CN114483930A - 一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,包括:红外热像监控单元,用于周期性拍摄散热器外表面的热像图;红外热像状态识别单元,基于红外热像监控单元拍摄的散热器外表面热像图,判别热像图中的异常低温区域;自清洁单元,用于通过喷嘴对散热器的异常低温区域以脉冲方式喷射压缩空气,喷射方向与正常冷却空气流方向相反;应急传热单元,用于利用喷嘴向散热器喷射压缩空气,喷射方向与正常冷却空气流方向相同;控制单元,用于控制自清洁单元对散热器的异常低温区域进行清洁,以及控制应急传热单元对散热器进行辅助降温。本发明能够实现对风电齿轮箱散热器的积灰堵塞的自动检测、自动清理及极端天气下的应急传热。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机辅助散热设备技术领域,尤其涉及一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统。
背景技术
在风力发电机组齿轮箱散热器中,风电机舱齿轮箱润滑油依靠与机舱内部空气进行间壁式换热得到冷却,进而达到齿轮箱散热的目的。然而,风电机舱内部空气中的粉尘,以及柳絮等杂质被空气夹带进入到散热器中,造成润滑油和空气之间的换热热阻增大,甚至换热通道堵塞,换热效率大大降低;若未及时检测、处理,严重时造成风电机组超温停机;另外,在夏季极端高温天气情况下,进入机舱空气温度较高,空气和润滑油温差减小,散热量减小,也是造成风电机组超温停机的另一因素。
目前,对风电齿轮箱散热器的积灰堵塞的自动检测及自动清理,尚缺乏有效的综合解决方案。
发明内容
本发明意在提供一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,以解决现有的风电齿轮箱散热器的积灰堵塞的自动检测及自动清理的问题。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,包括:
红外热像监控单元,用于周期性拍摄散热器外表面的热像图;
红外热像状态识别单元,基于所述红外热像监控单元拍摄的散热器外表面热像图,判别热像图中的异常低温区域;
自清洁单元,用于通过喷嘴对散热器的异常低温区域以脉冲方式喷射压缩空气,喷射方向与正常冷却空气气流方向相反;
应急传热单元,用于利用喷嘴向散热器喷射压缩空气,喷射方向与正常冷却空气气流方向相同;
控制单元,用于控制自清洁单元对散热器的异常低温区域进行清洁,以及控制应急传热单元对散热器进行辅助降温;
空气压缩单元,用于向自清洁单元和应急传热单元的喷嘴供应压缩空气。
优选的,所述红外热像监控单元为布置在风电机舱内的红外热像仪,所述红外热像仪与红外热像状态识别单元电连接。
优选的,所述红外热像状态识别单元包括计算机,计算机将得到的热像图输入已经训练好的卷积神经网络中计算,对散热器表面红外热像图中的异常低温区域进行自动判别,并识别出异常低温区域位于散热器表面的对应位置。
优选的,所述红外热像状态识别单元识别出温度超过第一阈值的高温区域占散热器外表面三分之二及以上,且风电机舱内的空气温度超过预设的第二阈值时,控制单元控制应急传热单元对散热器进行辅助降温。
优选的,所述自清洁单元包括第一支臂和第二支臂,所述第一支臂通过第一转轴转动连接在散热器的进气侧边缘,所述第二支臂通过第二转轴转动连接在散热器的出气侧边缘,所述散热器的进气侧固定连接有U型底座,所述第一转轴穿设于U型底座,所述第一转轴为花键轴,所述第一转轴上套设有传动齿轮,所述散热器的侧壁固定有电机,所述电机的输出轴上固定有与传动齿轮啮合的驱动齿轮,所述散热器的出气侧固定连接有连接板,所述第二转轴穿设于连接板,所述第一转轴和第二转轴同轴,所述第一转轴靠近第二转轴的端部固接有电磁铁,所述散热器的侧壁固定有磁铁,且磁铁和电磁铁相对的端部极性相反,所述第一支臂的自由端连接有环圈,所述环圈上套设有除尘布袋,所述第二支臂的端部设置有第一喷嘴;所述第一支臂和第二支臂均为液压杆。
