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Groupes électrogènes conteneurisés : Guide de refroidissement, de dimensionnement des radiateurs et de rejet de chaleur

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Un groupe électrogène conteneurisé de 20 pieds qui fonctionne proprement sur un banc d'essai peut toujours se déclencher à une température élevée du liquide de refroidissement à 80 % de charge sur site. L'enceinte qui protège le moteur prive également le radiateur : une admission à persiennes, un coude de conduit à 90 degrés et une évacuation d'air chaud en recirculation suffisent souvent à ajouter 100 Pa de résistance et à réduire de 10 % le débit d'air pour lequel le système de refroidissement a été dimensionné.
Définition d'un groupe électrogène conteneurisé : un groupe électrogène complet (moteur, alternateur, panneau de commande, réservoir de carburant, système d'échappement et système de refroidissement) monté à l'intérieur d'un conteneur ISO standard, de sorte que l'ensemble de la centrale électrique puisse être expédié, implanté et exploité comme une seule unité résistante aux intempéries et insonorisée.

Le refroidissement est généralement le dernier système spécifié et le premier à tomber en panne sur site. Le radiateur doit fonctionner avec l'espace restant à l'intérieur de l'enveloppe ISO, quelle que soit la température ambiante offerte par le site.

600-700 kW Rejet de chaleur du liquide de refroidissement d'un ensemble de 1 MWe à pleine charge
125 Pa Résistance statique externe maximale typique pour le chemin d'air de l'enceinte
65-75 dB(A) Pression sonore à 7 m d'un conteneur atténué

Un groupe électrogène conteneurisé échange le flux d’air contre la protection

Un groupe électrogène conteneurisé abandonne environ 15 à 30 % du flux d'air de refroidissement dont bénéficie un ensemble à skid ouvert, et ce commerce unique façonne chaque décision en matière de radiateur qui suit.

L’imperméabilisation signifie des persiennes, des treillis et des conduits. L'atténuation du bruit signifie des chicanes et des chemins de séparation. La transportabilité signifie une empreinte au sol fixe d'environ 6 m sur 2,4 m sur 2,6 m pour une unité de 20 pieds. Chaque contrainte se situe directement sur le trajet de l’air de refroidissement.

Comment les exigences du boîtier modifient la conception du refroidissement par rapport à un ensemble sur châssis ouvert.
Facteur de conception Ensemble de patins ouverts Groupe électrogène conteneurisé
Voie aérienne Ouvert de tous les côtés Les persiennes, les treillis et les conduits ajoutent 75 à 150 Pa
Niveau sonore à 7 m 85 à 95 dB(A) 65 à 80 dB(A) avec atténuation
Ambiance de conception 40 °C typique 40 à 50 °C sur les projets tropicaux et désertiques
Jeu de refroidissement 1 m ou plus de tous les côtés 600 à 800 mm à l'intérieur du conteneur
Capacité par unité Limité par le dérapage 500 à 1 250 kVA en 20 pieds, jusqu'à 2 500 kVA en 40 pieds
Règle générale : chaque tranche de 20 % de flux d'air perdu dans le boîtier coûte 20 à 25 % de surface centrale en plus, soit la même capacité à une température ambiante maximale inférieure.

Quelle quantité de chaleur un conteneur doit rejeter

Environ un quart de l’énergie du carburant contenu dans un groupe électrogène diesel conteneurisé s’échappe par le liquide de refroidissement, et ce quart est la seule partie contrôlée par le radiateur.

Pour un ensemble de 1 MWe fonctionnant avec un rendement d'environ 40 pour cent, la consommation de combustible est proche de 2 500 kW d'énergie thermique. L'électricité consomme environ 1 000 kW, les gaz d'échappement transportent 700 à 750 kW et le circuit d'eau de chemise et de refroidisseur final transporte 600 à 700 kW dans le radiateur. Le reste sort par rayonnement et convection de la peau du récipient.

