依必安派特FanGrid風墻保障太空望遠鏡的穩定運行
太陽系外的生命跡象、第一代星系的奧秘、宇宙中未被探索的“暗面”……位于智利的超大望遠鏡(ELT)具有直徑39米的巨型鏡面,未來用其觀測太空時,關于萬物演化的新發現,或許將在2028年浮出水面。在這一過程中,激光系統發揮著至關重要的作用,OCRAM CLIMA所提供的高度專業化的空氣處理設備為激光系統提供冷卻支持。而在這些空氣處理機組內,配置了28組依必安派特的FanGrid風墻裝置。
超大望遠鏡所面臨的挑戰
智利北部的Cerro Armazones山的海拔高于3,000米,這里每年有300多個萬里無云的夜晚,晴空如洗,星空熠熠,空氣寒冷干燥,100多公里范圍內沒有來自城市等的光污染,是超大望遠鏡(ELT)的理想選址。然而,細小的沙漠塵埃對望遠鏡的精密設備構成潛在威脅,晝夜之間的巨大溫差也增加了運行難度。此外,智利是全球地震最活躍的地區之一,這意味著超大望遠鏡(ELT)必須在偶爾不穩定的地質環境中站穩腳跟。
因此,保證超大望遠鏡的穩定運行成為核心任務之一。即便是望遠鏡圓頂內最微弱的空氣湍流,都可能導致測量數據的失真。因此,其中一項安全措施是在打開大型圓頂門前的數小時內,通過調整圓頂內部溫度,以匹配外部環境溫度,從而確保觀測環境的穩定性。
用于激光導星系統的AHU
當圓頂打開時,激光系統將光束匯入到夜空中,以創建多達8顆人造導星,自適應光學系統將使用這些導星來測量大氣湍流并進行必要的校正。ELT產生的圖像將比哈勃太空望遠鏡產生的圖像清晰16倍。25年來,這家葡萄牙公司一直專注于為客戶的高要求應用定制專業化的空氣處理機組(AHU),例如智利的超大望遠鏡ELT。
在幕后,由Ocram設計的總計46臺空氣處理機組(AHU)將持續性提供恒定的潔凈空氣。這些空氣被調節至理想溫度,用于冷卻激光系統——盡管肉眼不能見到這些空氣 ,它們卻至關重要。因為即便是微小的溫度波動或細微的污染(如塵埃顆粒),都可能對ELT研究人員的觀測工作造成不可忽視的干擾。
因此,望遠鏡對通風系統及其組件(如風機)的要求極為復雜且嚴格。首先是設備的地理位置。在海拔3,000米的高度,這些裝置也必須保持高效可靠地運行,以確保提供準確的輸出和必要的風壓。同時,它們的性能不能因地震或沙漠沙塵堵塞過濾器而受到影響。
其次是ELT本身。這些通風系統將在極端環境中運行,由極其敏感的電子設備和傳感器組成。在任何情況下,這些系統都必須以絕對穩定的性能支持望遠鏡的運行。
高度專業化的即插即用解決方案
驗證、模擬、眾多計算表格、以及來自不同國家的利益相關方——設計這樣一個不同尋常的高端空氣處理機組(AHU)是充滿挑戰的,如何開發最初的風機解決方案同樣復雜。“風機有一些額外的組件,例如放置在外部的電容器,這使得布線工作更加繁瑣。”Ocram首席執行官Marco Lopes解釋道:“每在系統中增加一個附加組件都會帶來新的風險和挑戰。為此,我們希望找到一種能夠簡化工作的解決方案,因此我們聯系了依必安派特葡萄牙分公司。
Ocram概述了該方案的條件:首先是抗震、高空適應能力和絕對可靠性等技術要求,以及嚴格的交貨時間和高性價比。“這不是一個每天都會遇到的項目,”依必安派特葡萄牙董事總經理Nuno Pires說道:“但我們能夠調動所有的工程能力,這正是我們接受這一挑戰的原因。”
在德國總部Mulfingen的支持下,依必安派特成立了一個小型而靈活的團隊。“我們不會提供一堆零部件讓客戶自行組裝,而是會提供一個即插即用的完整解決方案,”Nuno Pires解釋道:“這個解決方案配備了所有必要的組件,客戶無需進行額外的安裝工作。”
主動式PFC和自動共振檢測
該解決方案包括將電容器集成到風機中。為了確保ELT的技術儀器得到有效保護,所有風機都配備了主動式PFC,以應對嚴格的電流諧波限值(最高為10%)。通過模擬,我們的實際數值最高為5%,顯著低于這一限值。為了確保系統的性能和運行可靠性,團隊設計了一個由6臺EC風機組成的FanGrid風墻。如果其中一個風機發生故障,剩余的5臺風機仍能提供必要的輸出。Nuno Pires表示:“我們還為這些風機配備了額外的裝置,以防止可能的共振或地震活動的影響。”
ELT配備了28組類似的FanGrid風墻單元。Marco Lopes表示:“依必安派特的表現令人印象深刻。憑借這一解決方案的卓越性能,我們從原來的大型AC風機更換為幾臺小型EC風機方案。”