電源空調(diào)綜合保障集裝箱成套設(shè)備的設(shè)計

黃淑琴

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

野外訓(xùn)練期間，需同時提供電源和空調(diào)供工作車輛的指揮艙使用，它可以為多臺工作車輛的指揮艙的供冷、供熱、通風(fēng)及供電提供保障；集裝箱內(nèi)部留有安裝健康監(jiān)控管理系統(tǒng)的位置，可選擇裝配健康監(jiān)控管理系統(tǒng)，隨時監(jiān)控集裝箱內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)及時上傳到指揮室，實現(xiàn)健康管理。

1 總體結(jié)構(gòu)及布置

電源空調(diào)綜合保障集裝箱主要包括1套6米集裝箱、1套75KW柴油發(fā)電機(jī)組、1套40kw空調(diào)設(shè)備，并且預(yù)留安裝位置，可安裝1 套能源站加載健康管理系統(tǒng)。其中柴油發(fā)電機(jī)組由柴油發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、減震裝置、水箱、底盤、供油系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成?？照{(diào)設(shè)備包括空氣過濾器、空調(diào)制冷系統(tǒng)、高壓離心風(fēng)機(jī)、可調(diào)電加熱器、空調(diào)控制及檢測裝置、供風(fēng)接口裝置等。

電源空調(diào)綜合保障集裝箱采用分區(qū)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，共分為控制室、空調(diào)室、機(jī)組室和排風(fēng)室四個部分?？刂剖抑胁贾糜?套集中操作屏和1套能源站加載健康管理系統(tǒng)?？照{(diào)室布置有1 套40kw空調(diào)設(shè)備。機(jī)組室中75kw柴油發(fā)電機(jī)組安裝在機(jī)組室中部采用縱向布置。排風(fēng)室固定一個排風(fēng)消聲體，在其下方固定有蓄電池組，為其提供直流電源，頂部布有一個消聲器，在消聲器的位置設(shè)有軸流風(fēng)機(jī)用于散熱。結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)布置圖

2 主要組成部分設(shè)計

2.1 集裝箱設(shè)計

按設(shè)備功能及人機(jī)工程需要，依據(jù)降噪、通風(fēng)及防沙塵要求，車廂設(shè)計為隔室結(jié)構(gòu)，開設(shè)相應(yīng)的門、窗、孔口。集裝箱內(nèi)部分為排風(fēng)室、機(jī)組室、控制室和空調(diào)室四個功能區(qū)，可以降低噪聲，同時防止雨水、沙塵進(jìn)入設(shè)備工作區(qū)域。

為了滿足綜合保障集裝箱運(yùn)行噪聲值小于等于85db的要求，通過在集裝箱內(nèi)壁采用降噪吸音層結(jié)構(gòu)，對機(jī)組的機(jī)械噪聲進(jìn)行降噪處理，通過采取巖棉層消音、吸音、隔音處理，同時對集裝箱壁板、孔口的縫隙進(jìn)行填充，達(dá)到降噪的要求，為操作人員提供一個安靜的工作環(huán)境。

設(shè)計滿足規(guī)定的剛、強(qiáng)度等系列要求，艙體骨架和艙內(nèi)設(shè)備固定具有足夠的剛強(qiáng)度，確保在運(yùn)輸、吊裝及裝卸過程中不發(fā)生破壞及變形。另外還要考慮集裝箱密閉性要求，擋水檐、照明等其它要求也要充分考慮。

2.2 柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計

柴油發(fā)電機(jī)組由1 套75kw 柴油發(fā)電機(jī)組和控制系統(tǒng)組成，用于提供空調(diào)設(shè)備所需要的電源，并提供電源，其可輸出3 相50Hz、380V 的5 路20KW交流電源。

