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《风电叶片模具电加热系统温度特性及控制算法研究-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第2期（总期63期）No.2(SerialNo.63)2014年3月FluidPowerTransmissionandControlMar.,2014风电叶片模具电加热系统温度特性及控制算法研究阮博乌建中周俊杰（同济大学机械与能源工程学院上海201804）摘要：风电叶片模具电加热系统的温度控制精度影响叶片的质量和生产效率。针对目前模具电加热系统利用加热层温度反馈间接控制型腔面温度导致温度控制精度低的问题，建立了风电叶片模具加热系统的传热模型，对其进行了一维瞬态及稳态导热理论分析，提出了适用于风电叶片模具电加热系统的控制算法，并通过实验，验证理论及算法的准确
2、性。关键词：风电叶片；模具电加热系统；温度特性;控制算法中图分类号：TH137文献标志码：A文章编号：1672-8904-（2014）01-0038-004在叶片生产中，对模具型腔内温度有具体的要T=T（2）i，ji+j,j+1求，但由于在模具型腔面安装传感器不方便，不利于癢T癢Ti，ji+j,j+1-λ=-λ（3）ii+1叶片生产，所以目前风电叶片模具的温度控制是将安癢τ癢τ装于模具加热层内的温度传感器测得的加热层温度对内热源，与其相邻两层间的边界条件为：癢T癢T近似为型腔面温度，但由于加热层与型腔面存在大量i，ji+j,j+1-λ+q=-λ（4）i癢τ
3、eii+1癢τ热阻、热容，所以加热层温度与型腔面温度存在滞后模具上下表面的边界条件为：性及温差问题[1]，极大地影响着模具温度的控制。因癢T-λi=h（T-T）（5）此本文通过对叶片模具内温度进行瞬态与稳态分析，iiifi癢xi计算出模具内部的温度分布情况，得出加热层温度与式中，h为上下表面与空气的对流换热系数；i型腔表面温度之间的对应关系，从而实现对叶片模具T为上下表面空气温度。fi热滞后性的定量研究，以提高模具温度的控制精度。1模具电加热系统传热学分析将叶片模具简化为典型的多层壁，对其进行温度一维瞬态分析。简化后模型如图1所示，将模具分为五层：第1层为
4、模具主体结构，通常由聚酯材料制作；第2层为加热层，具有均匀内热源q；第3层为结构e层；第4，5层分别为用于保温的轻木和保温棉。根据传热学定理[2]，叶片模具内各层的导热微分方程为：2q癢T癢TeρC=λ+（1）p癢τ2δ癢xe式中，ρ，C，λ分别是各层材料的密度、比热容以及p导热系数；q为层内热源的功率；eδ为内热源实际厚度。e各分界面处有以下初始条件：图1风机叶片模具简化图收稿日期：2013-11-11根据导热微分方程以及边界条件，利用克兰克—作者简介：阮博（1990-），男，硕士研究生，从事自动化控制与计算机仿尼尔可欣离散法将得到方程离散成结点温度方程
5、真研究。2014年3月阮博，等：风电叶片模具电加热系统温度特性及控制算法研究第39页[3]组。设定T为第i层结构中竖直方向上第j个点一定温差。i，j0图3为系统在每30min的整体的温度分布情况，的某一步计算得出的温度；T为上一步计算得出的i，j大约4h左右达到稳态。温度最高点为加热层处，各温度。1）各层内结点温度表达式为：层之间的温度基本呈固定梯度分布。000Ti,j=[Ti,j+1+Ti,j-1+T+2（Ai-1）T+Ti,j+1i,ji,j-1（6）表1模具内材料相关参数+2B]/2（A+1）ii（Δx）2密度比热J/导热系数厚度i层数材料式中，A=
6、；32ikg/m(kg譯K)m譯KmmaΔtiq（Δx）B=e；1聚酯156010630.2284iλi2铝粉27709251861λia=。iρC3聚酯156010630.2285ipi对于非加热层B=0，如本模型中i=1，3，4，5的4轻木14025000.05525i情况。5保温棉62.58400.035302）分界面上结点温度表达式为：i层与i+1层分界面上结点j的温度为：0T=T=[T+CT+T+[（A-1）+i,ji+1,j+1i,j-1ii+1,2ii,j-100C（A-1）]T+CT+B-CB]/[（A+1）（7）ii+1i,jii+1,2
7、iii+1i+C（A+1）]ii+1式中，C=λΔx/λΔx。ii+1iii+13）模具上表面温度表达式为：T=[T-（1-A+C）T0+T0+2CT]/(A+1+C)（8）1,11,2ia1a1f11a11,11,2式中，Ca1=Δxh/λ111图2型腔面与加热层温度4）模具下表面温度表达式为：T005,n=[T5,n-1-（1-A5+Ca2）T5，n+T5，n-1+2Ca2Tf2]/(A5+1+Ca3)（9）式中，Ca3=Δxh/λ5332模具电加热系统数值仿真参考文献[4]给出的模具各层相关参数如表1所示。当环境温度为20℃时，模具的上下表面对流换热
8、系数h=5.95W/(m2譯K)，h=3.84W/(m2譯K)。内
