。时间一长，铜管的管壁就会变薄，最终被磨破，从而导致漏水。

原因查明后，笔者将贮水柜内的浮球式补水阀外移，将检修口做密闭处理，使整个冷却水系统处于相对密闭的状态，同时，加强了水质检测，并定期更换冷却水。采取上述措施后，电气柜的热交换片渗水现象明显减轻。

改造后

为进一步提高冷却水的水质，尤其是进入到电气柜热交换片的冷却水的水质，2010年7月，我们对冷却水系统进行了改造，改造后的冷却水系统结构如图2所示。

由图2可知，改造后的冷却水系统比原有的冷却水系统增加了板式热交换器。该板式热交换器将原有冷却水系统分成了2个独立的水系统，即贮水柜系统和设备系统。这两个系统的冷却水互不交叉，热量交换通过相隔的板式热交换器中的不锈钢片完成。

其中，设备系统中的设备泵站是负责向电气柜提供所需温度的冷却水的重要环节，其通过一个电动的比例控制阀实时、自动地将来自于板式热交换器的冷水与来自电气柜中的回流水相混合，为电气柜提供预先设定好温度的冷却水，其原理如图3所示。

当温度传感器检测到电气柜中的冷却水温度高于电气柜预先设定的温度时，电动的比例控制阀会加大冷水的进水比例，使设备泵站的出水温度下降；当温度传感器检测到电气柜中的冷却水温度低于电气柜预先设定的温度时，电动的比例控制阀会减少冷水的进水比例，同时加大从电气柜回流的热水比例，使设备泵站的出水温度上升。通过这样的双向调节，设备泵站的出水温度可基本保持恒定，从而为电气柜提供所需温度的冷却水。

需要注意的是，电动的比例控制阀同时具备手动调节的功能，在设备泵站实际运行中，每过一段时间，可用手动的方法检查电动的比例控制阀转动是否灵活，以防因长时间不转动而导致转动部分因生锈而卡住。

此外，改造冷却水系统时我们还做了以下变动：一是将板式热交换器与设备泵站放在同一水平面上，确保设备泵站的水压与板式热交换器的水压相同，因为如果板式热交换器的位置高于或低于设备泵站的位置，均会产生水压叠加效应或增加设备泵站内水泵的负荷，从而产生故障；二是将板式热交换器尽量放在设备泵站附近，尽可能减少连接板式热交换器与设备泵站的管道长度，同时，设备泵站到电气柜之间的管道采用高强度塑料水管压接而成，以降低管道产生铁锈等颗粒物的可能性。

改造后的冷却水系统运行6年来，经检测发现，水质情况良好，电气柜的热交换片上没有再发生渗水现象，取得了良好的预期效果。

智能冷却控制系统篇4

济宁三号煤矿主胶带机传动设备多种多样, 其中耦合器、CST两种传动设备由于散热量大, 必须对其加以冷却。传统的风冷方式噪音大、冷却效果不好。因此, 目前济宁三号煤矿井下5部需要冷却的胶带机全部采用了水冷方式, 从矿井供水管中引取冷却水至水冷器, 耦合器、CST使用的高压液力油脂经过在水冷器中冷却, 再回到设备中循环, 而冷却后的水直接排入废水沟中, 造成了很大的水资源浪费。

为了建设节约型矿井, 实现节支降耗, 按照规定要尽可能地提高冷却水的使用效率, 具体的指标:水冷器的出水孔与进水孔的水温相差要在10 ℃以上。为实现这个目标, 只能人为地调节冷却水阀门的开度大小, 以控制冷却水的水量。但这样做有一个非常大的缺陷, 因为耦合器、CST这些传动设备的发热量不是固定不变的, 当其空载时发热量最小, 当其启动过程及重载时发热量就会增大, 正常运行时, 煤量越大, 发热量越大。如果以其空载时的发热量来控制冷却水的阀门开度, 那么当重载时, 设备就有可能因为过热而造成内部橡胶密封机构受损, 大大降低其使用寿命, 严重时甚至会烧毁设备。所以靠人为调节阀门根本无法有效控制冷却水进出水温差, 大量的冷却水被浪费, 增加了矿井的吨煤成本, 增大了矿井的资源消耗。为此, 笔者对原有的冷却系统进行了改造, 研制了一种胶带机传动设备智能冷却系统, 解决了冷却水流量多少的问题, 降低了冷却水的消耗。

1 系统改造总体思路及技术原理

系统改造总体设计思路:根据传动设备内的液压油脂温度来调节供其冷却用的冷却水流量, 温度升高时冷却水流量增加, 温度降低时冷却水流量减少。

为此, 笔者首先对市场上的温控产品做了详尽的考察。在市场上, 很早就有温控阀的存在。温控阀是流量调节阀在温度控制领域的典型应用, 其基本原理:通过控制换热器、空调机组或其它用热 (冷) 设备、一次热 (冷) 媒入口流量, 以达到控制设备出口温度的目的。当负荷产生变化时, 通过改变阀门开启度调节流量, 以消除负荷波动造成的影响, 使温度恢复至设定值。温控阀总体可分为自力式温控阀和电动温控阀。但是适合矿井使用的防爆、耐高压、耐腐蚀的温控阀在市场上根本没有, 而且市场上的温控阀大部分用于散热、暖通设备, 要求的阀门与温度的关系与所需要的正好相反, 因此, 要另外想办法解决这个问题。

参考温控阀尤其是电动温控阀的原理, 使用了如下的方法来进行系统的设计。首先要在耦合器油路中安装可靠的温度传感器, 主要目的是用来监测传动设备中油脂的温度。通过监测温度, 还要有一个防爆电动球阀, 将其安装在矿井进水管与水冷器进水管之间, 通过调节电动球阀的开度, 动态地控制冷却水的水量, 由于是线性地调节冷却水的水量, 且矿井的水压较大, 因此不能使用电磁阀。安装完成后, 具体的控制要依靠胶带机PLC控制系统来进行智能判断和处理。这个过程需要通过修改程序来实现, 通过判断胶带机传动设备内的油脂温度, 以判断是否开关冷却水的阀门, 进而控制冷却水的流量, 达到动态调节传动设备温度的目的。

2 系统研制方案

改造前的冷却系统结构如图1所示。胶带机传动设备的水冷直接从矿井供水管中引取冷却水至水冷器, 使用时由工人将闸阀打开, 耦合器、CST使用的高压液力油脂经过在水冷器中冷却, 再回到设备中循环, 而冷却后的水直接排入废水沟中, 造成了很大的水资源浪费。

按照前面所述的改造的总体思路, 从3个方面来逐步完成系统的改造, 改造后的智能冷却系统结构如图2所示。

(1) 在耦合器中安装可靠的温度传感器

为了确保系统的稳定运行, 需要选择模拟量的温度传感器进行取样, 只有实时知道设备的实际温度, 才能据此判断需要进行控制电动阀的操作。开关量温度传感器的一个重要缺点是很难判断温度传感器是否故障失灵, 而模拟量传感器由于可以实时地将温度显示出来, 因此可以非常灵活方便地对其进行试验。

