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Gruppi elettrogeni containerizzati: guida al raffreddamento, al dimensionamento dei radiatori e allo smaltimento del calore

Un gruppo elettrogeno containerizzato da 20 piedi che funziona pulito su un banco di prova può comunque scattare a temperatura elevata del liquido di raffreddamento con un carico dell'80% in loco. L'involucro che protegge il motore affama anche il radiatore: un'aspirazione con feritoie, una curvatura del condotto di 90 gradi e uno scarico di aria calda a ricircolo sono spesso sufficienti per aggiungere 100 Pa di resistenza e ridurre del 10% il flusso d'aria per cui è stato dimensionato il pacchetto di raffreddamento.
Definizione di gruppo elettrogeno containerizzato: un gruppo elettrogeno completo (motore, alternatore, pannello di controllo, serbatoio del carburante, sistema di scarico e sistema di raffreddamento) montato all'interno di un container ISO standard, in modo che l'intera centrale elettrica possa essere spedita, posizionata e utilizzata come un'unica unità resistente alle intemperie e insonorizzata.

Il raffreddamento è solitamente l'ultimo sistema specificato e il primo a guastarsi in loco. Il radiatore deve funzionare con qualunque spazio rimanga all'interno dell'involucro ISO, in qualunque ambiente offra il sito.

600-700 kW Reiezione del calore del liquido refrigerante da un 1 MWe impostato a pieno carico
125 Pa Resistenza statica esterna massima tipica per il percorso dell'aria dell'armadio
65-75dB(A) Pressione sonora a 7 m da un contenitore attenuato

Un gruppo elettrogeno containerizzato scambia il flusso d'aria con la protezione

Un gruppo elettrogeno containerizzato cede circa il 15-30% del flusso d'aria di raffreddamento di cui gode un gruppo skid aperto, e questo singolo scambio determina ogni decisione successiva sul radiatore.

Per impermeabilità si intende lamelle, reti e condotti. L'attenuazione del rumore significa deflettori e percorsi divisori. Per trasportabilità si intende un ingombro fisso di circa 6 x 2,4 x 2,6 m per un'unità da 20 piedi. Ciascun vincolo si trova direttamente nel percorso dell'aria di raffreddamento.

Come i requisiti dell'armadio cambiano il design del raffreddamento rispetto a un set skid aperto.
Fattore di progettazione Set di pattini aperti Gruppo elettrogeno containerizzato
Percorso aereo Aperto su tutti i lati Louvre, reti e condotti aggiungono da 75 a 150 Pa
Livello sonoro a 7 m da 85 a 95 dB(A) Da 65 a 80 dB(A) con attenuazione
Ambiente di design 40 °C tipico Da 40 a 50 °C su progetti tropicali e desertici
Spazio di raffreddamento 1 m o più su tutti i lati Da 600 a 800 mm all'interno del contenitore
Capacità per unità Limitato dallo slittamento Da 500 a 1.250 kVA in 20 piedi, fino a 2.500 kVA in 40 piedi
Regola empirica: ogni 20% del flusso d'aria perso nell'armadio costa dal 20 al 25% in più di superficie centrale, o la stessa capacità a una temperatura ambiente massima inferiore.

Quanto calore deve respingere un contenitore

Circa un quarto dell'energia del carburante in un gruppo elettrogeno diesel containerizzato passa attraverso il liquido di raffreddamento e quel quarto è l'unica parte controllata dal radiatore.

Per un impianto da 1 MWe funzionante a circa il 40% di efficienza, l’input di carburante è vicino a 2.500 kW di energia termica. L'elettricità richiede circa 1.000 kW, lo scarico trasporta da 700 a 750 kW e il circuito dell'acqua della camicia più postrefrigeratore trasporta da 600 a 700 kW nel radiatore. Il resto esce per irraggiamento e convezione dal rivestimento del contenitore.

Produzione di elettricità 40%
Calore di scarico 30%
Circuito del liquido di raffreddamento 25%
Radiazione 5%
Bilancio energetico tipico di un gruppo elettrogeno diesel da 1 MWe a carico nominale. Solo la parte del liquido refrigerante passa attraverso la massa radiante.

Il flusso di refrigerante a quell'uscita è solitamente compreso tra 900 e 1.200 litri al minuto e il nucleo deve estrarre da 5 a 8 °C al carico nominale. Il margine è sottile, quindi una carenza di flusso d'aria del 10% si manifesta da 1 a 2 °C sul serbatoio superiore, che spesso è la differenza tra mantenere il carico del 100% a 45 °C e ridurre la potenza all'85%.

Dimensionare il nucleo in base allo smaltimento del calore del refrigerante alla temperatura ambiente massima del sito, non in base al valore in kVA stampato sulla targhetta.

Dimensionamento del radiatore e regole del flusso d'aria all'interno di un'impronta ISO

Progettare il percorso dell'aria all'indietro dalla ventola anziché in avanti dall'aletta e limitare la resistenza statica esterna totale prima di scegliere il nucleo.

