一种电力设备集装箱外挂风机组件的设计方案

引言

近年来,随着新能源技术的大力发展,很多地方选择了开发清洁能源,开始兴建风电站和光伏电站。为了保证并网发电后的电能质量,以电力电子技术为基础的各种电力设备逐渐在发电站投运。为了降低土建工作量、难度及成本,越来越多的电力企业选择集装箱式电力设备,将相应的电力设备布置在集装箱中。在这些电力设备中,大多数需要用到大功率的电力电子器件(如0IGT等),器件在工作时产生大量的热量,如果设备的散热能力有限,那么器件内部的温度会升高,将导致器件的可靠性降低,无法安全地工作。因此,集装箱内散热系统的好坏,直接决定了内部电力设备能否长期稳定、可靠地工作。

1研发背景

目前,集装箱内的散热系统技术方案主要包括:自然冷却、强迫风冷、水冷。自然冷却方案无法满足大功率设备运行时的散热需求:水冷方案的成本较高,且存在安全风险:强迫风冷方案包括抽风和鼓风,是经常被采用的方案。强迫风冷需要大功率的风机设备,而风机组件体积较大,若安装在集装箱内部将占用空间,若安装在外部则对防水要求较高。

本文的目的在于提供一种电力设备集装箱外挂风机组件的设计方案。外挂风机组件安装在集装箱外侧墙壁上,不占内部空间,可以从外部进行维护:可以实现较高的防水要求,从而保证风机的安全运行,延长使用寿命。一套集装箱外可以安装多个相同的外挂风机组件,本文仅介绍其中一个组件,其他组件的结构方案和安装方案均可参考本文。

2设计与实施方案

2.1总体设计思路

外挂风机组件主要包括风机罩焊接组件、底板、安装支架组件、出风口组件、离心风机、风机线、测速仪与温度传感器等零部件。组件通过两个三角支架安装在集装箱的外墙壁上,完成接线后即可运行。风机组件各个零部件的尺寸可以根据风机选型来确定。

2.2外挂风机组件结构设计

如图1所示,一种电力设备集装箱外挂风机组件主要包括风机罩焊接组件、底板、安装支架组件、出风口组件、离心风机、风机线、测速仪与温度传感器等零部件。外挂风机组件各处焊接牢固,表面采用耐盐雾腐蚀的防锈漆处理,连接件一律采用防锈材质。风机罩焊接组件和底板装配:离心风机包括导风圈和风机两大部分,导风圈一端安装在底板上,风机安装在风机罩焊接组件上:风机线固定在风机罩焊接组件内部的扎线支架上,末端通过底板上出线孔穿出:测速仪与温度传感器用于测量出风口的风速及温度,安装在出风口组件的内部,位于风机扇叶的正下方:出风口组件与风机罩焊接组件装配。完成上述组件的装配后,将两个安装支架组件安装在集装箱的外墙壁上,外墙壁上设计对应的安装孔,再将上述组件与安装支架组件装配,并且底板四周的安装孔与外墙壁固定。

如图2所示,风机罩焊接组件主要由风机罩顶板、风机罩左侧板、风机罩左侧焊接角钢、风机罩右侧焊接角钢、风机罩右侧板、固定风机加强筋、扎线支架一和扎线支架二构成。风机罩顶板上有一个大圆孔,四周有四个小圆孔,大圆孔是为了露出风机尾部的凸台,小圆孔与风机的安装孔对应,顶板上有顶部翻边和底部翻边,翻边上均有安装孔:风机罩右侧板上有两个焊接翻边,焊接翻边与风机罩顶板搭接,还有右侧翻边和底部翻边,翻边上均有安装孔,风机罩左侧板的结构与右侧板类似:将固定风机加强筋、扎线支架一焊接在风机罩顶板上,再将扎线支架二焊接在风机罩左侧板上:将风机罩顶板、左侧板、右侧板依次焊接成为整体,搭接处连续焊接,再将风机罩左侧焊接角钢与左侧板焊接,右侧焊接角钢与右侧板焊接,角钢一侧翻边上的三个小圆孔是为了增加焊接点,保证焊接牢固。

如图1(a)所示,安装支架组件由横角钢、立角钢和斜角钢焊接而成。横角钢上的两个腰孔与风机罩左侧焊接角钢、右侧焊接角钢上的腰孔对应,立角钢上的三个腰孔是与集装箱外墙壁装配的安装孔。测速仪和温度传感器是一个整体组件,包括测速仪、温度传感器、安装支架以及相关电线,安装在出风口组件内。

如图3所示,出风口右侧板、出风口底板、出风口左侧板及出风口横梁焊接形成出风口支架:出风口底板上有漏水孔:出风口盖板和铁丝过滤网焊接成出风口盖板组件:将出风口盖板组件安装在出风口支架上,形成出风口组件。如图4所示,最后将外挂风机组件安装在集装箱的外墙壁上,风机线穿过风机组件后进入集装箱体内。

2.3具体实施过程

集装箱外墙壁上加工与支架组件和底板对应的安装孔,并且在安装孔的背面焊接不锈钢螺母,将两个安装支架组件固定在集装箱外墙壁上,再将上一步的风机组件搬运至支架上,调整就位后用不锈钢螺栓紧固,最后将风机线引入集装箱内部接入主电路中。实物图如图5所示,集装箱内电力设备在运行时便启动风机,风机抽出大量的热并向空气中排放,新鲜空气从进风口持续进入箱体,从而实现设备强迫风冷的目的。位于风机内部的测速仪可以实时测量出风口风速,温度传感器可以实时采集出风口空气的温度,将相关数据反馈至箱体内的控制系统,控制系统根据设定的情况调整风机的转速及运行参数,能够实现风机运行效率的最大化,从而达到高效、节能的效果。

3结语

本文设计的结构已在工程项目中批量应用,从近些年的现场运行情况来看,能够很好地满足客户需求,取得了良好的经济效益,表明了此结构完全可以大量推广应用。

本文提出的结构设计具有以下优点:（1)外挂风机组件安装在集装箱的外墙上,不占用箱内空间,可以外部维护,拆卸和安装便利:风机罩采用整体焊接的方式,内外表面进行防锈处理,可满足较高的防水要求,保证风机安全运行,延长寿命。（2)外挂风机组件运行时能快速持续将箱体内热量抽出,保证电力设备可靠性和稳定性:能实时测量出风口的风速及温度并反馈给控制系统,使得风机根据设备的散热情况及应用场合调节转速等参数,达到高效、节能的效果。