温度传感器有4种主要类型:热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器 (RTD) 和IC温度传感器。在选用时要考虑3个参数:耐腐蚀、防爆、耐震动。经过多年的工作经验, 结合现场的实际情况, 选用了Pt100系列的模拟量温度传感器。

Pt100系列的模拟量温度传感器非常可靠, 它是一种热电阻温度传感器, 其电阻阻值是随着温度变化而变化的。

由于CST软启动装置使用的就是Pt100温度传感器, 经过5年多的应用, 没有出现过故障, 可靠性非常高, 适合煤矿井下的恶劣环境, 因此, 笔者使用了Pt100温度传感器, 将其安装在耦合器的液压油路中, 用于测量传动设备温度。

(2) 在水冷器的进水侧安装电动球阀

经过分析, 在矿井恶劣的水质条件及强大的水压下, 为了灵活调节阀门的大小, 必须使用电动球阀而不能用电磁阀。电磁阀相对于电动球阀而言故障率高, 维修不方便, 且耐压系数小。系统选用的电动球阀为山东金科星机电有限公司生产的DFH20/7矿用本质安全型电动球阀。

DFH20/7矿用本质安全型电动球阀是一种由球体旋转而开闭水路的新型电动阀门, 适用于煤矿井下具有瓦斯、煤尘爆炸危险及水质差、水压范围广的自动化防尘、防灭火装置作水路自动控制开关。它的优点是使用的供水压力范围广 (0～7 MPa) , 不受泥沙、污水影响, 供水通径大, 工作过程中通电时间短, 工作稳定可靠。在此之前, 济宁三号煤矿井下主胶带输送机使用的超温洒水保护一直依靠这种电动球阀来控制洒水, 故障率低、动作可靠, 可以承受井下恶劣的环境。

但这种球阀像市场上绝大多数的球阀一样, 有个很大的缺点, 即只能开闭, 而不能线性调节其开度。为此, 利用球阀的开关时间与其输出流量呈线性关系的特点进行控制。该种电动球阀从全开到全闭或从全闭到全开需要的时间一样, 都是12 s, 而且这个时间与其开度呈线性关系。因此, 可以利用这一特点, 需要多大的开度只需要让其开、关多少时间即可, 例如需要冷却水达到一半流量, 则只需要将电动球阀打开6 s即可。

在将其安装在水冷器进水侧时, 还考虑了应急情况的发生, 即当电动球阀发生故障无法打开时, 必须有可靠的备用管路来为传动设备供水降温, 为此, 为电动球阀平行安装了一套备用管路, 用手动闸阀控制, 平时关闭, 当电动球阀故障时, 将备用闸阀开启, 照样为设备降温, 这样可以有效地避免故障影响。

但备用闸阀必须人为打开, 而胶带机司机或检修工无法知道何时应该打开备用阀门, 因此, 制定了应急措施:当胶带机控制系统通过返回数据判断出智能冷却系统出现问题时 (温度超高) , 可以直接将报警信息反馈到胶带机操作台上, 并接入胶带机语音预警系统, 借此来提醒现场工作人员前去处理。

(3) 依靠胶带机控制系统实现智能冷却

传感器和电动球阀安装成功后, 必须使用可靠的PLC控制系统来使其做到智能运行, 为此, 安装了AB LOGIX5500系列PLC胶带机控制系统, 通过添加修改专门的智能冷却系统程序, 以实现所需的控制。

智能冷却系统的运行流程如图3所示。

考虑到模拟量信号的波动, 必须对温度信号加以延时再反馈给控制器, 这样可以得到较为准确的数据, 避免了电动球阀的误动作。

3 结语

胶带机传动设备智能冷却系统研制成功后, 已应用于济宁三号煤矿井下北边胶带机中。经过一年的使用, 效果非常良好, 完全满足了水冷要求, 解决了冷却水流量控制的问题, 降低了冷却水的消耗, 达到了预期的目标, 证明对胶带机的传动设备实现智能冷却系统是完全可行的。

经过对系统的程序进行反复修改完善, 系统的运行已经非常稳定, 冷却水的流量控制完全与设备温度相对应, 成正比关系, 在遇到意外事件时, 系统也能及时发出报警, 避免了事故的发生。具体的经济效益如表1所示。

从表1可以看出, 仅北边胶带机一年就节约冷却水量为43 200 m3, 节约资金21.6万元/a, 为降低矿井的吨煤成本做出了重大的贡献。而从长远来看, 系统带来的长期社会效益是无法估算的。

参考文献

[1]贾锦霞, 彭绍艳, 武冬梅.浅析智能温控阀与自力式温控阀应用[J].建设科技, 2007, 10 (9) .

[2]徐宝萍, 付林, 狄洪发.温控阀的节能效果测试分析[C]//全国暖通空调制冷2006年学术年会论文集, 2007, 合肥.

[3]耿文学.可编程控制器原理、使用及应用实例[M].北京:电子工业出版社, 1990.

ZJ17卷烟机冷却系统研究篇5

ZJ17卷烟机为PROTOS 70国产化机组，是具有国际先进水平的卷烟设备。ZJl7卷烟机组机电一体化程度高、检测系统完善、质量指标符合国际标准，且自控功能强、便于操作，适用于对高档烟支的卷制，为当今烟草企业主力机型，广泛应用于全国各大烟厂。但是，在实际运行过程中，有时会出现电控系统温度超高报警，主电机过热烧毁等情况。一方面严重影响设备的运行效率，另一方面由于温度的升高容易导致电器元件的加速老化与损坏，甚至存在一定的安全隐患。ZJ17卷烟机本身配套一组冷却系统单元，负责为该机组所有重要功能部件提供冷却风。其冷却系统为电控系统，主要对主电机、电器柜、烟枪床和烟枪布带进行冷却，由冷却风机M4.0提供冷却风。参照电控系统设计原理，卷烟机主开关闭合，直流电源工作，接触器K4得电吸合，冷却风机投入运行，即送电后立即运行。冷却风风机（44）向下列对温度敏感的装置连续供应冷却气流（如图1），主驱动电动机（45），SE变压器（46），开关柜（47），电子设备机架（48），烟枪（49），布袋轮（50），VE变压器箱（51），VE电控柜（52），重量控制单元（57）。风压检测装置（58）为冷却风压力检测。冷却风机安装在机体内部，外部安装防护门，过滤网罩安装在防护门上。冷却电机由接触器K4和断路器Q4.0控制，而接触器K4由直流电源直接控制，随着机组送电启动，冷却风机运行，将冷却风吹送到各个冷却设备。

图1 冷却风机系统流程图

1、冷却系统存在的问题

1.1冷却终端温度过高

在实际生产过程中，发现当卷烟机运行时间超过2小时后，主驱动电动机、SE变压器、VE变压器箱和重量控制单元的温度异常升高，平均能达到70度左右，有时甚至能达到80度。如若长期在此温度下工作，电控系统就会出现工作状态不稳定和死机的情况，且主驱动电动机就有可能因温度过高而造成烧毁的严重后果。可此时冷却系统的风压检测装置并没有报警提示，冷却风机仍在正常运行，但检查所有冷却终端却发现风力很小，部分冷却终端的冷却风甚至及其微弱，远远无法满足散热的要求。