  1. Iniziare dallo smaltimento del calore alla temperatura ambiente massima. Un apparecchio da 1.250 kVA a 40 °C si comporta più vicino a 1.000 kVA a 50 °C e il radiatore deve essere dimensionato sul numero più caldo.
  2. Rispettare la curva del ventilatore. La maggior parte dei produttori di imballaggi pubblica un limite di restrizione esterna vicino a 125 Pa (0,5 in H2O) per l'involucro e oltre tale limite il flusso d'aria diminuisce più velocemente di quanto l'area centrale possa compensare.
  3. Somma tutte le restrizioni. Le griglie di aspirazione costano da 15 a 30 Pa, i separatori di sabbia e la rete da 25 a 50 Pa, una curva a 90 gradi da 10 a 20 Pa e una griglia di scarico altri 15-30 Pa.
  4. Garantire alla feritoia un'area pari a 1,2-1,5 volte l'area frontale del radiatore con almeno il 60% di area libera.
  5. Aspirazione e scarico separati. Il ricircolo dell'aria calda può aggiungere da 5 a 10 °C all'aria in ingresso, il che equivale a spostare il sito in un clima più caldo.
  6. Abbina la ventola al sistema, non solo al nucleo. Il diametro della pala, l'angolo di inclinazione e il gioco della punta determinano se il flusso d'aria sopravvive all'interno della custodia.
Controllo sul campo: tenere un anemometro a elica sulla parte anteriore del nucleo. Meno dell'80% della velocità frontale di progetto significa che il collo di bottiglia è l'involucro, non il radiatore.

Quanto costa l'attenuazione acustica sul margine di raffreddamento

Il serraggio di un contenitore da 75 dB(A) a 65 dB(A) a 7 m costa in genere dal 15 al 30% del flusso d'aria disponibile e tale perdita deve essere ripagata con l'area centrale, la pressione della ventola o entrambi.

L'attenuazione funziona forzando l'aria attraverso deflettori e percorsi dello splitter, aggiungendo resistenza esattamente dove la ventola è più debole. Il sistema di raffreddamento assorbe le penalità in tre modi: più file di nuclei, una ventola più grande che gira più lentamente o spostando del tutto il radiatore fuori dal contenitore.

Contenitore da 75 dB(A).

  • L'area libera del Louvre è circa il 60%.
  • Velocità di scarico da 8 a 10 m al secondo
  • Area frontale centrale standard
  • Nessun declassamento al di sotto di 45 °C ambiente

Contenitore da 65 dB(A).

  • Area libera del Louvre dal 45 al 55%.
  • Velocità di scarico da 5 a 6 m al secondo
  • Area centrale del viso più grande del 20-30%.
  • A 45 °C è previsto un declassamento del 5-10%.

I radiatori con generatore silenzioso appositamente costruiti utilizzano una spaziatura delle alette più ampia, nuclei più spessi e ventole statiche più elevate in modo che il percorso acustico non diventi un limite termico. I compromessi tra attenuazione e flusso d'aria sono trattati in modo più dettagliato in questa guida progettazione e manutenzione di radiatori silenziosi per generatori .

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Le specifiche acustiche e quelle di raffreddamento sono la stessa decisione presa due volte. Fissare prima il target dB(A), quindi dimensionare il nucleo per il flusso d'aria che sopravvive ai deflettori.

Temperatura ambiente e altitudine: i numeri di declassamento

Le condizioni di riferimento ISO 8528 sono 25 °C, 100 kPa e 30% di umidità relativa, e ogni grado e ogni 100 m al di sopra di tali valori riduce sia la potenza del motore che la capacità del radiatore.

Tipici effetti di declassamento sul raffreddamento di gruppi elettrogeni containerizzati e sulla consueta risposta ingegneristica.
Condizione Tipico declassamento Risposta ingegneristica
Ambiente superiore a 40 °C Da 0,5 a 1% di potenza per 1 °C Dal 10 al 20% in più di superficie centrale, ventola statica più elevata
Altitudine, turbocompresso Circa l'1% ogni 100 m Ricontrollare la curva della ventola a densità dell'aria ridotta
Altitudine, aspirazione naturale Circa il 3% ogni 100 m Radiatore remoto o potenza continua inferiore
Sito a 2.000 m La densità dell’aria è circa l’80% del livello del mare Dal 20 al 25% in più di area centrale del viso
Sabbia e polvere Perdita di capacità dal 5 al 15% dovuta all'incrostazione delle pinne Passo grosso delle alette e schermi di aspirazione rimovibili

L’altitudine penalizza due volte un gruppo elettrogeno containerizzato: il motore perde massa d’aria di combustione e la ventola sposta meno massa attraverso lo stesso nucleo. Esistono nuclei di raffreddamento sovradimensionati esattamente per questa combinazione di calore e aria rarefatta.

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A 2.000 m la densità dell’aria è circa l’80% del livello del mare. Un pacchetto di raffreddamento confortevole sulla costa in montagna è inferiore di circa il 20%, anche alla stessa temperatura.

Radiatore di bordo, radiatore remoto o scambiatore di calore

Quando l'involucro ISO non riesce a contenere una quantità sufficiente di nucleo, spostare la dissipazione del calore all'esterno del contenitore invece di spremere più aria attraverso una feritoia.

