控制冷却技术

关键词: 现浇 宁波市 工程

控制冷却技术(精选十篇)

控制冷却技术 篇1

宁波市垃圾焚烧厂项目位于小港镇枫林,是宁波市重点工程,它旨在解决该市环境问题,是提高人民生活质量的实事工程。整个厂区主要由主厂房、综合楼、冷却塔及其他附属设施等组成。作为工程重要构筑物的冷却塔,总高45 m,淋水面积750 m2,为双曲线型现浇筒壁结构。由于冷却塔高度较高,而且外形呈双曲线形,最大半径为15.999 m,最小半径为8.92 m,筒壁从300 mm~1 200 mm逐渐减小,从而提高了模板工程、支撑系统以及混凝土施工的难度。

2 施工质量项目检查状况

根据施工方案及施工图,对+3.00 m~+6.6 m壁筒进行了检查,分以下3个项目。

2.1 保证项目

1)混凝土所用的水泥、水、骨料、外加剂符合规范要求,除水外其他材料均有出厂合格证和试验报告。

2)混凝土配合比原材料的计量、搅拌、养护和施工缝处理符合施工规定的要求。

3)混凝土试块强度按数理统计方法评定,结果符合要求。

2.2 基本项目

主要有蜂窝、孔洞、露筋和夹渣4种质量问题,检查情况见表1。

2.3 允许偏差项目

允许偏差项目检查情况见表2。

2.4 不合格点数统计

不合格点数统计情况见表3。

3 主要影响因素分析

针对施工质量检查状况的统计,由表3得到主要缺陷是轴线位移和标高(每节)超标。经项目部QC小组开会讨论及现场确定,对这两个主要质量问题的特性分析,共查找出22个影响因素,确定了12个主要因素,如表4所示。

4 质量控制措施

根据表4主要影响因素的归类分析,决定从思想工作、技术工作以及组织工作三方面着手确定质量控制保证体系,采取的相应措施如表5所示。

5 整改效果

根据表5的整治措施,继续对上部塔筒结构进行施工,每一段都进行检查,如表6所示。

由表6可知,各项检查指标评定全部达到目标要求,模板和混凝土分项工程实测目测合格率达到93%,每节标高及半径误差均小于5 mm,上下节接缝严密、顺直,冷却塔塔筒主体结构施工质量明显提高,达到各方面要求。

6结语

本工程对冷却塔塔筒施工质量项目进行了检查和分析,确定了主要影响因素和相应对策,使后续结构的施工质量明显提高,不仅确保了施工合同的“钱江杯”要求,而且积累了一定经验,并为以后类似工程施工提供宝贵经验。

摘要:在对冷却塔塔筒施工质量不同项目检查状况了解的基础上,分析了影响质量问题的主要因素,并从思想工作、技术工作以及组织工作三方面着手确定了质量控制保证体系,保证了塔筒结构的施工质量。

锅炉快速冷却的控制方法 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

板材控制冷却方式和设备比较 篇3

关键词:控制冷却;中厚板 ;比较

板材冷却方式概括起来主要有层流冷却、水幕冷却、压力喷射冷却、喷雾冷却、加速冷却、直接淬火等几种冷却方式。

一、冷却方式

1.层流冷却

冷却水从喷嘴的出口速度比较低,形成平滑、连贯的无压力的水流直接落到板材表面,冷却水不反溅,并在钢板表面形成层流。这种方法称为层流冷却。层流冷却又分为管层流和板层流(即水幕)两种。管层流对水质要求严格,需要软化水,水冷区面积较大,增加车间长度;但冷却比较均匀,易于控制。板层流对水质要求不高,水冷区较短,可以缩短车间长度,也可以采用自动控制,冷却也比较均匀,而且与管层流相比设备投资可以节省很多。

2.水幕冷却

从喷嘴流出的冷却水以板幕状的方式流出,冷却均匀,冷却效率高。随着水幕冷却技术的发展,又出现可调水幕。所谓可调水幕是指流量和水流宽度可根据生产工艺要求而变化。目前主要有几种形式:一是出口缝隙保持不变,用改变水的压力使流量变化。从保持层流的观点看,这种调节是很有限的。另一种是保持水头不变,而改变出水口的开口度和缝隙宽度,有利于形成稳定的层流。还有一种可调水幕,该水幕利用分段斜楔控制出水的缝宽,提升或下降斜楔控制出水口开口度。

3.喷射冷却

也称为高压喷嘴冷却。在供水管上错列位置开若干排小孔,把水加压从各孔口喷射到运行的钢板上,水从喷嘴中以超出连续喷流的流速喷出,水流发生破断,形成水滴群,喷射到钢板表面进行冷却。这种冷却方式称为喷射冷却。此法的缺点是对水质有严格要求,水压要高,用同一喷嘴可控制的冷却能力范围不太宽。与其他方法相比,冷却效率不高,大量的冷却水都飞溅而去,不与钢板直接接触,从而水的消耗量大。

4.喷雾冷却

也称为雾化冷却,即用加压的空气使水雾化,水和高速空气流一起从喷嘴喷射出来,直接喷到钢板表面进行冷却。这种冷却有两种作用:(1)为了提高冷却能力用空气加速液滴;(2)为了控制冷却能力用空气使液滴极微细化,而不需给太大的动量。这种冷却方法适用于从空冷到强水冷却的极宽范围。但这种方法噪音较大,车间雾气较大,对空气和水有严格要求,对设备腐蚀严重,而且喷嘴结构和配管系统较为复杂。雾化冷却很主要的特点是它的应用范围很宽,是常规冷却水系统的性能所达不到的,因而也得到很广泛的应用。

5.加速冷却

所谓加速冷却,是将热轧后的厚钢板,立即进行水冷,通过控制相变组织来提高机械性能的技术控制冷却方法。过去用大容量的水冷却厚板时,要精确地控制钢板的整体温度是很困难的,日本神户钢铁公司借助新开发的加速冷却方法,确立了高精度、均匀地控制水冷过程中的钢板温度的技术,成功地把加速冷却工艺( Kobe steel controlled Rolling and Accelerated Cooling Process,简称KCL工艺)推向了实用化阶段。现今的加速冷却已成为船板、管板和其它低合金高强度钢、低脆变温度和良好的焊接性能钢板现代化大生产必要的加工工艺。

6.比较分析

综上所述,轧后在线各种冷却方式都有其各自的优点和缺点,采用哪种冷却方式应根据具体工艺环境和限定条件确定。

国内外使用资料表明,近些年来,中厚板轧机轧后在线加速冷却方式大多数采用柱状层流冷却和水幕冷却方式,同时国外也有采用喷雾冷却(水—气喷雾)、高密度管层流冷却和直接淬火冷却方式。

二、控制冷却设备

国外控冷技术发展很早,60年代以前使用由喷嘴喷射的高压水冷却,以后又发展为柱状层流冷却系统和水幕冷却系统。这些设备的冷却方式概括起来主要是层流冷却及水幕冷却方式,除此以外,还有其他冷却方式的设备,如水气冷却、直接淬火等。

1.层流冷却设备

层流冷却是以大量虹吸管从水箱中吸出冷却水,在无压力情况下流向带钢,使大流量的低压水与带钢平稳接触,冷却水不反溅,并紧贴在带钢表面上按一定方向做宏观运动,因它具有某些层流特点,所以称为层流冷却方式。由于虹吸管的数量很多,排列又很密,带钢表面上的水层时刻可以更新,并且,沿输出辊道每隔一段距离设置一定数量的侧喷头,将滞留在带钢表面上的水冲掉,所以冷却效果很好。