1.2冷却风机风量过小

在检查保养冷却系统的过程中，发现冷却风机叶轮部位积满尘土与污垢，原本凹陷倾斜的扇叶变得厚重平平，这种厚重平平的扇叶在旋转时无法产生足够的风量。而传送冷却风的风送管道内壁上，也附着了大量的烟土和油泥，原本3.3厘米的管径，实际通风管径仅为1厘米，也是造成冷却风传送不畅，冷却终端风压不足、达不到冷却效果的直接原因。

2、原因分析

2.1外界污染严重

冷却风机在设备运行时处于卷烟机内部密闭空间内，有防护门隔断保护，同时配有过滤罩保证空气的清洁与流通，并在卷接机上电后立即启动给机组冷却。但在实际生产中，尤其是机组保养时，清洁人员往往会在通电状态下打开冷却风机的过滤罩来进行保养的工作，这样会造成外部的烟土粉尘吸入冷却系统，并附着在叶轮以及管道内壁上，久而久之形成堵塞，严重影响冷却风量的产生与传送。

2.2压力检测有效性差

压力检测装置是为了实时监控冷却系统工作时风力大小是否符合需求，但其安装位置靠近冷却风机，监测数据并非冷却终端的真实反映。即便在风机口监测压力正常，由于远离冷却终端，传送过程中压力衰减厉害，已经不能满足压力要求，达不到降温的目的。冷却系统压力检测装置只能监测风机出口风压，无法有效反映冷却终端的压力，片面性较大，而基本需要的是实际的冷却效果，达不到有效保护的目的。

3、解决方法

3.1冷却风机联锁控制的技改方法

如图2为冷却风机的逻辑控制图。卷接设备送电后，A168直流电源得电工作，接触器K4动作，冷却风机运转，冷却系统投入工作。该设计有其合理性：冷却系统全程不间断工作，能更好的进行降温冷却，有效的防止设备过热。但是也存在一定弊端：在保养过程中，需要打开冷却风机过滤罩，进行相关部位清洁，由于冷却风机不停，大量的烟土粉尘抽吸进入风机，久而久之杂物积累、堵塞通道。为了充分保证冷却效果，又能在保养时间段内不使外界赃物吸入，考虑加入联锁控制功能。

图2 冷却风机逻辑控制图

结合风机过滤罩的安装方式，由于过滤罩安装在后防护门上，而防护门上有联锁，着力点为联锁开关，可以借助该联锁，在防护门过滤罩打开时，控制风机停止。

图3 冷却风机改进逻辑控制图

如图3，为改进后联锁控制功能图。LS为防护门联锁，KLS为联锁继电器，KLS-1为联锁继电器常闭触点。通常情况下，联锁防护门关闭，LS常闭触点为断开状态，KLS继电器失电，KLS-1触点闭合，接触器K4通电导通，控制冷却风机运行工作；当防护联锁打开后，LS触点闭合，信号接通，24V电源加载到KLS上，KLS继电器得点动作，KLS-1触点断开，接触器K4回路不通，断开触点，控制冷却风机停止工作。该办法能有效防止烟土的吸入，减少风道堵塞的风险。

3.2终端温度监测的技改方法

为了保证冷却效果的有效性，并能实时监控温度的变化，尤其是当温度达到预先设定的报警值时，能够控制机台停机，来保护电器柜内元器件不因持续过热而损坏，我们需要在冷却终端加装温度监测控制装置。

温度监测控制装置是将温控器串入到报警信号回路里。所谓温控器就是根据工作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而能够产生导通或者断开动作的一种自动控制元件。将温度控制器装于SE电柜内，串入S14信号回路（如图4），温度过高时报警显示“SE冷却空气”，并显示报警信息，便于维修处理。利用红外温度测试仪测量各机台温度，取平均值作为基准值，最终60℃为温度上限报警值。

图4 逻辑关系

3.3有针对性的管控要求

安装联锁控制，在防护罩联锁打开后，电机立即停止运转，冷却系统停止工作，这样灰尘杂物等就不会吸入冷却系统，避免尘土堆积，减少故障发生。另一方面，联锁打开后，由于设备没有生产运转，变频器、电机等主要发热器件不会产生过多热量，不会使设备温度升高，冷却系统停止工作对设备不会造成影响；虽然如此，应尽量避免该系统长时间不工作，在保养、维修的时候，尽可能缩短防护罩打开时间，保证良好的冷却效果。

4、结论

ZJ17卷烟机自身配套的冷却系统普遍存在两个问题：冷却终端温度过高和冷却风机风量过小。这两个问题使得卷烟机在长期时间的运行下，无法有效的对设备内部的元件进行冷却，从而影响设备的性能，降低机台的生产效率。本文通过对冷却系统的改造和加装温度监测控制装置，保证了冷却风的足量供应，提高了冷却效率，降低了电气元件的老化程度，消除了安全隐患，大大提升了设备的可靠性，且减少了维修费用和备件成本，起到了节能降耗的作用，具有较高的推广使用价值。

智能冷却控制系统篇6

随着计算机技术、控制技术、通讯技术和显示技术的迅猛发展, 越来越多的广电发射机房采用由工业计算机或可编程序控制器组成的集数据采集、过程控制和信息传送于一体的监控网络, 对广播电视发射设备的运行情况进行实时监控, 对广电发射机房实行自动化控制、检测和管理, 从而进一步提高机房的工作效率和管理水平, 更好地服务于广大人民群众的收听和收看。根据江苏省广播电视科技发展“十五”规划的要求, 广播电视发射设备要努力做到自动化运行和管理, 因此, 2004年扬州电视发射机房实施了计算机实时监控系统的建设, 可在工程的建设中, 却出现了一种奇怪的现象, 即电视发射系统负载风机每天24小时做无意义的工作, 这不仅增加了机房的能耗与噪音, 而且大大缩短了负载风机的使用寿命。后经相关技术资料的查证, 发现是负载风机控制系统设计缺陷所致, 为了解决这一问题, 同时也是为了使负载风机控制系统能够适应主备机共用一副天线工作模式和机房自动化管理的需要, 本人经过反复观察、分析与研究, 成功的设计出一套负载风机智能化控制系统。

1对负载风机非正常工作现象的分析

负载风机出现24小时无意义工作现象其实在机房计算机实时监控系统未建之前就有, 只不过负载风机那时工作时间不是24小时, 而是12小时, 其原因主要在两个方面, 一是作为共用一副天线的主备发射机, 24小时内主备机是能换工作的, 控制负载风机的发射机24小时内只工作12小时;二是那时机房发射机的开机、关机以及主备机倒换, 均由人工来完成, 正常情况下, 发射机关闭后, 值班人员会把发射机的总电源开关关闭, 在这种情况下, 负载风机会随着总电源开关的关闭而停止工作。因此, 那时负载风机虽然每天工作12小时, 但不太会引起大家的注意。然而, 计算机实时监控系统的建设, 在电视发射机的开机、关机以及主备机倒换等方面的工作, 由原来的人工操作变成计算机实时监控系统自动完成, 这种自动控制功能的运行, 又是需要发射机处于待机状态作为前提条件的, 也就是说, 发射机的总电源开关必须要始终处于开通状态, 计算机实时监控系统方能正常运行。所以只要机房计算机实时监控系统运行, 就必然出现负载风机24小时工作的现象。经相关技术资料的查证, 原负载风机控制系统中, 负载风机的工作电源是经发射机总电源开关后就直接供给的, 在这种情况下, 一旦控制负载风机的发射机进入待机状态, 负载风机就会开始工作, 显然出现上述两种怪现象的根本原因主要还是负载风机控制系统在设计上存在缺陷所致。同时这种对负载风机采用单机控制方式的设计, 对共用同一负载的主备机来说, 在负载功能的应用上将必然无法形成互动, 因此, 负载风机原控制系统的设计, 除造成上述现象外, 也没能满足电视发射系统主备机共用一副天线工作模式的需要, 更不符合电视发射机房管理向智能化方向发展的必然趋势。