Production d'électricité 40%
Chaleur d'échappement 30%
Circuit de refroidissement 25%
Rayonnement 5%
Bilan énergétique typique d'un groupe électrogène diesel de 1 MWe à charge nominale. Seule la part du liquide de refroidissement traverse le noyau du radiateur.

Le débit du liquide de refroidissement à cette sortie est généralement de 900 à 1 200 litres par minute, et le noyau doit en extraire 5 à 8 °C à la charge nominale. La marge est mince, donc un déficit de débit d'air de 10 % se traduit par 1 à 2 °C sur le réservoir supérieur, ce qui fait souvent la différence entre maintenir une charge à 100 % à 45 °C et déclasser à 85 %.

Dimensionnez le noyau en fonction du rejet de chaleur du liquide de refroidissement à la température ambiante maximale du site, et non en fonction du chiffre kVA imprimé sur la plaque signalétique.

Dimensionnement des radiateurs et règles de débit d'air dans une empreinte ISO

Concevez le chemin d'air vers l'arrière du ventilateur plutôt que vers l'avant depuis la grille, et plafonnez la résistance statique externe totale avant de choisir le noyau.

  1. Commencez par le rejet de chaleur à température ambiante maximale. Un ensemble évalué à 1 250 kVA à 40 °C se comporte plus près de 1 000 kVA à 50 °C, et le radiateur doit être dimensionné sur le chiffre le plus chaud.
  2. Respectez la courbe du ventilateur. La plupart des emballeurs publient une limite de restriction externe proche de 125 Pa (0,5 po H2O) pour l'enceinte, et au-delà de cette limite, le débit d'air chute plus rapidement que la zone centrale ne peut compenser.
  3. Additionnez toutes les restrictions. Les grilles d'admission coûtent 15 à 30 Pa, les dessableurs et les grilles 25 à 50 Pa, un coude à 90 degrés 10 à 20 Pa et une grille de refoulement 15 à 30 Pa supplémentaires.
  4. Donnez aux grilles 1,2 à 1,5 fois la surface de la face du radiateur avec au moins 60 pour cent de surface libre.
  5. Admission et évacuation séparées. La recirculation de l'air chaud peut ajouter 5 à 10 °C à l'air entrant, ce qui revient à déplacer le site vers un climat plus chaud.
  6. Adaptez le ventilateur au système, pas uniquement au noyau. Le diamètre de la pale, l'angle d'inclinaison et le dégagement de la pointe déterminent si le flux d'air survit à l'enceinte.
Vérification sur le terrain : placez un anémomètre à hélice sur la face centrale. Moins de 80 % de la vitesse nominale nominale signifie que c’est l’enceinte, et non le radiateur, qui constitue le goulot d’étranglement.

Quel est le coût de l'atténuation acoustique pour votre marge de refroidissement

Le serrage d'un conteneur de 75 dB(A) à 65 dB(A) à 7 m coûte généralement 15 à 30 % du débit d'air disponible, et cette perte doit être compensée par la surface centrale, la pression du ventilateur ou les deux.

L'atténuation fonctionne en forçant l'air à travers les déflecteurs et les chemins de séparation, ce qui ajoute une résistance exactement là où le ventilateur est le plus faible. Le système de refroidissement absorbe la pénalité de trois manières : davantage de rangées de noyaux, un ventilateur plus grand tournant plus lentement ou déplaçant complètement le radiateur à l'extérieur du conteneur.