柴油機(jī)選用了康明斯公司生產(chǎn)的6BTA5.9—G2型水冷柴油發(fā)動機(jī)，用于將柴油燃燒釋放的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，為機(jī)組提供動力。柴油機(jī)隨機(jī)配置的低溫啟動措施為進(jìn)氣預(yù)熱，能滿足在-400C條件下30分鐘啟動成功的要求，成熟應(yīng)用格柵進(jìn)氣加熱器對柴油機(jī)的燃燒進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱，同時可提高低溫環(huán)境下燃燒的霧化程度，使燃油充分燃燒，滿足柴油機(jī)在低溫情況下更短時間內(nèi)順利啟動的要求。

機(jī)組正常情況下，用電子調(diào)速器自動調(diào)速，通過在原柴油機(jī)上配置電子調(diào)速器，將柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1500r/min。速度控制器、執(zhí)行器、磁性傳感器三部分組成電子調(diào)速器。安裝在飛輪上的磁性傳感器，用于測定柴油機(jī)轉(zhuǎn)速并發(fā)送轉(zhuǎn)速信號；電子速度控制器接受來自磁性傳感器的速度信號，并將它與所需速度設(shè)置比較后，控制器輸出一個已調(diào)制好的脈沖寬度信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器與機(jī)械調(diào)速裝置的油門相連，按照速度控制器發(fā)出的指令調(diào)節(jié)柴油機(jī)的油門，從而調(diào)整轉(zhuǎn)速使發(fā)動機(jī)實現(xiàn)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。

為了極大地提高供電質(zhì)量和運(yùn)行可靠性，延長電機(jī)保養(yǎng)期，減少維護(hù)時間，發(fā)電機(jī)采用三相同步發(fā)電機(jī)，且采用無刷諧波勵磁系統(tǒng)，柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要考慮柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行檢測、狀態(tài)指示、故障診斷與保護(hù)、自動/手動運(yùn)行流程的操作等功能?？刂葡到y(tǒng)采用了常用控制、備用控制兩套獨(dú)立的回路，包括機(jī)組控制屏和集成于集中操作屏中的供配電操作界面及觸摸屏。機(jī)組控制屏安裝在機(jī)組上，與機(jī)組形成一體式結(jié)構(gòu)，放置于機(jī)組室，實現(xiàn)機(jī)組在常用及備用方式下的啟動、運(yùn)行、停機(jī)及主開關(guān)合、分閘操作。柴油發(fā)電機(jī)組的供配電操作則集成在控制室的集中操作屏上，集中操作屏上設(shè)置六路分路輸出的合、分閘開關(guān)，在實際工作中，可根據(jù)負(fù)載情況，通過操作相應(yīng)的分路合、分閘開關(guān)來對空調(diào)及外部負(fù)載進(jìn)行供電，同時機(jī)組控制屏將機(jī)組的各運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)通過通訊上報給集中操作屏上的觸摸屏，以此實現(xiàn)了在控制室對機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的檢測，也為向上位機(jī)上報機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)提供了渠道。

柴油發(fā)電機(jī)組具有 “常用” 和 “備用” 兩種工作方式，如圖2所示?！俺Ｓ谩?和 “備用” 兩種工作方式互為備份，主要是為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性?！俺Ｓ谩?工作方式為操作人員通過操作控制器來實現(xiàn)機(jī)組的啟動、停機(jī)、主電路開關(guān)合分閘操作；同時柴油發(fā)電機(jī)組控制器實時檢測并顯示機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，在機(jī)組運(yùn)行故障時做出相應(yīng)報警和保護(hù)動作。“備用” 工作方式為操作人員通過操作機(jī)旁控制屏上對應(yīng)的開關(guān)來實現(xiàn)機(jī)組的啟動、停機(jī)、主回路開關(guān)合分閘等操作，通過控制屏上的儀表及指示燈等來觀測機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)及故障狀態(tài)。無論在哪種工作方式下，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組中機(jī)組正常運(yùn)行且主回路開關(guān)合閘后，通過在集中操作屏上操作相應(yīng)的分路合分閘開關(guān)來實現(xiàn)對空調(diào)及外部負(fù)載設(shè)備的供電。