2系统设计原则及可行性分析与方案

2.1设计原则

1.先进性。系统的设计要符合电视发射机房管理未来发展的趋势, 实现负载风机控制智能化。

2.合理性。在系统的设计上, 既要与整个电视发射系统形成协调的整体, 又要使系统功能具有独立性。

3.低成本。在系统设计中, 在不影响原有设备工作性能的基础上, 应充分利用现有设备中各种有利条件, 努力降低建设陈本。

4.易维护。在确保系统功能实现的前提下, 系统结构在最大化优化的基础上, 应再尽量简化, 以便于系统的应用与维护。

5.通用性强。该系统不仅要适合电视发射系统的单机工作模式, 而且也要适合主备机共用一副天线的工作模式, 同时还要适用于所有电视发射机生产厂家生产的电视发射机。

2.2实现负载风机控制与主备机倒换同步方案的可行性分析

1.方案可行性分析

在同轴开关中, 用于主备机倒换自锁的微动开关共有两组, 每组各有两个独立的控制单元, 每个控制单元有三个触点, 它们分别是常开触点, 转换触点, 常闭触点。其工作方式是, 当微动开关翘板动作时, 常开触点与常闭触点的状态进行翻转, 即原来的常开触点转为闭合, 而常闭触点转为断开。在常规情况下, 实现主备机倒换自锁和天线位置指示灯的控制功能, 只需用到两组微动开关中各一控制单元即可, 剩下的两个控制单元一般作为同步信号干触点输出或备份之用。这里我们可以利用两个备份控制单元与主备机倒换同步的特点, 实现负载风机控制与主备机倒换同步的目的, 具体方法是, 将主备机送来的负载风机工作电源, 分别相应接到两个备份控制单元的转换触点上, 再将负载风机同时分别与两个备份控制单元的常开触点相连接, 这样就可实现负载风机控制与主备机倒换同步的功能。即当主机输出在负载上时, 负载风机工作与否就受主机控制;而当备机输出在负载上时, 负载风机工作与否就受备机控制。见图1所示。

2.控制原理分析

从图1中可以清楚的看到, 当天线位置倒换开关S打到主机位时, 220V经K1的2、3触点供同轴开关驱动电机工作, 当主机输出转到天线上, 备机的输出转到假负载上时, 同轴开关的驱动臂触动微动开关翘板, 微动开关动作, K1的2、3触点断开, 同轴开关驱动电机停止工作, 1、2触点闭合主机位指示灯点亮, 表示此时主机的输出已经在天线上;与此同时K2的1、2触点闭合, 负载风机的供电选择了备机, 从而实现了负载风机控制与主备机倒换同步的目的。即通过同轴开关系统的倒换, 备机的输出与负载相连的同时, 负载风机的控制就选择了备机。

当天线位置倒换开关S打到备机位时, 220V经K3的2、3触点供同轴开关驱动电机工作, 当备机输出转到天线上, 主机输出转到假负载上时, 同轴开关的驱动臂触动微动开关翘板, 微动开关动作, K3的2、3触点断开, 同轴开关驱动电机停止工作, 1、2触点闭合备机位指示灯点亮, 表示此时备机的输出已经在天线上;同时K4的1、2触点闭合, 负载风机的供电选择了主机, 同样也实现了负载风机控制与主备机倒换同步的目的。即通过同轴开关系统的倒换, 主机的输出与负载相连的同时, 负载风机的控制就选择了主机。

从上述的分析情况来看, 利用同轴开关的微动开关之间同步的特点, 实现负载风机控制与主备机倒换同步, 其方案显然是完全可行的。

2.3负载风机智能化控制系统设计方案

实现负载风机控制与主备机倒换同步, 在负载风机智能化控制系统设计中, 只是解决了负载风机在什么情况下受谁控制的问题, 接下来还需要解决负载风机在什么情况下工作的问题。要解决这一问题, 还需要从发射机上入手。从电视发射机的工作原理可知, 一旦发射机的功放开始工作, 就意味着发射机已经进入发射工作状态, 发射机的这一工作特征, 正好可以用来解决负载风机在什么情况下工作的问题, 其具体方法是, 将主备发射机功放的工作电源分别与同轴开关微动开关K2、K4的转换触点2脚相连, 在这种情况下, 只要输出在负载上的发射机的功放进入工作状态, 就是该发射机向负载风机发出工作指令, 负载风机便可开始合理的工作, 这样就构成了完整的负载风机智能化控制系统。如图2所示。

3系统介绍

3.1系统工作原理

从图2中可以看出, 主备发射机共用一副天线, 两台发射机的输出与天馈线系统之间的倒换, 需要通过同轴开关来实现。图中的K2, K4分别是同轴开关倒换系统两个微动开关的两个独立的控制单元, 其负载风机智能化控制系统的工作原理, 可通过同轴开关对主备发射机的两次倒换以及两台发射机的相应工作状态来分别加以说明。

1.主备机倒换开关打到主机位时。经过同轴开关倒换系统倒换, 主机的输出被转换到天线上, 而备机的输出同时被转换到了假负载上, 此时的同轴开关的微动开关K4的1、2触点断开, K2的1、2触点闭合。在这种情况下, 如果主机得到母板控制发出的开机指令, K6动作, K6的3、4触点闭合, KB动作, 主机功放得到工作电源, 主机进入发射工作状态。但由于同轴开关的微动开关K4的1、2触点已处于断开状态, 主机功放的工作电源却无法提供给负载风机, 当然负载风机也就自然不可能工作;然而, 此时当备机得到母板控制发出的开机指令后, K5动作, K5的3、4触点闭合, KB动作, 备机功放得到工作电源, 备机进入发射工作状态, 其发出的电磁波功率全部被假负载吸收。同时由于同轴开关的微动开关K2的1、2触点处于闭合状态, 备机功放的工作电源可直接通过微动开关K2的1、2触点提供给负载风机, 使负载风机同步进入工作状态, 为假负载的正常工作及时的提供冷却服务, 确保假负载的安全运行。