70年代,国内开始应用热轧带钢控制冷却技术。70年代末武钢引进的1700mm热轧带钢机上部采用柱状层流冷却和下部喷水冷却的控制技术。宝钢的热带钢轧机采用层流冷却控制系统。

日本钢管公司福山第二热轧厂于1985年对其管层流冷却系统进行了改造,通过水位最佳化调整、喷水量的两段切换以及引进缝隙层流冷却系统装置,提高了冷却效果,达到了节能和提高卷取温度精度的目的。

1984年日本专利报道了一种层流冷却装置,其集管流量可调,是一种缓急自由的冷却装置。该装置对提高带钢的组织性能级别产生了很好的效果。就是说不添加或少添加合金元素就可达到提高钢板的强度和韧性的目的,从而节省了合金元素,可用普碳钢代替某些低合金钢,大幅度提高产品质量,得到优质、高韧性、低屈服强度比的钢板,产品质量波动很小。

2.水幕冷却设备

水幕冷却是70年代发展起来的一种新的冷却方法,它保持了虹吸管层流冷却的优点,冷却能力较高,横向冷却较均匀,且设备简单。

日本住友金属工业公司鹿岛厂1984年投产的水幕冷却装置包括一个集水箱,一个狭缝喷嘴和一个气动挡板。当冷却水通过喷嘴落向带钢时便形成幕形层流。该厂热带钢轧机的输出辊道上有15个这样的冷却装置。

前苏联的一项专利报道了一种可调的水幕冷却装置。它带有窄口喷嘴充水槽,在窄口喷嘴下部安装一个能在垂直于水流方向的平面上往返移动的闸板,并在上面给闸板安上一个能伸入喷嘴的小刷子,通过连续改变冷却水的宽度,使之与被冷却的钢板的宽度相适应,同时清洗窄口喷嘴内部污垢,提高冷却效率。德国专利报道了一种水幕冷却装置,它是由一个水箱和一个垂直于带钢运行方向并延伸到整个被冷却带钢宽度上的缝隙式喷嘴组成,通过控制喷嘴缝隙形成水幕。喷嘴的出口比喷嘴的入口大,并向出口不断突出扩张,可以补偿水幕出现的断面收缩,保持均匀良好的水幕形状。endprint

3.水—气冷却设备

水—气冷却喷射组件上下喷雾器都有连续的狭缝,一个用于喷水,两个用于喷射空气。喷雾器喷出低压水和空气,空气将水雾化为许多小液滴,并在很大区域内将它们均匀地喷射到板材上,因此避免了原来用其他方法所产生的局部最大水流。水流速率在很大范围内可调节。喷水缝隙足够宽(6mm)可避免阻塞。下部喷雾器的工作原理同上部喷雾器原理相同。

目前有两套水—气冷却设备正在使用中,一套在法国CTS工业公司敦刻尔克厂,另一套在南韩的浦项钢铁公司,两套设备都是在1989年投产的。法国GTS工业公司敦刻尔克厂的那套冷却设备距精轧机座69m,热矫直机前13m。设备实际长度为18m,有上下各五套组件,每套组件有4个喷雾器,可以处理宽度5m的板材。浦项钢铁公司有一套7组件的加速冷却设备,位于精轧机座后54m,热矫直机前5m,其冷却长度为28m。这套设备的每套组件也有4个喷雾器,并能冷却最大宽度为4.5m的板材。这两套设备在八周内开始运转,其中还包括在线工艺调试。

4.直接淬火设备

在加速冷却和直接淬火方面,由于冷却速度和冷却温度区域等冷却条件的不同,加速冷却设备和直接淬火设备一般是分开设置的。其次,作为直接淬火设备为了在冷却过程中控制钢板的变形,认为和离线设备一样,需要与输送辊对应的上部的约束辊。

日本神户钢铁公司继1983年4月成功地应用加速冷却工艺之后,于1985年12月对原有设备进行改进,实现了从加速冷却到直接淬火的广泛的冷却。本设备除在狭缝喷射喷嘴的前后设置分水辊之外,没设确保钢板平直度的约束辊。关于冷却喷嘴,在设备最前段的上下部位采用狭缝喷射喷嘴,其次,在狭缝喷射喷嘴的后面分别在上下部采用适用不同水量密度范围的3种管式层流喷嘴和倾斜喷雾喷嘴。

参考文献:

[1] 王占学.控制轧制与控制冷却[M].北京:冶金工业出版社,1988.

[2] 李曼云,孙本荣.钢的控制轧制和控制冷却技术手册[M].北京:冶金工业出版社, 1998.

[3] 孙本荣,王有铭,陈英.中厚板生产[M].北京:冶金工业出版社,1993.

控制冷却技术 篇4

湘钢大盘卷生产线是湘钢为适应钢铁市场对高档次机械类用钢的需求,结合产品结构调整,新建的一条现代化的大盘卷与高速线材复合生产线。生产钢种以冷镦钢为主,以优质碳素和合金结构钢;焊接用钢;弹簧钢;易切削钢;帘线钢;出口材等为辅,生产工艺技术优越,引进了低温轧制技术和DANIELI、SMSMeer先进的控轧控冷技术,以及CCT在线/离线系统,实现了控冷程序编制时的产品性能模拟计算,生产过程轧线各点温度的实时控制,以及成品性能反馈后的控冷程序优化。全线装备有9个水冷箱以及步进梁式保温线和备有冷却风机和保温罩的散卷风冷运输线,以及在线温度控制系统,多点的温度控制,准确控制轧件在轧机机组内的温升,可以实现低温轧制和细晶轧制,根据各钢种冷却工艺,可以实现对不同钢种采用不同的冷却工艺,对提高产品的内部组织和性能具有重要作用,为生产高性能的线棒材提供了技术和质量保障。

1 湘钢大盘卷生产线介绍

湘钢大盘卷生产线采用大盘卷和高速线材复合配置的方式,扩大了产品品种,增加了生产的灵活性和市场适应能力;可以生产Φ5~Φ25的线材和Φ16~Φ52的盘卷;对于Φ16~Φ25的产品,既可以通过盘卷线生产,也可以通过高线生产线生产。湘钢大盘卷在利用控制冷却技术方面,具有如下工艺和设备优势。

全线共有9个水箱,盘卷线4个,均为达涅利设计,控冷系统由达涅利整体引进,能够自动控制、自动调温,能满足各钢种的控冷要求;高线部分配备有5个水箱,为实现高速线材热机轧制提供了条件。并且,盘卷线4个水箱和高线四/五号水箱都配备了多通道设计,可以根据所过轧件的尺寸进行合理选用,大大提高了设备的冷却能力,充分保证了轧件的冷却效果。

LCC风冷线由SMS设计,国内制造。风冷线长度118m,配备有16台大风量风机(156000Nm3/h)和48个可开闭式保温罩,在控冷方式上具有高度灵活性,具备快速冷却和缓慢冷却等功能,能满足不同钢种的控制冷却需求。可以起到细化内部晶粒,改善产品表面质量,提高产品工艺性能,简化或取代产品离线热处理的效果。

2 大盘卷CCT在线/离线控制冷却系统介绍

大盘卷引进了德国SMSMeer公司的CCT离线、在线控制系统:离线系统用于在轧制之前核算模拟轧件在轧制过程在中的温度和全面的参数研究,以及可根据生产需要,在线下模拟制定出符合要求的控冷程序,并精确计算出所得到的钢材的微观组织和机械性能,在线系统用于生产时的精确控制,在线、离线系统的配合使用,加快了产品开发的速度,为新品种的开发和生产提供了有效的保障。