优选的,所述应急传热单元包括若干沿环圈间隔分布的第二喷嘴。
优选的,所述空气压缩单元包括空气压缩机,所述空气压缩机的出气端连接有第一气道和第二气道,所述第一气道与第一喷嘴连接,所述第二气道与第二喷嘴连接,所述第一气道和第二气道均设置有电磁阀门。
优选的,所述控制单元为PLC控制器,所述PLC控制器分别与红外热像状态识别单元、第一支臂、第二支臂、电机、电磁阀门和空气压缩机电连接。
相比现有技术,本发明的有益效果:
本发明通过建立齿轮箱散热器红外热像监控单元,定期采集散热器红外热像图并进行后处理,对散热器积灰、堵塞情况及位置能够及时自动识别,并发出清理指令;自清洁单元收到控制单元发出的清理指令后,能够利用压缩空气对散热器异常部位进行反吹,将附着在散热器上的粉尘及柳絮等杂质清理,从而保证了齿轮箱的散热;在夏季极端高温天气情况下,控制单元发出应急降温指令,应急传热单元利用压缩空气对齿轮箱进行强制应急冷却,避免风电机组超温停机。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统的示意图;
图2为本发明实施例提供的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统的自清洁单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明做进一步的详细说明:
说明书附图中的附图标记包括:第一支臂1、第一转轴2、第二支臂3、第二转轴4、U型底座5、传动齿轮6、电机7、驱动齿轮8、连接板9、电磁铁10、磁铁11、环圈12、除尘布袋13、第一喷嘴14、第二喷嘴15。
如图1所示的,一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,包括:
红外热像监控单元,用于周期性拍摄散热器外表面的热像图。红外热像监控单元为布置在风电机舱内的红外热像仪,红外热像仪与红外热像状态识别单元电连接。齿轮箱散热器积灰、堵塞后,由于传热热阻变大,根据热量传递规律,该部位温度异常低于周围正常区域,并且温差越大,积灰堵塞情况越严重。布置在风电机舱内的红外热像仪以一定周期拍摄到的散热器外表面热像图可观测到这种温度分布异常情况。另外,红外热像具有实时、快速、非接触、无辐射和低成本等优势,适合齿轮箱散热器的状态监控。
红外热像状态识别单元,基于红外热像监控单元拍摄的散热器外表面热像图,判别热像图中的异常低温区域,并识别出异常低温区域位于散热器表面的对应位置。红外热像状态识别单元包括计算机,计算机将得到的热像图传输到卷积神经网络进行运算,卷积神经网络输出的结果是红外热像的特定特征空间,输出的特征空间作为全连接层或全连接神经网络的输入,以完成从输入图像到标签集的映射。卷积神经网络的训练样本为散热器不同积灰堵塞程度时对应的红外热像图;训练后的卷积神经网络对散热器表面红外热像图中的异常低温区域进行自动判别,并能够对积灰堵塞程度进行分级,本实施例将其分别为正常、严重两个级别,识别出相应位置,为后续散热器清理提供依据。并且,当识别出散热器表面三分之二及以上区域温度超过提前设定的第一阈值(40℃)且机舱空气温度超过第二阈值(35℃)时,说明空气携带热量能力降低,若散热器表面温度持续升高可能会造成齿轮箱温度过高,甚至机组停机,为了避免这一现象,需要提高空气流量及对流换热系数,对散热器强制冷却。