Conteneur 75 dB(A)

  • Surface libre du Louvre d'environ 60 pour cent
  • Vitesse de décharge 8 à 10 m par seconde
  • Zone de visage standard
  • Pas de déclassement en dessous de 45 °C ambiant

Conteneur 65 dB(A)

  • Zone libre de persiennes 45 à 55 pour cent
  • Vitesse de décharge 5 à 6 m par seconde
  • Zone centrale du visage 20 à 30 pour cent plus grande
  • Attendez-vous à un déclassement de 5 à 10 pour cent à 45 °C

Les radiateurs générateurs silencieux spécialement conçus utilisent un espacement d'ailettes plus large, des noyaux plus épais et des ventilateurs statiques plus élevés afin que le chemin acoustique ne devienne pas une limite thermique. Les compromis entre l'atténuation et le débit d'air sont traités plus en détail dans ce guide pour conception et entretien de radiateurs générateurs silencieux .

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Les spécifications acoustiques et les spécifications de refroidissement sont la même décision prise deux fois. Fixez d'abord la cible dB(A), puis dimensionnez le noyau en fonction du flux d'air qui survit aux déflecteurs.

Température ambiante et altitude : les chiffres de déclassement

Les conditions de référence ISO 8528 sont 25 °C, 100 kPa et 30 % d'humidité relative, et chaque degré et chaque 100 m au-dessus de ces valeurs réduit à la fois la puissance du moteur et la capacité du radiateur.

Effets typiques du déclassement sur le refroidissement des groupes électrogènes conteneurisés et réponse technique habituelle.
État Détarage typique Réponse technique
Température ambiante supérieure à 40 °C 0,5 à 1 pour cent de la production par 1 °C 10 à 20 % de surface centrale en plus, ventilateur statique plus élevé
Altitude, turbocompressé Environ 1 pour cent par 100 m Revérifier la courbe du ventilateur à densité d'air réduite
Altitude, aspiration naturelle Environ 3 pour cent par 100 m Radiateur déporté ou puissance continue inférieure
Site à 2 000 m La densité de l'air équivaut à environ 80 pour cent du niveau de la mer 20 à 25 pour cent de zone centrale du visage en plus
Sable et poussière 5 à 15 pour cent de perte de capacité due à l'encrassement des ailettes Pas d'aileron grossier et grilles d'admission amovibles

L'altitude pénalise deux fois un groupe électrogène conteneurisé : le moteur perd de la masse d'air de combustion et le ventilateur déplace moins de masse à travers le même noyau. Des noyaux de refroidissement surdimensionnés existent exactement pour cette combinaison de chaleur et d’air raréfié.

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À 2 000 m d’altitude, la densité de l’air équivaut à environ 80 % du niveau de la mer. Un système de refroidissement qui était confortable sur la côte est d'environ 20 % insuffisant en montagne, même à la même température.

Radiateur embarqué, radiateur déporté ou échangeur de chaleur

Lorsque l'enveloppe ISO ne peut pas contenir suffisamment de noyau, déplacez le rejet de chaleur à l'extérieur du conteneur au lieu de faire entrer plus d'air à travers une grille.

Radiateur embarqué

Coût le plus bas et tuyauterie la plus courte, mais elle consomme le volume du conteneur et dépend entièrement de la zone sans persiennes. Idéal pour les unités de 20 à 1 250 kVA jusqu'à une température ambiante de 40 °C.

Radiateur déporté

Éloigne la chaleur et le bruit du ventilateur du boîtier et libère l'encombrement. Nécessite des conduits, des trajets de liquide de refroidissement plus longs, un volume d'expansion et une protection contre le gel.

Échangeur de chaleur

Évacue la chaleur du liquide de refroidissement dans une boucle secondaire d’eau ou d’eau de mer sans alimentation de ventilateur. Ajoute un deuxième circuit, un contrôle de la qualité de l’eau brute et une tolérance à l’encrassement.

Les règles de tuyauterie des radiateurs à distance sont simples à énoncer et faciles à briser : maintenir la vitesse du liquide de refroidissement entre 1,5 et 2,5 m par seconde, permettre la hauteur statique et l'expansion, et ventiler le point le plus élevé afin que les sas ne puissent pas bloquer la circulation.

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Un radiateur déporté n’est pas un radiateur plus gros. Il s’agit du même rejet de chaleur déplacé vers un endroit où le chemin de l’air ne combat pas la paroi du conteneur.