2.1 CCT离线/在线系统的控制原理和控制方式

在线控冷技术附带有一个在线数据库服务器(MySQL或Interbase),它能预先把离线控冷技术的冷却程序保存起来,在线控冷技术再把它们转换给数据库,HMI通过可视化的方式存取数据和显示冷却程序在HMI上选择冷却程序并点击确定按钮后,冷却程序数据将由HMI在OPC-Server上写入等价的变量值。CCT在线与离线系统的数据转换和连接如图1所示。

CCT在线系统可以采用三种模式对轧线温度进行控制。

(1)自动模式:操作人员从CCT-Offline中将控冷程序直接传输到CCT-online系统中,并通过HMI直接从数据库内选出所需要的程序,闭环控制系统通过控冷调节系统对轧线温度进行控制和实时调节。

(2)半自动模式:若没有合适的控冷程序可以选择,操作人员可以在HMI中给出各控制点的参考温度,系统将通过自动调节水箱的方式来确保控制温度达到设定值。

(3)手动模式:对生产常规品种,或是对温度比较敏感的钢种,如易切削钢等,为了避免头部温度过低造成的开花头堆钢,操作人员可以人工控制各点的冷却水压力和水嘴数量。

2.2 CCT离线控制系统及应用

CCT-离线技术的目的是在轧制过程中提供模拟温度控制。结合材料的模拟TTT图,可以描述出预期的微观组织结构,同时能预知该材料的机械性能。CCT离线系统在生产控制上具有如下技术优势:快速制定冷却程序;减少轧制测试次数;修正和优化已有的冷却程序;快速响应客户需求;便于研究材料缺陷(如产生的马氏体沉淀物和心部聚变);定性评定轧制变量等。

在CCT离线系统中,我们可以对生产钢种的详细工艺参数进行编辑和修订,包括,轧制规格,工艺路线,钢种化学成分,开轧温度,精轧前温度,吐丝温度,风冷线冷却方式,终轧速度,钢坯重量等,在提供以下参数的前提下,该软件可以自动计算出一套合理的控制冷却方法,包括需要使用哪些水箱,各个水箱所需要开启的水嘴数量,和水压使用压力及流量等全部信息,在该软件中,还可以充分考虑环境温度和水温等因素对冷却效果的影响,排除了气候条件等因素对钢材性能的影响。在提供相关的输入数据后,该软件还可以直接模拟绘制出生产钢种的TTT曲线图表(时间(t i m e),温度(t e m p e r a t u r e),转换(transformation))。

如果设定的钢种的冷却曲线符合该钢种的性能要求,即可以进行程序的模拟,在模拟后,软件可以显示出在不同时间里,钢坯的温度变化情况,并且软件用不同的颜色模拟出钢坯横截面上不同地方的温度情况,(如心部温度、平均温度、表面温度),如图2所示为Φ6.5mmXY1215温度曲线。

在模拟后的图表中,我们可以快速得到控制冷却后材料的微观组织情况和机械性能情况,如:Φ18.0规格ML30CrMo,在一定冷却速度下,我们模拟后得出的机械性能和微观组织情况如图3。

结合图3和软件计算可以得知,当KOCKS后4#水箱温度在867.6℃,集卷温度为817.5℃时,在上述冷却条件下,所得到的材料的微观组织和性能如下。

微观组织:铁素体45.8%,珠光体54.2%。

机械性能:屈服强度457MPa,抗拉强度667MPa。

根据该软件,可以模拟出我们想要得到的金相组织及性能参数,从而编制理想的控制冷却程序,满足产品要求。

2.3 CCT在线控制系统及应用

CCT在线系统(CCTOnlinesystem)包括一个单独的基于Window-XP操作系统的ibaLogic软件PLC。系统通过LAN连接到局域网(TCP/IP协议),通过Profibus连接到现有的PLC系统。控冷在线技术针对于轧制温度采用闭环温度控制。根据材料的相关知识和由控冷离线技术所提供的产品伺服控制参数,通过快速的PROFIBUS界面,自动为冷却水箱提供必要的参数调整(如水的压力和冷却管数目等),可以迅速可靠地达到目标。

CCT系统程序设定的原理为:根据输入的控冷程序计算要开启水箱的水咀个数和压力,投入使用的初始值为计算值,再根据实际的温度情况调节压力,直至压力达到6bar,若温度仍比设定高,则开启下一个水嘴,如此直到温度达到想要的值。CCT在线控制系统的温度控制有以下三种设置方式。

(1)持续开关且持续压力控制:CCT-Online将会在轧制一支钢过程中都会开关不同的水嘴,冷却水压力在轧制时始终都保持稳定而合适。这个功能在轧件的头部和尾部温差很大的时候使用。对于闭环控制系统,这可能是CCT-Online系统达到正确的温度控制点的最快的模式。

(2)每支钢开关且持续压力控制:若在轧件的头部和尾部温差不是很大的情况下,在这个轧制过程中都持续调整的方法将被取消。这保证轧制过程中始终使用固定的冷却水水嘴。如果在使用当前的水嘴,温度达不到要求的温度,CCT-Online将会在轧制间隙时间中自动打开一个额外的水嘴。冷却水压力在轧制过程中持续的保持恒定。因需要利用轧制间隙进行调整,故该方式需要一个时间段才能达到正确的工作温度点。

(3)每支钢开关且每支钢压力控制:它是一种比较传统的控制方法,在轧制间隙时间内,同时对水压和水嘴数量进行调节。冷却条件在整支钢的轧制过程中都是相同的。这需要花相对较长的时间来找工作温度点。

3 CCT在线控制的应用难点及相关对策

目前,大盘卷投产以来,各设备功能日趋完善,但因各种原因,CCT在线控制冷却技术的普遍应用目前还存在以下难题。

(1)由于钢坯质量不稳定,在同等控制冷却条件下,较难获得相同质量的钢材性能,部分钢种为维持质量稳定,必须在其中添加一定的合金元素,如X82B加V或Cr元素,45#钢提高Mn含量等。

(2)生产线平面布局受场地限制,轧线恢复段较长,轧制过程中温降大,对温度控制具有一定的影响。

(3)精轧前高温计温度信息反馈过程中,存在一定的信号衰减,对同一条件下,钢坯温度显示值比实际测量值要低40℃~80℃,并且整支钢间的温度显示值跳动大,约有80℃~100℃,进精轧的温度不好控制。

(4)减定径后水箱在小规格中使用受限。若减定径后水箱因轧制线不对正,会导致小通道无法正常使用;如轧制线采用大通道,钢在导槽导管内摆动较大,如遇水压波动,极易造成堆钢,而CCT在线系统对温度的调节,有可能在一支钢内所使用的冷却水嘴数量和冷却水压力都不尽相同,在轧制小规格时,如投入自动控制,极可能堆钢。

基于以上原因:我们分析若需要正常稳定的使用CCT控制系统来进行轧制过程中的控制冷却,还需要考虑如下问题。

(1)高温计的准确性:由于CCT系统对水箱的控制主要是根据高温计所反馈的温度来进行调节,故高温计的准确程度严重影响温度控制的正常性。

(2)对轧线水箱的控制阀进行恢复确认,确保实现自动控制;同时,应尽量减小水箱实际压力与设定压力之间的偏差。

(3)确保轧制规格按原设计通道选用,对小规格而言,冷却能力相对大规格来讲,明显要低些,若水箱不能使用标准通道,在设定控冷程序时必须要考虑冷却能力的问题。

4 结语

控制冷却技术是轧钢领域的一项新技术,它可以有效地提高产品的最终性能,可以根据客户需求生产出个性化的产品,该技术的正确使用,可以为企业创造出巨大的效益。湘钢大盘卷具有先进的控制冷却设备和技术,但目前却没有发挥其应有的作用,应该尽快解决制约该技术使用的相应难题,使控制冷却技术和CCT系统得到合理和有效地利用,从而为品种开发和产品质量提升提供条件和保障。

参考文献

[1]李红英,龚美涛.77B奥氏体连续冷却转变曲线[J].热加工工艺,2005(4).