2.主备机倒换开关打到备机位时。经过同轴开关倒换系统倒换, 备机的输出被转换到天线上, 而主机的输出被转换到了假负载上, 此时的同轴开关的微动开关K2的1、2触点断开, K4的1、2触点闭合。在这种情况下, 如果备机得到母板控制发出的开机指令, K5动作, K5的3、4触点闭合, KB动作, 备机功放得到工作电源, 备机进入发射工作状态。同样由于同轴开关的微动开关K2的1、2触点已处于断开状态, 备机功放的工作电源一样也无法提供给负载风机, 当然负载风机也就自然不可能工作;然而, 此时当主机得到母板控制发出的开机指令后, K6动作, K6的3、4触点闭合, KB动作, 主机功放得到工作电源, 主机进入发射工作状态, 其发出的电磁波功率全部被假负载吸收。同样由于同轴开关的微动开关K4的1、2触点处于闭合状态, 主机功放的工作电源可直接通过微动开关K4的1、2触点提供给负载风机, 负载风机会同步进入工作状态, 为假负载的正常工作及时的提供冷却服务, 确保了假负载的安全运行。

3.2系统运行效果

通过主备发射机的两次倒换, 以及两台发射机相应的工作状态下的分析来看, 负载风机智能化控制系统不仅消除了负载风机24小时无意义工作的现象, 使负载风机按照电视发射系统的实际需要而工作, 而且在负载风机控制上实现了主备机之间的有效互动, 整个负载风机智能化控制过程运行流畅。从该系统建成以来的工作状况来看, 其运行安全、可靠、稳定。

3.3系统特点

负载风机智能化控制系统从设计结构以及实际应用情况来看, 具有如下特点。

1.通用性强。由于整个负载风机智能化控制系统, 主要是利用了电视发射机的共同特性和同轴开关倒换系统的基本硬件条件, 通过合理的搭建而构成, 整个系统的设计无需发射机以及同轴开关倒换系统提供任何特殊的条件, 所以, 本系统的设计可以适用于所有电视发射机生产厂家生产的电视发射机。同时, 本系统就电视发射系统而言, 不仅适用于电视发射系统主备机共用一副天线的工作模式, 同样也适用于电视发射系统的单机工作模式。因此该系统具有极强的通用性。

2.可靠性高。本系统智能化控制逻辑关系严谨、简练、流畅, 必然条件为发射机的共有特性, 同时基本结构简单, 因此, 运行起来安全、可靠、稳定。

3.成本低。该系统的构建, 除了利用了同轴开关微动开关的两个控制单元外, 无需增加任何器件。

4系统功能独立。由于该系统在负载风机控制方面采用的是被动式的控制方式, 所以运行中对电视发射机的技术性能不会产生任何影响。

5.具有先进性。该系统不仅实现了负载风机控制的智能化, 而且在总体设计上符合电视发射机房管理未来发展的趋势。

3.4系统设计的技术关键点

在该系统的设计中, 由于主备机提供的220V控制电源分别经过同轴开关的两个微动开关, 而后直接送到同一负载风机, 为了防止微动开关长期工作后工作触点发生常闭故障, 如果此时主备发射机提供的220V电源不是三相电中的同一相, 那样就会导致两路控制电源之间非对称短路的后果。因此, 在主备发射机功放电源中提取负载风机工作电源时, 一定要注意选择同相, 以防上述事故的发生。

4结束语

假负载是电视发射机的一个重要附属设备, 是吸收终端全部功率且无反射的全匹配负载。在发射机日常维护检测或者调试时, 为了避免天馈系统性能对发射机产生影响, 同时也为了避免电波对其他电台造成干扰, 发射机的输出端一般均接在假负载上。所以说, 机房发射机负载风机长期处于无意义的工作状态, 不仅增加了机房的能耗与噪音, 缩短了负载风机的使用寿命, 而且直接影响到发射机日常维护保养工作的正常进行。负载风机智能化控制系统的成功设计与应用, 除彻底终极了负载风机24小时无意义工作的现象外, 还实现了主备机在负载风机控制上的有效互动, 为日后发射机日常维护保养工作提供了极大的方便, 同时也为今后电视发射机房管理, 向智能化方向发展创造了有利条件。

摘要：本文对电视发射机房在计算机实时监控系统建设中, 假负载冷却风机 (以下简称负载风机) 出现24小时无意义工作的现象, 做了深入细致的分析;同时针对原负载风机控制系统设计上存在的问题, 并结合主备机共用一副天线的现状以及机房计算机实时监控管理系统的需要, 设计了一套负载风机智能化控制系统。从设计原则到设计方案以及系统工作原理等方面, 做了详细的介绍, 并对系统设计中的技术要点做了重点提示与说明。

关键词：电视发射机,负载风机,智能化控制系统

参考文献

智能冷却控制系统篇7

1.1 主变传统冷却器控制系统的结构原理和基本功能

主变传统冷却器控制系统是由交流接触器、中间继电器、时间继电器、负荷电流继电器和温度继电器等独立元件通过导线连接在一起实现逻辑控制的。基本功能有以下几点:

1) 在工作状态的冷却器, 其控制回路的交流接触器始终处于励磁状态, 油泵、风扇运转。2) 当主变负荷电流或油温达设定值时, 负荷电流继电器或温度继电器励磁, 使处于辅助状态冷却器的油泵、风扇运转。3) 当运行中冷却器 (包括工作状态、辅助状态) 电机故障 (油流继电器动作或热继电器动作) 及工作电源消失时, 故障冷却器退出, 自动投入备用冷却器。4) 实现油泵和风机双路交流电源供电切换、交流供电电源故障告警发信、控制系统故障告警发信功能。5) 当冷却器发生故障时, 发信或跳闸。

1.2 主变传统冷却器控制方式的问题和不足

传统冷却器控制系统主要存在以下问题和不足, 不能满足无人值班变电站的要求:1) 由继电器、接触器等独立元件构成的控制回路, 逻辑功能简单, 不能实现冷却器工作电源的自动定时轮换投切, 在无人值班后, 仍需运行人员到现场进行人工手动切换, 增加运行人员的维护量。2) 控制回路接线复杂, 元件繁多, 当回路故障后, 查找故障点十分麻烦, 运行人员需从监控站赶到事故站后才能查找故障点, 增加了消除故障的时间, 不利于主变的安全运行。3) 上传信号仅限于诸如风扇故障等简单信号, 在监控站无法实现对冷控系统各个电机、油泵运行工况的实时监测。4) 不具备智能接口, 无法实现远程在线监视功能, 一旦冷却器发生故障, 运行人员无法第一时间判断故障性质, 且在运行人员无法第一时间赶到现场时, 增加了安全运行的危险。另外, 控制回路中的接触器存在着触点易烧结及因长期通电而易烧毁的问题, 为主变的安全运行带来隐患。

2 主变冷却器智能检测控制系统

2.1 冷却器智能控制系统工作原理

智能冷却器控制系统采用冗余双PLC结合人机界面技术实现主变冷控系统的智能检测和控制。冗余双PLC, 两PLC相互监测互为备用, 其中一个故障PLC故障时冷却器控制系统仍可以正常工作, 大大提供高了系统的可靠性[1]。系统根据主变油温、负荷电流信号, 以一定的逻辑关系, 给复合开关发送通断指令, 来控制冷却器的投切, 并实时监测其运行状态, 及时发现潜在故障。其工作原理图如图1。