圖2 工作方式

2.3 空調(diào)設(shè)備

空調(diào)設(shè)備由壓縮機(jī)、高壓離心風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)、翅片換熱器1、翅片換熱器2、可調(diào)電加熱器、熱力膨脹閥、四通換向閥、單向閥、貯液器、氣液分離器、干燥過濾器、視液鏡和控制系統(tǒng)等組成。

空調(diào)設(shè)備又分為兩部分，分別為空氣源段和送風(fēng)處理段?？諝庠炊尾贾迷诳照{(diào)室右側(cè)。空氣源段進(jìn)風(fēng)面布置在右側(cè)側(cè)壁，由兩臺冷卻風(fēng)機(jī)強(qiáng)制抽取外部空氣通過翅片換熱器1 換熱后，再由艙頂送出；送風(fēng)處理段位于集裝箱機(jī)組室左側(cè)，進(jìn)風(fēng)口和送風(fēng)口均布置在空調(diào)室左側(cè)側(cè)壁上，由進(jìn)風(fēng)口手動百葉風(fēng)風(fēng)閥、空氣過濾器、可調(diào)加熱器1、翅片換熱器2、高壓離心風(fēng)機(jī)、可調(diào)加熱器2、送風(fēng)口密閉風(fēng)閥等主要部件組成。送風(fēng)管共分為7路，其中1路連接到控制室，供控制室降溫使用，其余6路可供工作艙使用。

空調(diào)設(shè)備具備供冷、供熱和通風(fēng)三種功能，根據(jù)實際需要，調(diào)節(jié)高壓離心風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量和確定需要的功能狀態(tài)。工作流程如圖3所示。

圖3 工作流程

40KW空調(diào)設(shè)備設(shè)計了兩種工作模式，即手動運(yùn)行和自動運(yùn)行模式，可通過集中操作屏面板上的工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。自動運(yùn)行時，空調(diào)設(shè)備受控于集中控制屏中的PLC，操作者通過觸摸屏上的啟動、停止按鈕控制機(jī)組的運(yùn)行，并可以中文界面與PLC進(jìn)行交互，對機(jī)組進(jìn)行智能化的監(jiān)控和管理。“手動” 時，操作者按操作規(guī)程，依次啟動和停止各設(shè)備的運(yùn)行?？照{(diào)設(shè)備控制系統(tǒng)安裝于控制室內(nèi)的集中操作屏中，集中操作屏中留有RS485串口，可連接能源站加載健康管理系統(tǒng)。

3 可靠性分析

空調(diào)設(shè)備根據(jù)環(huán)境要求進(jìn)行設(shè)計，選用國際知名品牌壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)作為主要部件，采用了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)；柴油發(fā)電機(jī)采用由東風(fēng)康明斯公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的柴油發(fā)動機(jī)、同步發(fā)電機(jī)等，產(chǎn)品可靠性高。

控制方式均設(shè)置有自動和手動兩種工作方式，兩種工作方式互為備份，提高了綜合保障集裝箱的可靠性。

控制技術(shù)采用先進(jìn)的自動控制技術(shù)，已經(jīng)大量運(yùn)用。并經(jīng)過實際使用證明，技術(shù)成熟可靠。采用冗余備份控制設(shè)計技術(shù)，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品可靠性。

控制系統(tǒng)中的主控制器件、儀表、開關(guān)及元器件等可靠性保證。廂體采用綜合保障集裝箱相同的技術(shù)，保障產(chǎn)品質(zhì)量。開發(fā)的軟件具有自檢功能，可以通過自檢的方式驗證軟件相應(yīng)功能、接口的正確性。

4 結(jié)語

電源空調(diào)綜合保障集裝箱柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)從可靠性、維修性、可達(dá)性、可換性、標(biāo)準(zhǔn)化、測試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等方面進(jìn)行了充分考慮，設(shè)計完整，可提供電源和空調(diào)供工作車輛及指揮艙使用，其具有保障工作車輛及指揮艙的供冷、供熱及供電的功能。