冷却塔风机叶片液压自调角结构设计和监测的研究

作     者：郭德鹏 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵倩;霍守旺

授予年度：2023年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：冷却塔风机 自调角 Solidworks结构设计 AMESim液压仿真 液压系统 PLC控制系统 

摘      要：为确保冷却塔循环水系统安全可靠地运行,冷却塔风机转速以及叶片安装角度均按照最大换热量设定。但受生产工艺、环境温度等相关因素的影响,冷却塔风机的换热量在时刻变化,因此,冷却塔风机冷却能力与实际需求不匹配,造成了大量能源浪费。对冷却塔风机实施节能改造可以有效促进石油化工企业节电降碳。为此,提出了一种基于液压系统的冷却塔风机叶片自调角的新型节能方案。当温度传感器测的水温高于设定值时,实际换热需求大,通过液压系统驱动调角机构增大叶片安装角度,风量增大,同时耗能增加;当温度传感器测的水温低于设定值时,实际换热需求小,通过液压系统驱动调角机构减小叶片安装角度,风量减小,同时耗能降低。最终通过该方案实现变工况风量的自适应调节,达到节能的技术目标。 本课题围绕液压自调角系统对以下关键技术展开了研究。首先,对叶片调角过程中的耗能进行分析,并借助风力机气动载荷的计算方法得到所需驱动力随安装角度变化的曲线;随后,深度分析液压系统工作性能和冷却塔风机自调角结构设计中存在的问题,并针对问题做了优化设计和改进,利用Solidworks软件对自调角装置整体结构进行三维建模,最终实现基于液压系统的稳定性自调角结构;同时利用Simulation结合理论分析对关键轴承及零部件进行静力学分析,验证其强度是否满足实际工作要求;为确保液压系统的可靠性,利用AMESim仿真软件探究多种液压回路自调角的工作特性,分析调速阀内部元件节流阀开度对液压回路稳定性的影响,同时对液压系统中常出现的三种故障进行仿真分析,并将故障模型带入正常模型中观察整个液压系统的关键元件的参数变化;最后,设计并搭建出一台小型自调角冷却塔风机,同时设计相应控制系统以及远程监控系统,通过实验验证结构的可行性。 研究结果表明:新型调角装置可以实现风机在不停机的工况下,在6°～15°范围内实现多工况自适应多次变角,并保证系统的工作精度、稳定性和可靠性。采用AMESim/Simulink联合仿真模糊PID控制的调速阀液压回路,变化波动小,精度高;当调速阀内部节流口的开度K=0.08时,振荡时间短,振荡峰值小,降低扰动负载对回路稳定性的影响;三种故障模型与理论分析较为一致,为接下来的故障诊断提供故障特征数据;通过设备组装进行实验调试,验证了结构的可行性及其控制精度。