2.2 智能冷却器控制系统可以实现如下功能

智能冷却器控制系统采集主变油温、负荷电流信号、断路器辅助接点通断、电源工作状态、油泵风机运行状态等信号, 通过PLC逻辑编程控制, 可以实现冷却的投退、状态切换、工作电源故障发信及自动切换、冷却器故障发信或跳闸等传统冷却器控制方式的所有基本功能。另外还能实现人机交互、远程报警功能。

智能冷却器控制系统相较传统控制方式有以下优点:

1) 可通过PLC编程整定实现冷却器工作电源的定时 (按月) 轮换投切, 减少维护量, 满足变电站无人值班要求。

2) 智能冷却器控制系统由PLC给复合开关发送通断指令, 实现控制功能, 省去了繁杂的元件和复杂的接线, 大大降低了回路故障率, 提高了主变运行可靠性。

3) 有备智能接口, 在监控站能实现对冷控系统各个电机、油泵运行工况的实时监测, 一旦冷却器发生故障, 运行人员可以第一时间判断故障性质, 为故障处理赢得了时间, 提高了主变运行可靠性, 符合无人值班要求。

4) 智能冷却器控制系统可以实时检测冷却器的运行状态, 及时发现潜在故障。极大的提高了主变运行的可靠性和经济性, 并满足变电站无人值班要求。

5) 系统采用复合开关代替接触器进行冷却器投切, 利用复合开关投切瞬间, 可控硅过流接通, 而正常运行时采用磁保持触点导通的特点, 限制涌流, 解决了接触器触点易烧结及线圈因长期通电而易烧毁的问题。

另外, 智能冷却器控制系统可以通过人机交互设定、修改各种整定数值, 方便操作。

3 主变冷却器智能检测控制系统存在的不足

主变冷却器智能检测控制系统的应用, 大大减少了运行人员的设备维护工作量, 满足无人值班的要求, 加快了无人值班改造的进度。但在运行中也发现了它自身的不足:

1) 可能出现意外动作, 当运行人员同时触摸显示屏的多个点时, PLC会同时执行多个指令, 导致程序紊乱, 出现意外动作。建议厂家改良触摸屏, 只能用触摸笔实行单点触控。

2) 智能接口只有远程通信功能没有远程控制功能, 无法实现监控站都无人站的远程控制。建议增加远程控制功能。

4 结语

主变冷却器智能监控系统的低故障率、少维护量等优点不仅提高了主变运行的可靠性和经济性, 而且能更好地满足变电站无人值班的需求, 在浙江省超高压变电站无人值班改造中得到了广泛应用。

参考文献

智能冷却控制系统篇8

随着功率器件小型化、紧凑型发展要求, 其功率密度不断增加, 散热问题已就成为影响功率器可靠运行的主要因素。在动车中, 牵引变流器是牵引系统关键部件, 主要实现电能与机械能转换。而牵引变流器主要功率元件是IGBT。IGBT是高频的开、关功率元件, 工作时要消耗电能, 把电能转化为热能的形式。通常流过IGBT的电流较大, IGBT的开、关频率也较高, 故器件的发热量较大。若产生的热量不能及时有效散掉, IGBT器件内部的结温将会超过允许值, IGBT就可能损坏。有关资料表明, 电子元器件温度每升高2℃, 可靠性下降10%, 温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6, 因此只有快速、及时的将产生的热量散走, 才能保证IGBT的正常运行。实践经验表明, 牵引变流器冷却系统散热能力的好坏, 直接影响到变流器性能和牵引系统安全稳定的工作。

由牛顿冷却公式[1]有:

其中, Q-IGBT的热量;h-表面传热系数;S-IGBT与冷却散热基板接触的表面积;与冷却散热基板接触的壁温;冷却液体的温度。

当热量Q的下降时会引起tw的下降, 但在IGBT产生的热量不会下降太多, 所以使tw下降的方法在应用上有限。

表面积S的增加可以引起tw的下降, 但是由于实际产品的重量和体积要求等限制, 以及动车牵引系统自身需求使得表面积的S增大有限, 使tw下降的空间被限制。

冷却液体的温度tf的降低可以引起tw的下降, 但是冷却液体的温度tf的降低也受外界一些因素的影响。

表面传热系数h的提高可以引起tw的下降, 一般不受其他条件的限制, 可以有效的降低tw。因此, 解决问题的关键是如何获得冷却散热基板最大的表面传热系数h, 这也是研究的目的。

2 牵引变流器冷却系统构成及原理

主要介绍牵引变流器水冷系统和相变冷却系统。动车组典型牵引变流器的水冷却系统一般由水冷基板、膨胀水箱、冷却装置、过滤器、水泵、传感器、流量计、各种控制阀门及管路等主要部件构成, 其中冷却装置由散热器、风机组、空气过滤器、安装箱体等部件组成。在动车组上, 整套冷却系统吊装在车架上。

CHR2动车组牵引变流器相变冷却系统构成如下:采用热管原理来冷却牵引系统, 热管是一个真空密封的管状体, 它的内部设置有管芯, 在外部罩一壳体, 散热片上按一定规律设置圆孔, 管芯均匀布置在散热翅片上, 所有热管的同一端穿过散热翅片, 管壁与散热翅片胀接紧密, 以减少接触热阻, 热管的管芯内部注有冷却工质, 热管按工作原理, 被划分成蒸发段、绝热段和冷凝段三个部分。在蒸发段, 变流器电气元件和管壁紧密接触, 将自身产生的热量通过管壁传递给管芯内部的冷却工质, 冷却工质吸收热量后蒸发变成蒸汽并沿管内扩散, 蒸汽经过绝热段后进入冷凝段, 冷凝段装设有大量翅片, 外界冷却空气受强迫作用吹向散热翅片, 冷凝段的热量和外界进行热交换, 冷却风带走冷凝段内部蒸汽的热量, 蒸汽会冷凝成液体, 液体在管芯的毛细力或重力的作用下, 重新流回蒸发段, 再次进行蒸发冷凝, 完成了一个传热的循环工作过程。

3 冷却方式

功率器件冷却方式主要有自然冷却、强迫风冷、液体冷却、相变冷却等[2], 前三者是传统的冷却方式。

自然冷却是在自然环境中, 利用导热、自然对流和辐射换热的一种方式或两种以上换热方式的组合来冷却功率器件。自然冷却优点是成本低, 可靠性高, 不会因为机械部件的磨损或故障影响系统的稳定。自然冷却效率低, 因此, 在冷却效率要求不高、低热流密度时可考虑自然冷却方式。

强迫风冷是一种利用风机或风扇等风源产生一定流量的风带走热量从而冷却器件的方式。强迫风冷一般应用于高热流密度和温升较大的场合, 另外与液体冷却相比, 强迫风冷具有设备简单、成本低的特点。强迫通风冷却系统的缺点是体积和重量大些, 对于动车牵引系统来说不是一种理想的冷却方式。

液体冷却, 一般包括水冷和油冷。由于水的热容量为空气的5300倍[3], 其特点在于散热器的体积较小, 易于带走热量, 可靠性高。特别是它可以采用水-风或水-水换热的方式将热量高效地与外界交换, 所以也是最节能的冷却方式应用于体积功率密度较高的元器件, 以及在高温环境下的工况中, 液体冷却方式缺点是管路结构比较复杂, 密封接头多, 容易发生泄漏, 检修不方便。