[2]蔡丹.82B钢热轧及控冷过程中组织演变计算机模拟,2003.

[3]钟浩,宋诚,李春峰,等.帘线钢轧制工艺优化改进.山东冶金,2009(5).

[4]曹树卫,孙汝林,赵贤平.高碳钢C72DA线材质量影响因素分析与控制[J].中国冶金,2010(10).

控制冷却技术 篇5

讨论了富氧预燃室液氧发汗冷却的分析计算方法.发汗流对燃气热流的阻隔分析采用Bartle-Leadon修正方法来完成,室壁温度分布和热穿透深度应用结构层板与发汗流存在温差的传热模型获得.讨论了发汗流压降和控制流道长度对预燃室壁温的控制作用.

作 者:刘伟强 陈启智 吴宝元 Liu Weiqiang Chen Qizhi Wu Baoyuan 作者单位:刘伟强,陈启智,Liu Weiqiang,Chen Qizhi(国防科技大学航天技术系,长沙,410073)

吴宝元,Wu Baoyuan(陕西动力机械设计研究所,西安,710100)

控制冷却技术 篇6

(1.同济大学汽车学院,上海 201804;2.一汽客车(无锡)有限公司,无锡 214177;3.山东大学,济南 250100)

内燃机诞生百余年来,其基本功能结构变化不大。尤其是冷却系统,在近几十年中一直未有重大突破。传统内燃机冷却系统是根据系统最大散热需求来设计和标定的。事实上冷却系统仅有3%~5%的时间在理想状态下运行[2],发动机长期在过冷状态下运行。时至今日,这种基于系统最大需求设计和标定的冷却系统已经难以满足刻不容缓的节能环保需求和适应日益严苛的排放法规。因此,兼顾发动机性能的同时来减少系统耗功,是发动机冷却系统未来提高与发展的方向。

本文借助于AMESim软件,以某客车冷却系统为基础,首先校核了不同行驶工况下该系统的散热能力是否满足设计需求;然后研究了系统与不同风扇匹配后,风扇的耗功情况;最后分析了该系统在使用电磁温控式冷却风扇和硅油离合风扇代替机械式定传动比冷却风扇后的耗功改善情况。

1 冷却风扇的不同驱动形式

1.1 冷却系统热交换基本公式

散热器中的气—液热交换公式为:

式中:Q1为大循环传热量;m1为内部冷却液的质量流;Cp为内部冷却液的比热容;△T1为内部冷却液的温差;m1′为外部冷却空气的质量流;Cp1′为外部冷却空气的比热容;△T1′为外部冷却空气的温差。

1.2 定传动比机械式冷却风扇

传统冷却风扇一般置于散热器之后,由驱动水泵和发电机的同一根V带传动。发电机启动时,风扇随之启动,吸进空气使其通过散热器,以增强散热器的散热能力,加速冷却液的冷却。

由于传统风扇直接与发动机连接,风扇转速与发动机转速成对应的关系,在低速高负荷工况时,会因为风量不足而导致发动机过热;反之,在高速低负荷情况下,发动机过度被冷却是常见的现象。

某车辆公路实测结果表明,气温10℃~20℃时,90%的行驶时间内,风扇无需工作;气温0℃~10℃时,风扇的工作时间仅为 5%[3]。

为避免发动机过热或过冷现象频繁发生,各种能够改变风扇转速的驱动装置和控制策略应运而生(见图1)。

系统热平衡公式为:

1.3 硅油离合式风扇与电磁温控式冷却风扇

硅油离合式风扇主要通过感温元件,确定进入离合器硅油的量,并利用硅油的粘性将动力输出给风扇使其转动。

液力驱动型风扇是通过水温传感器、ECU发出控制信号,通过比例阀调节系统油压,实现由马达及风扇转速调节。

电磁离合式冷却风扇的关键在于温控电磁离合器。电磁离合器是利用线圈通电时电磁产生的吸力,吸引衔铁盘压紧摩擦片以实现扭矩的传递,使风扇工作。断开电路后,衔铁盘与摩擦片分离,风扇空转。一般电磁离合器内部有大小不同的线圈,通过通电后产生不同的吸合力来使风扇可以空转、低速运转及高速运转。

电动风扇是由电动机直接驱动风扇,可以根据发动机温度和负荷的不同来改变风扇转速。因重型汽车风扇耗功较大,而电动风扇驱动功率受蓄电池的限制,故电动风扇很少运用在重型汽车上。

2 模型建立和冷却系统散热能力分析

某客车柴油机冷却系统(见图2)使用机械式传动方式来驱动水泵,并且匹配定转速比机械式风扇。

2.1 冷却系统建模

发动机基本参数如表1所示。使用AMESim软件建立发动机冷却系统仿真计算模型,模型如图3所示。

表1 发动机基本参数

2.2不同工况下系统冷却能力分析

客车长期在低速高负荷的情况下行驶,若遇到夏季高温天气,极易发生“开锅”现象,对此需要对极端热工况进行校核。

因此,本文基于额定转速下的目标发动机冷却系统,分别针对冬季(气温0℃)、春秋季(气温20℃)和夏季(气温45℃)三种不同的气候条件下,发动机负荷与车速对系统散热能力的影响。

系统仿真工况如表2所示,工况1~工况3分别代表车辆在低速、中速及高速行驶的情况。目标冷却系统的基本参数如表3所示。

仿真结果如图4~图6所示。根据图4~图6可以看出:所有工况的发动机出口处冷却液温度皆低于设计要求的103℃,该系统在高温低速高负荷的行驶条件下,系统内冷却液温度也只有99.4℃。所以,该系统满足设计需求,发动机不会“开锅”。

表2 仿真工况

表3 冷却系统基本参数

当系统工作温度不变而车辆行驶速度提高时,20%负荷工况下的冷却液温度几乎不变;100%负荷工况下的冷却液温度下降明显;50%工况下的冷却液温度变化介于两者之间。

当系统工作温度与系统负荷皆不变的情况下,车辆行驶速度由低速提高到中速时冷却液温度下降的程度要高于车辆行驶速度由中速提高到高速时冷却液温度下降的程度。

不同的环境温度对系统散热能力的影响也很大,0℃与20℃时系统内冷却液温度随车速、负荷变化而改变的程度要小于45℃时冷却液温度相应的改变程度。

系统的热负荷决定了发动机向冷却系统传递的热量,车辆行驶速度一定程度上影响了冷却空气的流量,而系统工作温度影响的则是冷却空气的进气温度。

从仿真结果可以看出,当系统处于低温低负荷热状态时,行驶速度的改变对冷却液温度影响很小,冷却液温度很低,系统与发动机处于过冷状态。

同时,当系统内冷却液温度过低时,该温度很接近节温器设定的开启与闭合大循环的温度,就会产生如图7所示的节温器振荡现象。此时节温器不停开启与闭合,系统无法稳定工作,长期如此会降低节温器的工作寿命。