Spécification d'un radiateur de remplacement pour une flotte conteneurisée

Un radiateur de remplacement n'est interchangeable que lorsque sept points de données correspondent, et l'ajustement physique n'est que l'un d'entre eux.

  • Dimensions du noyau : largeur, hauteur et profondeur mesurées sur l'unité, non extraites d'une page de catalogue
  • Construction du noyau : rangées, type de tube, pas des ailettes en ailettes par pouce et conception à tube et ailette ou à plaque et ailette
  • Rejet de chaleur à un débit de liquide de refroidissement et une différence de température indiqués
  • Diamètre de raccordement du liquide de refroidissement, position et type de filetage
  • Diamètre du ventilateur, nombre de pales, angle de pas et rapport d'entraînement
  • Schéma des trous de la bride de montage et points d'isolation des vibrations
  • Spécification du revêtement de surface pour l'environnement du site

Le revêtement et le liquide de refroidissement assurent la durée de vie. Les conteneurs côtiers et offshore nécessitent généralement un système de qualité C5-M validé pour 1 000 heures de tests au brouillard salin, tandis que le liquide de refroidissement doit rester dans un mélange de 40 à 60 % de glycol avec des niveaux d'inhibiteurs vérifiés toutes les 500 heures de fonctionnement. Jiangsu Weichuang Radiateur Manufacturing Co., Ltd., opérant sous le nom de Radiateur Weichuang , construit des radiateurs de générateur pour les gammes OEM, les utilisateurs finaux et les projets de remplacement dans tous ces formats de montage et de revêtement.

Un radiateur croisé qui s'adapte n'est pas la même chose qu'un radiateur qui refroidit. Demandez les données de rejet de chaleur à l'ambiance du site avant d'accepter le modèle de boulon.

Foire aux questions

Trois questions couvrent la plupart des litiges relatifs au refroidissement des groupes électrogènes conteneurisés : le débit d'air, la température ambiante et la compatibilité de remplacement.

De quel débit d’air un groupe électrogène conteneurisé de 1 MVA a-t-il besoin ?

Prévoyez environ 1 200 à 1 800 mètres cubes par minute à travers le noyau à charge nominale, sur la base d'une augmentation de la température de l'air de 20 à 25 °C à travers le radiateur. La restriction totale à travers le boîtier doit rester inférieure à environ 125 Pa pour que le ventilateur puisse réellement fournir ce chiffre.

Un groupe électrogène conteneurisé peut-il fonctionner à une température ambiante de 50 °C ?

Seulement si cela a été spécifié. Un ensemble conçu pour 40 °C nécessite généralement 10 à 25 % de surface centrale en plus, un ventilateur statique plus élevé ou un radiateur distant pour maintenir la pleine charge à 50 °C, et de nombreuses constructions diminuent également la puissance nominale continue de 10 à 15 %.

Un radiateur non OEM peut-il remplacer un radiateur de groupe électrogène conteneurisé ?

Oui, lorsque les dimensions du noyau, le rejet de chaleur à une différence de température indiquée, la courbe du ventilateur, les connexions et le modèle de montage correspondent tous. Insistez sur les données de rejet de chaleur au niveau ambiant du site, car le respect dimensionnel à lui seul ne garantit pas les performances de refroidissement.

Les groupes électrogènes conteneurisés sont vendus en kVA et évalués en fonction du refroidissement. Les unités qui restent en ligne pendant un après-midi à 45 °C et une saison poussiéreuse sont celles dont le système de refroidissement a été dimensionné en fonction du rejet de chaleur dans les conditions du site, avec un parcours d'air qui a été mesuré plutôt que supposé.

Taille adaptée aux journées les plus chaudes, à l'altitude la plus élevée et aux persiennes les plus sales que le décor ait jamais vues. Tout ce qui suit est de la maintenance.
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