自清洁单元,用于通过喷嘴对散热器的异常低温区域以脉冲方式喷射压缩空气,喷射方向与正常冷却空气流方向相反。参考图2,自清洁单元包括第一支臂1和第二支臂3,第一支臂1通过第一转轴2转动连接在散热器的进气侧边缘,第二支臂3通过第二转轴4转动连接在散热器的出气侧边缘,散热器的进气侧边缘固定连接有U型底座5,第一转轴2穿设于U型底座5,第一转轴2为花键轴,第一转轴2上套设有传动齿轮6,散热器的侧壁固定有电机7,电机7的输出轴上固定有与传动齿轮6啮合的驱动齿轮8,散热器的出气侧边缘固定连接有连接板9,第二转轴4穿设于连接板9,第一转轴2和第二转轴4同轴,第一转轴2靠近第二转轴4的端部固接有电磁铁10,散热器的侧壁上固定有磁铁11,磁铁11位于散热器的侧壁靠近U型底座5一端,且磁铁11和电磁铁10相对的一侧极性相反,第二转轴4和U型底座5均由非磁性材料制成,第一支臂1的自由端连接有环圈12,环圈12上套设有除尘布袋13,第二支臂3的端部设置有第一喷嘴14;第一支臂1和第二支臂3均为液压杆。当红外热像状态识别单元进行状态识别后,若识别出积灰堵塞程度严重时,PLC控制器控制电磁铁10通电,由于电磁铁10与磁铁11相对的端部极性相反,则电磁铁10通过与磁铁11间的斥力以及电磁铁10与第二转轴4的吸力,带动第一转轴2向第二转轴4移动并磁性连接,PLC控制器根据计算机识别出的位置,即计算机向PLC控制器传递信号,该信号包括第一支臂1、第二支臂3的转动角度以及伸缩长度,PLC控制器电机7启动以及第一支臂1、第二支臂3的伸缩,电机7的输出轴通过驱动齿轮8带动传动齿轮6转动,使得第一转轴2和第二转轴4转动,喷嘴对准红外热像状态识别单元识别出的异常低温区域位置,PLC控制器再启动空气压缩单元,利用高压空气以脉冲方式通过第一喷嘴14对散热器进行反吹,即吹扫气流方向与正常冷却空气气流方向相反,目的是清理附着在散热器表面及通道内的粉尘、柳絮、杨絮等杂质,降低散热器的传热热阻,提高散热效率,并通过除尘布袋13收集吹出的杂质,避免其随正常冷却空气而再次附着在散热器表面。
应急传热单元,用于利用喷嘴向散热器喷射压缩空气,喷射方向与正常冷却空气流方向相同,包括若干沿环圈间隔分布的第二喷嘴15。当红外热像状态识别单元识别出散热器表面三分之二及以上区域温度超过提前设定的第一阈值(40℃),并且布置在机舱内部的空气温度测点也显示空气温度超过预设的第二阈值(35℃),说明空气携带热量能力降低,风电机组暴露在高温环境中,由于空气与齿轮箱油温差减小,现有的齿轮箱散热系统热流量降低,可能会造成齿轮箱温度持续升高,甚至机组停机,为了避免这一现象,需要提高空气流量及对流换热系数,对散热器强制冷却在设计齿轮箱散热器时,若考虑极端高温天气因素,将增大散热面积,造成正常天气情况下散热能力的浪费;且风电机舱空间有限,也不能布置过大的散热器。为了增加极端高温天气情况下的散热能力,且不浪费正常天气散热性能的前提下,本发明在红外热像状态识别单元识别出温度超过第一阈值的高温区域占散热器外表面三分之二及以上,且风电机舱内的空气温度超过预设的第二阈值时,控制单元控制应急传热单元对散热器进行辅助降温,即电磁铁不通电,磁铁对其有一定吸力,使得第一转轴2向远离第二转轴4的方向移动,使得第二喷嘴15与散热器的进气侧拉开一定距离,进而使第二喷嘴15覆盖的范围更大,PLC控制器控制电机7启动以及第一支臂1的伸缩,电机7的输出轴通过驱动齿轮8带动传动齿轮6转动,使得第一转轴2转动一定角度,PLC控制器再启动空气压缩单元,利用第二喷嘴15向散热器喷射压缩空气。
空气压缩单元,用于向自清洁单元和应急传热单元的喷嘴供应高压空气。空气压缩单元包括空气压缩机,空气压缩机的出气端连接有第一气道和第二气道,第一气道与第一喷嘴14连接,第二气道与第二喷嘴15连接,第一气道和第二气道均设置有电磁阀门。
控制单元,用于控制自清洁单元对散热器的异常低温区域进行清洁,以及控制应急传热单元对散热器进行辅助降温。控制单元为PLC控制器,PLC控制器分别与红外热像状态识别单元、第一支臂1、第二支臂3、电机7、电磁阀门、电磁铁10和空气压缩机电连接。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未做过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术方案的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,其特征在于,包括:
红外热像监控单元,用于周期性拍摄散热器外表面的热像图;
红外热像状态识别单元,基于所述红外热像监控单元拍摄的散热器外表面热像图,判别热像图中的异常低温区域;
自清洁单元,用于通过喷嘴对散热器的异常低温区域以脉冲方式喷射压缩空气,喷射方向与正常冷却空气气流方向相反;
应急传热单元,用于利用喷嘴向散热器喷射压缩空气,喷射方向与正常冷却空气气流方向相同;
控制单元,用于控制自清洁单元对散热器的异常低温区域位置进行清洁,以及控制应急传热单元对散热器进行辅助降温;
空气压缩单元,用于向自清洁单元和应急传热单元的喷嘴供应压缩空气。
2.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,其特征在于:所述红外热像监控单元为布置在风电机舱内的红外热像仪,所述红外热像仪与红外热像状态识别单元电连接。
3.根据权利要求2所述的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,其特征在于:所述红外热像状态识别单元包括计算机,计算机将得到的热像图输入已经训练好的卷积神经网络中计算,对散热器表面红外热像图中的异常低温区域进行自动判别,并识别出异常低温区域位于散热器表面的对应位置。
4.根据权利要求3所述的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,其特征在于:所述红外热像状态识别单元识别出温度超过第一阈值的高温区域占散热器外表面积的三分之二及以上,且风电机舱内的空气温度超过预设的第二阈值时,控制单元控制应急传热单元对散热器进行辅助降温。
5.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,其特征在于:所述自清洁单元包括第一支臂和第二支臂,所述第一支臂通过第一转轴转动连接在散热器的进气侧边缘,所述第二支臂通过第二转轴转动连接在散热器的出气侧边缘,所述散热器的进气侧边缘固定连接有U型底座,所述第一转轴穿设于U型底座,所述第一转轴为花键轴,所述第一转轴上套设有传动齿轮,所述散热器的侧壁固定有电机,所述电机的输出轴上固定有与传动齿轮啮合的驱动齿轮,所述散热器的出气侧边缘固定连接有连接板,所述第二转轴穿设于连接板,所述第一转轴和第二转轴同轴,所述第一转轴靠近第二转轴的端部固接有电磁铁,所述散热器的侧壁固定有磁铁,且磁铁和电磁铁相对的端部极性相反,所述第一支臂的自由端连接有环圈,所述环圈上套设有除尘布袋,所述第二支臂的端部设置有第一喷嘴;所述第一支臂和第二支臂均为液压杆。
6.根据权利要求5所述的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,其特征在于:所述应急传热单元包括若干沿环圈间隔分布的第二喷嘴。
7.根据权利要求6所述的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,其特征在于:所述空气压缩单元包括空气压缩机,所述空气压缩机的出气端连接有第一气道和第二气道,所述第一气道与第一喷嘴连接,所述第二气道与第二喷嘴连接,所述第一气道和第二气道均设置有电磁阀门。
8.根据权利要求7所述的一种风电齿轮箱散热器自清洁及传热应急系统,其特征在于:所述控制单元为PLC控制器,所述PLC控制器分别与红外热像状态识别单元、第一支臂、第二支臂、电机、电磁阀门和空气压缩机电连接。
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