根据初步仿真结果分析和判断,该系统的散热能力满足系统最大冷却需求,在极端高热状况下不会发生发动机过热的现象。但是,系统使用的是定传动比机械式风扇与机械式水泵,当车辆在同一转速行驶时,风扇和水泵的转速不随系统温度及热负荷的改变而发生相应的变化。这也就造成了目标车辆在其他普通热状况和低热状况行驶时,风扇和水泵提供的冷却介质流量很大,发动机长期过冷,且会产生节温器振荡现象。

3 采用不同驱动方式的冷却风扇匹配分析

从厂商处了解到:系统使用的机械式风扇共有 5 种转速(1 800 r/min;2 100 r/min;2 400 r/min;2 700 r/min;3 000 r/min)可以选择。为防止系统过热,原系统选择了转速最大的那一挡。

现结合初步仿真结果中发现的系统过冷及节温器振荡的问题,对剩余4个风扇转速进行进一步匹配计算。

3.1 风扇与水泵的耗功

通常对冷却系统而言,系统所消耗的功率主要表现为水泵和风扇所消耗的功率。

水泵所消耗的功率计算公式[5]为:

式中:Nw为水泵消耗的功率;qvw为水泵流量;pw为水泵泵水压力;ηw为水泵总效率。

风扇所消耗的功率计算公式[5]为:

式中:Na为风扇消耗的功率;qva为风扇流量;pa为风扇的供气压力;ηa为风扇总效率。

其中,水冷式冷却系统空气通道的阻力,也就是风扇的供气压力一般为[5]:式中:△pR为散热器的阻力;△pL为除散热器外所有空气通道的阻力,对一般的汽车,△pL=(0.4~1.1)△pR。

3.2 不同工况下风扇的匹配分析

本文选择了如表4所示的四种工况,分别代表了该系统的低速高负荷、低速低负荷、高速高负荷和高速低负荷四种不同的行驶工况。

表4 不同转速风扇仿真工况

不同转速的风扇特性曲线见图8,图8显示了风扇在风扇转速为1 800 r/min、2 100 r/min、2 400 r/min和2 700 r/min时风扇的流量与静压的关系曲线。

针对系统在四种工况对应四种不同风扇情况下的散热能力和耗功进行仿真计算,结果如图9~图11所示。

根据此仿真结果可以看出,当系统处于低速高负荷行驶工况时,提高风扇转速可以有效降低系统内冷却液的温度;而当系统处于低速低负荷、高速高负荷和高速低负荷等行驶工况时,风扇转速的提高对系统内冷却液温度影响不大,但此时,系统冷却风扇耗功会相应增加。

同时,当系统处于低速高负荷工况时,若风扇转速降低(1 800 r/min、2 100 r/min),系统内的冷却液温度会超过系统设计要求所规定的103℃,发动机过热,此情况需要注意并避免。

因为系统采取的是定转速比机械式水泵,当发动机为额定转速2 300 r/min,水泵转速不变,因此在仿真结果中水泵耗功几乎不变,皆为1.5 kW。

系统的换热量如表5所示。根据表5中小循环散热量 (数值上等于发动机散入冷却系统的热量与冷却空气带走的热量的差值)、节温器开度设定(见图12)及通过系统大小循环的冷却液流量值(见图13)可以看出:除了低速高负荷工况之外,提高冷却空气流动速度已经无法降低冷却液温度;在高速低负荷工况下,因为系统内冷却液温度低于或刚刚接近节温器设定的开启温度,冷却液基本上通过小循环散热,通过系统大循环的冷却液流量极少。因此,此时应当降低风扇转速,以提高冷却液的温度,增加流入大循环的冷却液流量,并减少冷却风扇的耗功。

表5 不同转速下系统与风扇匹配仿真结果

综上所述,该系统冷却风扇与系统匹配不合理。

3.3 风扇不同驱动方式匹配分析

为解决之前仿真过程中发现的风扇匹配问题,采用两款不同的驱动方式,即硅油离合器(见图14)和电磁离合器(见图15)。仿真工况如表6所示,两款离合器参数如表7和表8所示。

表6 不同车速及负荷的加速仿真工况

表7 硅油离合器控制策略

表8 电磁离合器控制策略

仿真结果如图16、图17所示。采用硅油离合式风扇和电磁离合式风扇后的冷却系统相对于原系统在风扇耗功方面有了较大的改善,特别是低负荷情况下,系统风扇耗功下降更为明显。挡位更多的电磁离合方案相比较硅油离合方案在耗功方案也有着自己的优势。

4 结论

(1)根据某客车的冷却系统结构,建立了发动机冷却系统仿真模型。

(2)根据系统在不同温度、速度及负荷下行驶时,系统内冷却液的温度来分析系统散热能力。

(3)针对系统在不同工况下匹配不同转速的风扇运行的情况,进一步分析了系统风扇和水泵的耗功,认为原设计系统大部分时间冷却过度,风扇与系统匹配不佳。

(4)经过计算得到:改变风扇控制策略可以有效降低系统风扇耗功;风扇挡位越多,风扇耗功降低越明显。

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控制冷却技术 篇7

1 问题的现状及技术改造方案

电厂变压器控制系统的主要任务是通过变压器的油温的变化来控制冷却器的投退并将变压器的电气状态的变化量通过以太网与监控系统连接并将信息量上传, 还可以根据环境的要求适时改变运行方式。而现在的变压器控制系统经过十多年的运行, 逐渐出现了下列问题。

1.1 问题现状

1.1.1 冷却器的投退由温度表的辅助接点控制, 易出现故障。

1.1.2 控制系统各设备老化, 故障频发。变压器运行的各种状态

信息 (包括油温、油位、冷却器投退、故障信息等) 上传问题因PLC长时间的运行老化而出现无法与监控系统联网。

1.1.3 运行方式单一, 使用不灵活。控制系统及回路复杂, 给维护人员带来很多麻烦。

1.2 改造方案

针对以上这些不足, 为了保证变压器控制系统稳定可靠的运行, 必须对变压器控制系统进行彻底的改造和完善。

1.2.1 增加温度测量点, 冗余配置, 原机械式电接点温度表保留

作为备用, 通过变压器的温度变化来智能控制冷却器的投入和退出。

1.2.2 将原变压器控制系统的PLC更换为新的更为可靠的

PLC, 与机组的PLC联成以太网, 使变压器运行状态的数据可靠上传。

1.2.3 改变单一运行方式, 增加一个外温传感器并接入PLC, 自动冬季和夏季进行切换。

1.2.4 以上3点说明原控制回路已经不适合要求, 需要对控制回路进行重新设计, 并在PLC上增加上传及控制点量。

以上技术措施改造完成后, 在上位机增加变压器状态监控画面, 使运维人员对变压器的监视很直观可靠, 及时发现缺陷, 及时处理。

2 技术改造与实施

根据以上的方案, 我们对变压器冷却系统各个关键部位进行技改。

2.1 电气控制回路

在控制回路中, 电源最为重要。现运行的控制系统由于以前在设计和控制策略方面不够完善, 容易出现故障, 影响电源可靠运行。为了保证电气控制回路的可靠, 改造后的电源由I套和II套分别供电, 由电源控制装置来完成, 可以实现两套电源的相互闭锁和自动切换功能, 如果任何一套电源消失, 自动切换到另一套供电, 并通过PLC将信号通过以太网经上位机提醒运行人员注意或处理。现在的双电源闭锁装置已非常成熟, 并供选择。我们采用机械联锁, 辅以电气闭锁, 机械与电气双重互锁。在变压器控制系统中, 冷却器有一个控制箱, 内有热继电器和接触器。在控制回路中由切换把手, 热继电器及接触器等组成, 通过PLC可以分别控制各组潜油泵和风扇的启停。