相变冷却与传统冷却方式相比, 是一种全新的冷却技术。传统冷却方式主要靠介质的比热来传递热量, 相变冷却利用介质的相变潜热来吸收和释放热量, 其机理与传统上的完全不同, 相变冷却基于热平衡原理, 是一个实现稳定工况的闭式循环系统。热源提供工质所需的热量, 冷却风提供冷却沸腾工质所需的制冷量。工质在蒸发器中吸收热源的热量达到沸点后沸腾, 产生的饱和蒸汽进入冷凝器中, 冷凝器在冷却风的作用下, 使内部饱和蒸汽凝结为液体, 凝结液再流回到蒸发器中, 完成循环过程, 期间释放出大量的潜热, 达到冷却的目的。

由表1可看出, 相变冷却方式较空气冷却方式、液体冷却方式有很多优点, 相变冷却能力大, 而且相变冷却装置结构简单、占用体积小, 虽然相变冷却装置在维护方面有些不便, 但其有较高的冷却效率, 对于大功耗、高热流密度的功率器件来说是较好的选择。

4 结束语

随着未来动车组高速化, 牵引变流器冷却系统必须向更加紧凑、高效、低噪音、安全可靠的方向发展。与传统的冷却方式相比, 采用相变冷却方式进行冷却, 冷却效率高, 发热表面温度均匀, 无局部过热点, 可靠安全, 相变方式非常适用于牵引变流器这种大功率器件的冷却, 对于动车牵引系统相变冷却是一种较好选择。

参考文献

[1]杨世铭, 陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社, 1998.

[2]陈建业, 吴文伟.大功率变流器冷却技术及其进展[J].大功率变流技术, 2010, 12 (1) :15-24.

智能冷却控制系统篇9

2009年1月26日,某核电厂运行人员发现核岛设备冷却水系统(以下简称RRI)的波动箱液位以每小时7mm持续下降。随后运行人员陆续发现上充泵房应急通风系统的两台冷却盘管及控制棒驱动机构通风系统四台中的三台冷却盘管有泄漏。

1 RRI水质要求

RRI根据初始设计,采用磷酸盐作为缓蚀剂控制水质,但实际运行中发现磷酸盐缓蚀剂的缓蚀效果不理想,铁、铜等离子有超标现象(含量1ppm左右),为了避免结垢而影响热交换器效率并防止腐蚀等现象,需要经常换水以满足水质控制的需要,同时WANO评估AF(待改进项)中也指出采用磷酸盐体系,从缓蚀机理并不适用于除盐水系统,建议将磷酸盐缓蚀剂更换成其它更合适的缓蚀剂。为改善核岛设备冷却水水质,在参照国外核电厂的经验的基础上,RRI使用亚硝酸盐类N8338缓蚀剂替代原设计中的磷酸盐,在经核安全局批准后,于2007年10月,电站首先对1号机组设备冷却水进行了缓蚀剂的更换。

更换后1号机组RRI设冷水中的铁和铜离子含量均下降后处于稳定值,一年后铜离子下降到100—200ppb之间。2008年6月对2号机组也完成了缓蚀剂的更换工作。更换成新的缓蚀剂后,系统中铁含量明显降低后保持稳定(500ppb以下),铜含量也明显下降(100-500ppb),但同时化学分析发现氯离子含量超标(最高1.6ppm),直到2009年1月对2号机RRI水进行换水,并重新添加新的合格缓蚀剂后,RRI水质才处于正常。

RRI原设计上采用的是传统的磷酸三钠缓蚀剂,磷酸三钠在密闭系统只是作为p H的缓冲调节剂,利用高p H值使钢铁自然钝化形成的保护膜起到防腐的作用,但在除盐水体系中没有氧化膜或沉淀膜形成,所以无法有效控制氧腐蚀,同时对铜和铜合金没有保护作用。

RRI新更换的亚硝酸钠N8338缓蚀剂为氧化型缓蚀剂,是闭式水系统使用最广泛的缓蚀剂(美国电力科学研究院EPRI2004版闭式水化学导则),能形成致密稳定的钝化膜,阻止可能的氧腐蚀,及其他离子的电位浓差腐蚀,但其同时会产生氨,对铜材料特别是黄铜(海军铜等)存在的潜在应力腐蚀侵害风险。N8338缓蚀剂主要化学成份如下:亚硝酸钠10.0-30.0%,氢氧化钠0.1-1.0%,甲基苯并三氮唑(TTA)1.0-5.0%。其中亚硝酸钠作为钢铁缓蚀剂,TTA作为铜及铜合金缓蚀剂,氢氧化钠调整RRI的p H值。铜及铜合金缓蚀剂TTA的中文名称为“甲基苯并三氮唑”,分子式CH3C6H3N3H,为含氮有机类缓蚀剂,是铜及铜合金非常有效的缓蚀剂。它通过化学吸附作用,在铜表面生成具有保护作用的膜,这层膜具有高的疏水性以及不溶解性,可以在较宽的温度范围和p H值范围内对铜及铜合金起到良好的缓蚀效果,广泛应用在工业闭式冷却水系统中。

2 冷却盘管泄漏原因分析

2.1 材料本身对应力腐蚀开裂敏感

原设计要求上充泵房应急通风系统和控制棒驱动机构通风系统冷却盘管的材料耐磷酸三钠腐蚀,针对此要求制造商和设计单位选用了锡黄铜HSn70-1(俗称海军黄铜),而锡黄铜为的含锌量在30%左右,其表面生成的氧化亚铜膜不稳定,易氧化,特别是在氨性环境中对应力腐蚀破裂非常敏感。

2.2 残留应力过大

根据GB/T 8890-1998“黄铜管的验收技术条件”规定,黄铜管应消除内应力。采用标准GB/T 10567.2-2007“铜及铜合金加工材残余应力检验方法———氨薰试验法”,对铜管内部的残余应力进行了测试,裂纹上存在明显的分叉现象。表明冷却盘管内部存在一定的残余应力。该应力可能来自于铜管的生产,也可能来自于弯管与直管的胀接过程。

2.3 TTA浓度过低且亚硝酸钠会产生一定量的腐蚀性介质氨

在闭式冷却水系统中应用TTA作为铜缓蚀剂时,其含量一般控制在5—100ppm范围内。运行初期N8338缓蚀剂中的TTA的控制值是按照厂家的推荐值控制在1.0ppm左右(1、2号机组分别为0.7ppm和1.2ppm),与EPRI的建议相比控制值过低。同时是在使用磷酸三钠的基础上改进的,当时使用磷酸三钠时,系统中的铜离子含量就较高,说明系统中一直存在腐蚀。在亚硝酸盐作为缓蚀剂的闭式冷却水系统中可能生成氨,溶于水后形成氨水。化学分析结果表明RRI水中有一定量的NH4+离子(1、2号机组分别为1.29ppm和0.54ppm),这些氨根离子是由亚硝酸盐产生的。