Radiatore di bordo

Costo più basso e tubazioni più corte, ma consuma il volume del contenitore e dipende interamente dall'area libera della griglia. Ideale per unità da 20 a 1.250 kVA con temperatura ambiente fino a 40 °C.

Radiatore remoto

Allontana il calore e il rumore della ventola dall'armadio e libera l'ingombro. Necessita di condutture, cicli di refrigerante più lunghi, volume di espansione e protezione antigelo.

Scambiatore di calore

Scarica il calore del liquido di raffreddamento in un circuito secondario dell'acqua o dell'acqua di mare senza alimentazione della ventola. Aggiunge un secondo circuito, controllo della qualità dell'acqua non depurata e tolleranza alle incrostazioni.

Le regole per le tubazioni dei radiatori remoti sono semplici da stabilire e facili da violare: mantenere la velocità del refrigerante tra 1,5 e 2,5 m al secondo, consentire la prevalenza statica e l'espansione e sfiatare il punto più alto in modo che le sacche d'aria non possano bloccare la circolazione.

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Un radiatore remoto non è un radiatore più grande. È lo stesso smaltimento del calore trasferito in un luogo in cui il percorso dell'aria non combatte contro la parete del contenitore.

Specifica di un radiatore sostitutivo per una flotta containerizzata

Un radiatore sostitutivo è intercambiabile solo quando sette punti dati corrispondono e l'idoneità fisica è solo uno di questi.

  • Dimensioni principali: larghezza, altezza e profondità misurate sull'unità, non ricavate da una pagina di catalogo
  • Costruzione del nucleo: file, tipo di tubo, passo delle alette in alette per pollice e design tubo e aletta o piastra e aletta
  • Reiezione del calore con flusso di refrigerante e differenza di temperatura specificati
  • Diametro dell'attacco del refrigerante, posizione e tipo di filettatura
  • Diametro della ventola, numero di pale, angolo di inclinazione e rapporto di trasmissione
  • Schema dei fori della flangia di montaggio e punti di isolamento dalle vibrazioni
  • Specifiche del rivestimento superficiale per l'ambiente del sito

Il rivestimento e il refrigerante ne prolungano la durata. I contenitori costieri e offshore generalmente richiedono un sistema di grado C5-M convalidato per 1.000 ore di test in nebbia salina, mentre il refrigerante deve rimanere all'interno di una miscela di glicole compresa tra il 40 e il 60% con livelli di inibitori controllati ogni 500 ore di funzionamento. Jiangsu Radiatore Weichuang Manufacturing Co., Ltd., società commerciale come Weichuang Radiator , costruisce radiatori per generatori per linee OEM, utenti finali e progetti di sostituzione in tutti questi formati di montaggio e rivestimento.

Un radiatore con riferimenti incrociati che si adatta non è la stessa cosa di un radiatore che raffredda. Richiedere i dati sulla dissipazione del calore nell'ambiente del sito prima di accettare lo schema dei bulloni.

Domande frequenti

Tre domande riguardano la maggior parte delle controversie sul raffreddamento dei gruppi elettrogeni containerizzati: flusso d'aria, classificazione ambientale e compatibilità di sostituzione.

Di quanta portata d'aria ha bisogno un gruppo elettrogeno containerizzato da 1 MVA?

Pianificare circa 1.200-1.800 metri cubi al minuto attraverso il nucleo a carico nominale, sulla base di un aumento della temperatura dell'aria da 20 a 25 °C attraverso il radiatore. La restrizione totale attraverso l'involucro dovrebbe rimanere al di sotto di circa 125 Pa in modo che la ventola possa effettivamente fornire quella cifra.

Un gruppo elettrogeno containerizzato può funzionare a una temperatura ambiente di 50 °C?

Solo se è stato specificato per questo. Un set progettato per 40 °C di solito richiede dal 10 al 25% in più di superficie centrale, una ventola statica più alta o un radiatore remoto per mantenere il pieno carico a 50 °C, e molti modelli riducono anche la valutazione continua del 10-15%.

Un radiatore non OEM può sostituire un radiatore di un gruppo elettrogeno containerizzato?

Sì, quando le dimensioni del nucleo, la dissipazione del calore a una differenza di temperatura dichiarata, la curva della ventola, i collegamenti e lo schema di montaggio corrispondono. Insistere sui dati di dissipazione del calore nell'ambiente del sito, poiché la conformità dimensionale da sola non garantisce le prestazioni di raffreddamento.

I gruppi elettrogeni containerizzati vengono venduti in kVA e valutati in base al raffreddamento. Le unità che rimangono online durante un pomeriggio a 45 °C e una stagione polverosa sono quelle il cui pacchetto di raffreddamento è stato dimensionato in base allo smaltimento del calore alle condizioni del sito, con un percorso dell'aria misurato anziché ipotizzato.

Dimensioni adatte al giorno più caldo, all'altitudine più alta e al deflettore più sporco che il set abbia mai visto. Tutto ciò che segue è manutenzione.
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