2.2 可编程控制器 (PLC)

PLC是变压器冷却控制系统的核心, 它决定控制系统的性能, 所以选用的PLC同时还要与断相保护器、交流接触器、冷却器及风扇共同组成变压器的冷却系统。它同时采集的信号有电源的状态、用开关的状态、冷却器的油流和电动机状态、温度及各种选择运行状态综合判断产生智能控制决策和发出故障报警信号, 并处理通讯将各种状态信息和故障信息上传到监控机, 实现监控机对变压器冷却监视。在变压器冷却器控制系统中, PLC具有可靠性、实用性和维护及编程方便的特点, 这样可以给变压器的安全运行带来了更加可靠的保证。在PLC中, 开入点量主要包括四台冷却器的手自动切换把手, 冬、夏季转换开关, 油流故障信息和热继电器的动作情况, 测温表接点输出、还有工作电源指示信息等;开出点量主要控制风扇运行、潜油泵工作、加热器工作情况等, 测温模块主要采集变压器的实时油温并通过模拟量模块接入PLC。

2.3 控制柜现场参数显示

为了便于巡检人员现场检查变压器运行状态, 及时处理故障, 在现场设置变压器信息显示装置。变压器冷却器控制系统现场显示主要包括:电源故障、PLC正常指示、冷却器故障以及变压器过流、超温、风冷却器全停等信息。故障等信息, 投入状态信息非常方便的识别, 满足工作人员巡检的要求。

2.4 变压器冷却器的控制方法

冷却器的控制方式有自动和手动两种, 其中自动控制的电气回路又分为电气回路控制和PLC回路控制, PLC控制使用编程通过温度量变化来控制冷却器的启停。

2.4.1 手动控制

现场检修或检查潜油泵及风扇运行情况, 往往需要现场手动运行。若切换到“手动控制”方式时, 冷却器的潜油泵及风扇直接启动, 控制不通过PLC。换到停止位置时, 潜油泵及风扇停止工作。

2.4.2 自动控制

切换把手切到“自动位置”时, 为正常运行方式。正常情况下启动两台冷却器, 冬季两台冷却器只启动潜油泵, 不启动风扇, 如果温度达到第二温控点时, 启动两台备用冷却器, 如果温度回到第一温控点时, 停止后启动的冷却器。冷却器分为两组轮流启动。同时运行的冷却器有一台发生故障时, 另一组及时更换, 这样就能保障变压器的正常运行。

2.4.3 变压器温度启停控制

变压器负荷变化或外温变化引起变压器油温的变化, 通过温度传感器采集送入到PLC, PLC根据预定的控制策略产生控制冷却器投切决策输出, 最后通过接触器实现对冷却器投切, 通过冷却器的投切控制变压器油温的变化。

3 技术改造效果

经过电厂一年来的运行, 改造后的变压器冷却器控制系统满足了变压器电源自动切换要求。可靠的实现电动机的过载、断相保护及故障时可靠地停泵退出运行并报警。实时可靠地根据变压器油温的变化实现冷却器及潜油泵自动启停。冷却系统运行状态、各种故障信号可通过网络传送到监控系统, 并通过简报或语音的方式通知工作人员。该系统接线、编程简单, 使用方法及维护方便。增加变压器的画面功能, 使变压器的温度, 控制柜的温度, 环境温度、及报警信息一目了然。

4 结束语

通过对变压器冷却器系统改造, 满足了运维人员远方监控的要求, 给电厂的安全运行提供了很好的保障, 取得了很好的经济效益。同时此电厂的变压器控制系统的改造, 给其它电厂提供了宝贵的值得借鉴的经验。

摘要:文章针对北方电厂变压器的冷却器控制系统经过多年的运行, 逐渐暴露出的冷却器运行方式单一, 设备老化, 监控系统监控不到变压器状态信息;冷却器的投退没有通过变压器的油温来控制, 控制系统的回路复杂及故障频发等缺陷。通过变压器控制系统改造, 能有效的解决上述问题, 运行方式灵活可靠。

关键词:变压器,控制系统,PLC,温度控制

参考文献

[1]黎贤钛.电力变压器冷却系统设计[M].浙江大学出版社.2009.

[2]朱莉.变压器[M].化学工业出版社.2009.

通风冷却控制系统浅析 篇8

发射机高电压、大电流、高功率, 运行中会产生大量的热量, 为了保证设备有效、正常的运行, 必须保证发射机所处的工作环境, 而发射机工作环境的好坏主要是取决于发射机的冷却系统。发射机本身采用了相应的冷却方式散热, 但常常因空间环境温度高, 冷凝器散热效果不佳, 导致发射机水温过高而不能正常工作。

我台地处高原, 气候干燥, 外部周边环境破坏严重, 飞沙肆意、粉尘满天, 空气中弥漫着浓烈的沙尘味。发射机吹入尘土风, 特别是露在机箱外的四单元调制模块等元器件, 随时吸附上灰尘, 对发射机的清洁、检修维护次数频繁且任务相当繁重, 也很难保持洁净。灰尘给高温的放大器件及附属电路造成极大的危害, 不但影响发射机的正常运行, 还降低放大器件、电路的效率和使用寿命。在2013 年的年底, 我台新安装了通风冷却控制系统, 该系统的系统功能、技术指标和稳定性都达到了技术要求, 对机房环境的空气质量和机器的冷却效果都有非常明显的改善。

2 通风冷却控制系统组成

通风冷却控制系统即水洗风系统。就是在五单元冷凝器室的后面新建造两简易房, 里面分别安装风量为70000m3/h和50000m3/h的变频风机的水洗风系统两机组。它们主要由风机 (送风机、排风机、过滤风机、冷暖风机) 、滤尘袋、风阀 (新风阀、混风阀、排风阀、回风阀、直通阀、旁通阀) 、风通道、水泵、水槽及水循环系统和控制装置等组成。线路上还装有温度过高、过低报警装置。5 万机组对冷凝器室吹风冷却, 每部机器的冷凝器都对应一个管道风口连接, 直接进行热交换。7 万机组对机房后厅的主机箱、围栏内的调制模块、变压器等四单元元器件进行通风冷却。

3 通风冷却控制系统的循环系统

通风循环系统分外循环和内循环两系统。外循环系统是指将室外的空气经过处理送入机房室内, 并将机器产生的热量排出。内循环系统是将机器产生的热量利用达到取暖。外界温度高、空气干燥的夏季, 开启外循环系统, 启用水泵。冬季时启用内循环, 将冷凝器和机器排出的热量利用, 从而提高室内温度达到冬季取暖。室内和户外的空气流通经过墙上的新风口进行置换, 新风口上安装有滤尘网, 户外的新鲜空气经过负压方式吸入室内时会自动除尘和过滤。

4 通风冷却控制系统的操作控制

通风冷却控制系统的操作控制有就地和远程控制。在控制面板上, 可以对5 万、7 万两机组分别进行就地手动开启或停用控制。面板上还排列着各风阀转换开关和相应的操作按键, 每一开关都有“开”、“关”、“停”三个档位。采用就地控制时, 则在这面板上倒动相应的转换开关进行控制操作。远程计算机操作界面安放在就地控制面板上和机房控制桌两处。当“就地/ 远程”转换开关倒在“远程”位置上, 在控制桌计算机界面操作非常方便。