2.4 冷却盘管失效综合分析

综上分析,冷却盘管具备了发生应力腐蚀开裂的材料因素、应力因素和环境因素,结合黄铜管开裂性质的诊断结果可以推断,黄铜管的开裂是由于亚硝酸盐生成的氨引起的应力腐蚀造成的。其发生过程推理如下:使用磷酸三钠作为缓蚀剂时,由于没有添加防止铜和铜合金腐蚀的铜缓,铜和铜合金的耐腐蚀性是靠其表面初始生成的Cu2O和Cu O氧化膜,在改用新的N8338缓蚀剂后,铜和铜合金的耐腐蚀性是靠添加的TTA铜缓和铜管表面的铜离子络合并吸附在铜管表面上形成的表面膜来防腐的,该膜主要是在铜管原有的Cu2O膜上生成的。

3 改进措施

RRI的可用性直接影响核安全,在短短一周左右时间共计发现五台RRI冷却盘管泄漏。根据以上分析,存在共模诱因,立即采取了以下改进措施:1)更换破损的换热盘管,盘管材料由原先的锡黄铜改为紫铜管;2)N8338缓蚀剂中TTA的含量由现在的1.0ppm提高到10-20ppm;3)严格控制亚硝酸钠的质量,避免杂质CL离子进入系统,如在热交换器RRI001/002/003/004RF因泄漏隔离检修后,恢复运行前要对热交换器充分清洗(2006年7月8日2RRI003RF隔离检修后取样结果:氯离子含量3500ppm,远远高于系统氯离子控制值150ppb)。采取以上改进措施后,在随后的几个燃料循环过程中未发现有任何泄漏,取得了非常好的效果。

参考文献

[1]设备冷却水系统手册[Z].核电秦山联营有限公司,2005,5.

“汽车发动机冷却系统”教学方法篇10

长期以来，由于中职学校的学生入学门槛越来越低，基础越来越差；而发动机理论知识过于理论化、抽象化，学生对这种纯粹的理论觉得枯燥难以理解，缺乏学习的积极性、主动性。发动机理论知识理论性强却往往以精炼的语言阐述工作原理，虽然抽象却在实际生产和生活中得到广泛的运用。因此，要想提高学生学习理论知识的兴趣就应该从实际使用和生活出发，以身边实际问题为出发点，层层设疑，通过逐一解答的方式来引导学生参与教学，自觉学习，利用学生探究问题、渴求答案的心理，提高学生学习兴趣，再辅以形象贴切的比喻，深入浅出阐述理论知识，从而提高教学效果。

例如：阐述冷却系统的功用时，不妨提出“人为什么会中暑”、“中暑了会怎样”、“炎炎夏日人是怎么调节体温的”这些问题源自生活，浅显易懂，引导学生主动去思考，进而延伸发动机上的冷却系统就相当于人体温度调节系统皮肤汗腺。这样就让学生深刻理解、掌握冷却系统功用。所谓冷却系统顾名思义是一个制冷的系统，即在发动机工作中对高温机件进行冷却，保证发动机的正常工作。冷却系虽不参与发动机的功能转换，但却是发动机正常工作必不可少的保证。理解了功用，进而扩展到冷却系的冷却强度调节是否合适，对发动机的工作影响。引导学生提出疑问：冷却不足会怎样呢？冷却不足会发动机过热，导致发动机出气量下降而影响发动机功率输出。对于汽油机来说，还可能会造成早燃、爆燃和表面点火等不正常燃烧；同时，过高的温度会使润滑油粘度降低，导致机件磨损加剧。就像我们热得快中暑时四肢无力、话都不想说，更不用说是去运动、劳作了。进而引发另一疑问：那冷却太足呢？冷却过度，会使发动机过冷，导致燃料蒸发困难，可燃混合气形成条件变差。燃烧不完全不但会造成发动机功率下降，油耗量增大，同时还引起废气排放污染物增加。可谓是“一举两失”，类似“人财两空”！反之，吃太饱，会导致肚子痛，连腰都直不起来，更难受。所以，冷却必须适度，做任何事情都要有个度。这就验证了一句“无规矩不成方圆”。

通过这种互动式的学习，让学生积极主动参与到教学中来，既活跃了课堂，又提高教学效果。

声像教学，活跃课堂气氛

随着电脑技术的发展，多媒体教室的普及，教学手段日新月异。传统的教学模式日趋落伍，作为教学的主动者应积极采用现代教学工具，引入和创新教学理念改善教学质量。

多媒体作为现代教学的一种工具，在呈现教学内容，创设教学情境，调动学生的多种感官功能方面有独特的作用，使学生的学习更加直观、形象、生动。因此，合理利用多媒体课件进行辅助教学可以让原本抽象的内容更加具体，复杂的过程变得简单，枯燥的内容更加形象，隐性的内容变得明晰。利用多媒体能化解教学中许多难点优化教学效果。对于发动机理论知识，有些内容用传统教学模式是很难解释清楚，有些理想的模型和实体教学在现实中是无法模拟的，而声像视频能直观、形象、生动不受现实环境的干扰和条件的限制，将教学内容生动逼真地展示在学生面前，这种耳听为虚眼见为实的方式让学生学习起来更轻松，掌握得更加牢固，从而提高了教学效果。

例如：讲解冷却系的组成时，利用课件可以一目了然了解冷却系的主要部件：散热器、水箱、水泵、风扇和节温器。（示图）

以及各元件的相对位置，内部冷却水的循环示意，在讲述冷却水循环中的大小循环以及大小循环和水温之间的关系时，传统的教学模式很难让学生区分清楚，采用声像教学（通过观看冷却系统工作原理视频）就能直观演示大循环、小循环和水温之间的联系与区别。

以多媒体为平台，采用声像教学让枯燥的理论课“生动”起来，与以往的反复讲解、强化记忆相比，效果更明显。

一体化教学，验证教学理论

理论与实操是发动机教学的两个重要组成部分，两者相辅相成，不可分割。在以往的教学中，我们往往习惯了先讲理论后实操，实操只是单纯的检验理论的正确与否，而学生在老师的“满堂灌”中对实操结果早已了然于胸，其结果是实操没了吸引了，理论知识也掌握不好。在教学过程中采用一体化教学方法，在实操现场一边让学生动手操作，一边进行总结归纳。由于实操结果是未知的，因此学生具有强烈的好奇心和求知欲。如此，学生就会认真地去完成整个实操。再在学生获得的实操结果进行启发引导、归纳总结。这样可以使得理论和实操相互验证，加深印象，提高教学效果。

例如：讲解冷却强度调节装置。冷却强度调节装置是根据发动机不同工况和不同使用条件，改变冷却系的散热能力，即改变冷却强度，从而保证发动机经常在最有利的温度状态下工作。改变冷却强度通常有两种调节方式，一种是改变通过散热器的空气流量；另一种是改变冷却液的循环流量和循环范围。采用一体化方式进行教学，使学生对调节装置有感性认知，通过实车运行中温度变化的对比，使学生对两种调节方式的优劣就有深刻理解。

再如：讲解因冷却液不足引起发动机过热的故障诊断与排除时，应在故障车现场进行教学，使学生对故障有感性认知，同时严格要求学生按实操规程检测排故。这样既用理论指导实操，又用实操结果验证理论。使学生印象深刻，提高教学效果。