根据夏、冬季节和室、内外温度的不同, 开启或关闭相应的内、外循环系统。夏季高温时, 开启外循环系统并启用水泵, 相应的排风阀、直通阀打开, 室外的干燥、粉尘、高温的自然空气通过风机、水泵, 对空气进行水洗、过滤、温度调节, 最后通过风通道把新鲜洁净、湿润低温的空气送入到机房室内, 将冷凝器和机器产生的大量热量通过排风口排出, 从而达到机器降温、除尘的目的。冬季低温时, 开启内循环系统, 打开回风阀, 利用机器产生的热量和冷凝器排出的热风回送到大厅、办公室和学习室等, 从而提高室内温度达到冬季取暖。

还可根据温度的高低, 调节风机频率的高低来控制风量的大小。 也可根据各部机器温度的不同, 灵活控制各风阀的开闭和开闭大小来控制风量。

通风系统可实时监测和控制全机房的温度、湿度等环境参数。本系统进风风道口安装有温度传感器和PLC辅助控制器, 在计算机上设置好温度点, 可实现对各风阀的开闭和风机启停的自动控制, 自动调节通风冷却设备的控制功能, 具备无人参与条件下的全自动运行能力。

5 通风冷却系统作用

通风冷却控制系统投入使用后, 不仅为安全播出创造了条件, 也进一步提高了机房自动化水平。起到了降温、除尘的作用, 对机房全年的干湿度、温度和空气质量要求都起到了显著的效果。即机房内部环境空气质量得以明显改善, 保证了发射机进风空气洁净、低温, 确保了机器正常稳定、安全有效运行, 又大大减轻了发射机检修维护量, 还减少了产生静电的偶然性, 提高了环境对人体的舒适度。

6 通风冷却系统维护

夏天飞虫较多, 水洗风机组室内由于风机的强力, 吸入空气的同时, 也吸进大量的飞虫。用于水循环的储水槽的水也宜于有害菌类的繁殖, 造成风有腥臭异味。使用时间长了, 滤尘袋会附上大量的沙尘, 水幕、水板上形成严重的水垢, 造成水流不畅。所以要经常打扫水洗风室内卫生, 勤清洁水槽、更换里面的水, 定期冲洗滤尘袋、水幕、水板等。

7 改进建议

从使用、维护过程中发现, 提出自己的建议:水洗风室进风口装上能防止飞虫吸入的滤网, 提高室内卫生清洁度;底板上嵌入下水出口, 方便排出清洁后污水;水槽加盖遮光, 避免飞虫、灰尘落入, 减少有害细菌繁殖和水蒸发, 节约水资源。

8 结束语

车载冷却风扇智能控制系统设计 篇9

近年来,随着汽车发动机的设计逐步趋向小型化、轻量化和高升功率化,以及涡轮增压、缸内直喷等技术的广泛采用,发动机的工作温度明显增高,对冷却系统提出了更严格的要求。汽车发动机的冷却有空气冷却和液体冷却2种方式,目前最常用的是液体冷却。液体冷却的基本原理是利用冷却液在循环系统中的流动带走发动机产生的多余热量,再通过散热器进行散热,同时控制冷却风扇在一定条件下启动,给散热器强制补风,实现发动机的适度冷却。因此,冷却风扇的控制技术直接影响着整个冷却系统的实际效率和性能。

随着汽车智能化程度的与日俱增,应用在汽车上的ECU模块数量也成倍增加,对车载网络总线提出了更高要求。FlexRay是继CAN、LIN等网络总线技术后的新一代高速串行通信的车载总线,其具备更快的数据速率,更灵活的通信方式以及较好的容错运算能力,可以很好地满足现代车载控制系统的强实时需求[1,2]。

为提高汽车发动机冷却系统的性能,本文提出一种车载冷却风扇智能控制系统设计方案。该系统采用ARM 7微处理器LPC2478作为控制核心,配合新型FlexRay车载网络总线技术,实现了对冷却风扇的实时、高效控制[3]。

1 系统结构设计

在FlexRay的设计思想中,汽车的各个功能模块均构成独立的节点,通过不同网络拓扑结构构成完整的车内网络。FlexRay总线支持总线型、星型和混合型3种网络拓扑结构[4]。结合不同的拓扑结构,总线还可设置为单通道结构或双通道结构,实际可衍生出多种总线结构,如双通道总线结构、双通道单星型总线结构、单通道级联星型网络拓扑结构、单通道混合型网络拓扑结构等。其中双通道总线结构是FlexRay总线拓扑中的一种最典型结构,它具备的冗余通信信道能较好地适应车载网络的分布式控制,在提高传输速率的同时能有效避免网络冲突,充分保证了数据传输的可靠性。因此,车载冷却风扇智能控制系统采用双通道总线结构,如图1所示。

系统中各节点间通过FlexRay双总线网络实现数据交换,其中发动机控制(Powertrain Control Module,PCM)节点及其他节点实现对发动机压力、转速等关键数据的在线监测,冷却风扇智能节点根据外部各节点的多种参数与多点测量的温度数据优化输出控制[5]。

2 冷却风扇智能节点设计

冷却风扇智能节点主要由主控制器LPC2478、双风扇驱动模块、多点测温模块、FlexRay通信控制器MFR4310、FlexRay总线驱动器TJA1082等构成,如图2所示。系统工作时,主控制器通过多点测温模块获得环境、进气和冷却系统的温度数据,利用FlexRay总线与PCM节点等通信,以获得其他实时参数;依据发动机工况采用PWM信号控制双风扇模块的无极调速,实时调整风扇工作状态。系统具备故障、保护等多种特殊模式,真正实现了对冷却风扇的智能化控制。

MFR4310包含2个完全独立的FlexRay通道A/B、128个有效载荷为254 B的信息缓冲器、2个可配置接收先进先出(FIFO)消息缓冲器等部件,同时支持10 Mbit/s的双通道高速串行通信,完全满足FlexRay2.1标准[6]。在工作状态下,MFR4310通过访问TJA1082的输入/输出管理模块、收发模块及发送器实现对物理层数据的收发和管理,同时配合总线失效检测、温度检测、唤醒等模块实现总线的超负荷保护、节能降耗等功能。图2中,TxEN是MFR4310的请求数据信号,TxD、RxD分别是数据发送、接收信号。当总线上出现一个传输给本节点的帧数据时,总线驱动器先将接收到的物理电平信号转换为串行信号,然后将其传送给MFR4310;当MFR4310需要发送数据到总线时,过程则相反。

3 系统软件设计

车载冷却风扇智能控制系统软件由物理层和应用层的软件构成。物理层软件即FlexRay总线驱动程序,主要完成模块的初始化工作,具体包括节点的通用接口配置、FlexRay总线通信控制器配置、中断使能与优先级配置等,程序流程如图3所示。

应用层软件建立在物理层正确通信的基础上,总线上各节点实现的功能不同,应用层软件也不同。应用层软件即主程序,主要完成多点测温模块控制,温度、压力及转速等数据的综合处理,双风扇模块的PWM控制等,程序流程如图4所示。

在车载实验平台测试了系统性能,结果表明,由LPC2478、MFR4310、TJA1082等模块构成的车载冷却风扇智能控制系统简洁实用,在FlexRay总线下能够很好地实现多节点间数据的读写和传输,具备较高的实时性和可靠性。同时,采用多路参数复合的线性控制信号,提升了发动机冷却系统控制的时效性和精确度。

摘要:为提高汽车发动机冷却系统的性能,结合新型FlexRay车载网络总线技术,提出了一种车载冷却风扇智能控制系统的设计方案。该系统采用多参数复合的线性控制信号,即同时采集冷却系统温度数据和发动机工作状态参数,由MCU综合处理后输出PWM控制信号,实现了对冷却风扇的实时、高效控制。测试结果表明,该系统能够很好地实现多节点间数据的读写和传输,具备较高的实时性、可靠性和精确度。

关键词:发动机冷却,冷却风扇,智能控制,FlexRay总线

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[5]何春鸣.汽车发动机冷却风扇控制技术评析[J].上海汽车,2009(7):37-40.

冷却塔的噪声控制分析 篇10

人们长时间处于噪声刺激中, 可导致听觉、神经系统、心肺功能等不同程度地受到损害。近年来, 随着建筑业的快速发展, 各种建筑设备的噪声扰民问题逐渐凸显, 特别是冷却塔因其安装位置一般距离居民区较近而成为投诉最多的噪声源之一。遗憾的是, 目前冷却塔的降噪措施并非行之有效, 如声屏障对于低频波的绕射无能为力, 隔声罩会阻碍气流流动导致热湿交换不良, 对宽频噪声吸声效果差等, 这使得冷却塔的噪声控制受到人们的重视。

本文根据实际测量数据分析冷却塔的噪声来源、声场分布和频带特性, 制定相应的吸声、隔声和消声的综合降噪方案, 同时考虑现场实际情况, 所有降噪设施都进行了防尘、防潮处理并满足设备相应的风量和温度要求。

2 冷却塔噪声特性分析。

开式冷却塔是空调系统常用的冷却设备。当冷却塔循环水通过旋转的喷淋管喷出, 通过填料层自上而下滴落时, 安装在冷却塔上部的风机将空气由下而上逆向抽出, 空气和水直接接触, 靠水的蒸发吸热达到降温冷却的目的。

冷却塔的噪声源主要包括风机的空气动力噪声、机械噪声和落水噪声。该工程的冷却塔噪声源主要有如下特点:

1) 距离轴流风机管口 (风机出口处) 1m处的A声级噪声值达到91dB, 这是由于空气在冷却塔顶导流管内产生湍流和摩擦, 激发的压力扰动产生噪声, 同时桨叶与空气作用产生振动向外辐射噪声。因此初步判定风机的空气动力噪声是主要声源。

2) 风机的机械噪声主要是由于风机旋转部件的不平衡导致结构发生振动从而引起塔体表面辐射噪声。由于风机支架与塔体之间安装了减振器, 机械噪声不是主要因素。

3) 冷却塔的循环水经填料层自由下落到落水槽所产生冲击噪声的强度与落水速度的平方成正比。测量的结果表明落水的A声级噪声达到了73d B, 这属于冷却塔需治理的噪声源之一。

3 降噪方案。

根据噪声来源、声场分布和频带特性, 提出如下降噪方案:1) 在轴流风机出风口设置阻性消声器, 有效阻止噪声能量的传播;2) 为保证冷却塔的散热, 不能对其进行封闭式隔声处理, 为此设置组合式声屏障来阻止下部噪声能量的传播;3) 为有效减少噪声声波的绕射, 在冷却塔底部设置吸声隔声组合式声屏障吸收低频噪声;4) 在冷却塔中部设置阻尼隔声板和宽频带组合式吸声材料, 提高中低频吸声效果;5) 落水的高频噪声用超细玻璃棉材料吸收。考虑到现场实际情况, 方案中的所有降噪设施都进行了防尘、防潮处理, 同时不影响冷却塔的通风和散热功能。

3.1 组合式声屏障设计。

为保证所有噪声敏感点都在声屏障的声影区内, 从而获得最佳的降噪效果, 根据现场情况和声学计算, 确定声屏障有效高度为3m。声屏障采用宽频带组合吸声结构和阻尼隔声板的组合式结构, 其中宽频带组合式吸声结构的吸声特性曲线如图1所示。

尼隔声板主要由3部分组成:隔声板、阻尼涂层和约束层。采用这种结构不仅能够有效阻断噪声能量的传播, 而且能够避免罩板受噪声声波激励出现共振现象。

3.2 导流消声器设计。

消声器大致分为3类:阻性消声器、抗性消声器和排空消声器。其中, 阻性消声器是利用设置在管道内的吸声材料或吸声结构使沿管道传播的噪声不断地被吸收, 从而达到消声的目的。由于阻性消声器的阻力较小, 各类风机噪声多以中、高频为主, 含低频成分少, 而阻性消声器恰对中高频噪声具有较好的消声效果, 所以选用阻性消声器。

现有的阻性消声器包括直管式、复合式、片式、盘式和折板式等几种方式, 其中片式消声器具有消声量大, 阻力较小, 导流效果和安装灵活的特点, 因此选择在风机出口处安装片式消声器。同时, 考虑到噪声特点, 在设计时特别选用了宽频吸声材料。

3.2.1 消声片半厚度D。

由于冷却塔的噪声频谱带很宽, 而多孔吸声材料的特性是在中、高频具有很高的吸声系数, 而对低频噪声吸声系数相对较低, 如果只用单一的多孔吸声材料很难达到理想的降噪效果, 所以在本设计中消声片选用宽频带吸声结构贴附。根据共振频率与消声片半厚度D (m) 相乘为常数的关系, 以密度为20kg/m3的超细玻璃棉为例, 计算如下:

式 (1) , (2) 中f2为消声频率下限, 这里取125Hz;Ω为fr和f2间的倍频程数, Ω=4/3。fr=fr×2Ω=125HZ×24/3=315HZ所以消声片半厚度为D=40HZ·m/315HZ=0.13。

3.2.2 气流通道宽度。

气流通道宽度a减少, 可提高消声器消声量, 缩小消声器几何尺寸, 但通道内流速增加, 导致气流再生噪声提高和压力损失增大, 消声器动力性能变坏, 因此, 气流通道截面面积的设计必须以实际情况来确定, 在不需要减小流速的情况下, 气流通道总截面积等于与它相连接的管子截面面积。根据工程设计实践, 通道半宽度a/2与消声片半厚度D之比宜取0.5~2, 考虑到该工程的实际情况, 取两者之比为1.0。

3.2.3 消声器长度l。

片式消声器消声量的计算公式为

(3) 式中△L为消声器的A声级噪声消声量, 取30d B;l为消声器长度, m;A (α) 为消声系数。

(4) 式中α为壁面垂直入射时的吸声系数。

在消声器的出口和进口, 气流再生噪声也是个必须考虑的因素, 它会使消声量的提高收到限制, 当吸声层材料蚕蛹超细玻璃棉时, 通道中气流再生噪声LA由下式确定;

LA=10+60lgυ (5) 式中为气流速度, m/s。根据冷却塔参数, 取=5.43m/s, 则气流再生A声级噪声为54d B, 满足消声要求。为了减小消声器的长度, 在消声片内加入宽频带组合式吸声板增强吸声效果, 这样可以缩短消声器的长度。

结论:

1冷却塔的噪声源主要是风机产生的噪声和落水的噪声, 表现出明显的宽频带噪声特性, 因此单一的隔声或吸声无法得到良好的降噪效果。只有在分析了噪声源和频带特性之后才能制订相应的降噪措施。

2消声器设计应综合考虑消声量、阻力, 尽量不影响冷却塔的通风散热功能, 并能够防尘防水。

3片式消声器的消声片具有导流效果, 经实际测量, 风机出口消声器的局部阻力和沿程阻力几乎可忽略不计。

摘要:本文分析了冷却塔噪声特性, 提出了可行的降噪方案, 供大家参考。

关键词:冷却塔,噪声控制,消声器

参考文献

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