风力发电机组散热系统、散热方法及风力发电机组与流程

文档序号:11112008
风力发电机组散热系统、散热方法及风力发电机组与制造工艺

本发明涉及冷却领域,特别是涉及风力发电机组散热系统、散热方法及风力发电机组。



背景技术:

风力发电机是将风能转换为机械功,机械功带动转子旋转,最终输出交流电的电力设备。风力发电机组在运行过程中,内部的部件,比如发电机、电气元件及动力装置等,会产生较多的热量,机舱内温度较高,需要及时散热。

目前本领域对散热问题做了多种研究和尝试,有些研究者在机舱和塔筒顶部设置空气换热器,通过与外界冷空气进行热交换,达到冷却机舱内空气的目的。该方法并未考虑对机头上轮毂内的发热部件进行散热的问题。还有些研究者在机舱内和外设置了配套使用的蒸发冷却压缩机、蒸发器和液冷-蒸发冷却复合换热器来冷却发电机,但是该冷却系统无法冷却风力发电机组轮毂内发热部件。总之,现有的散热方案都存在部分发动机机组内部分发热部件无法得到有效散热的问题。



技术实现要素:

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供风力发电机组散热系统、散热方法及风力发电机组,以解决风力发电机组内各发热部件均有效散热问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题,本发明提供一种风力发电机组散热系统,其包括:风机、设置于导流罩外壁上的一个以上的进风部和设置于机舱罩尾部的出风部;所述风机安装于所述进风部,所述进风部处于轮毂的前方。

在一些实施例中,优选为,风力发电机组散热系统还包括温度传感器,所述温度传感器设置于机舱罩内,所述温度传感器与控制器连接。

在一些实施例中,优选为,风力发电机组散热系统还包括:导风罩,所述导风罩设置于所述机舱罩的出风部。

在一些实施例中,优选为,所述导风罩与所述机舱罩铰接。

在一些实施例中,优选为,所述导风罩和所述机舱罩之间设置调节所述导风罩开度的伸缩连接杆,所述伸缩连接杆与控制器连接。

在一些实施例中,优选为,风力发电机组散热系统还包括蓄热结构,所述蓄热结构包裹于塔筒和所述机舱罩的外壁。

在一些实施例中,优选为,所述蓄热结构包括自外向内依次设置的太阳能吸收层和蓄热层。

在一些实施例中,优选为,所述风机和控制器进行无线连接。

在一些实施例中,优选为,所述风机包括:离心风机。

在一些实施例中,优选为,所述进风部设置于所述导流罩的前部和/或上部和/或下部。

在一些实施例中,优选为,所述进风部包括:风机支撑罩,其固定于所述导流罩外壁上,且连接所述风机;所述风机支撑罩内部为进风通道,所述进风通道的一端为进风口,另一端与导流罩内部连通。

在一些实施例中,优选为,所述进风口开向所述机舱罩的后部。

在一些实施例中,优选为,所述风机安装于所述风机支撑罩的进风口内。

本发明还提供了一种所述的风力发电机组散热系统的散热方法,其包括:

将外部空气自导流罩外壁上的进风部导入导流罩内;

将进入导流罩的空气分为两路,第一路空气自轮毂前端通孔向机舱罩内流动,第二路空气流入导流罩内壁和轮毂外壁的空间,进入发动机定子上绕组和转子上磁钢所在位置,并自机舱罩侧的气隙排出;

将所述第一路空气引入轮毂后,又将其分为两路,第一支路沿所述轮毂的内侧壁流动,进入发动机定子上绕组和转子上磁钢所在位置,并自机舱罩侧的气隙排出;第二支路穿过发动机轴承和底座,自机舱罩尾部的出风部排出。

在一些实施例中,优选为,所述的散热方法还包括:将塔筒外部的气体自塔筒下部进入塔筒内,并引导塔筒外部气体沿塔筒内部向上移动,穿过塔筒内组件后,自机舱罩尾部的出风部排出。

在一些实施例中,优选为,在所述将外部空气自导流罩外壁上的进风部导入导流罩内之前,所述的散热方法还包括:

检测机舱内温度T;

根据所述机舱内温度T控制风机的转速;

根据所述机舱内温度T控制机舱罩尾部的出风部导风罩的导风罩开度。

在一些实施例中,优选为,所述根据所述机舱内温度T控制风机的转速包括:

当机舱内温度T在自0℃升温至T1的过程中,所述风机的转速为N1;

当机舱内温度T自T1升温至T2的过程中,所述风机的转速为N2,N2≥N1;

当机舱内温度T自T2降温至T3的过程中,所述风机的转速为N2,T3

当机舱内温度T自T3降温至T4的过程中,所述风机的转速为N1。

当机舱内温度T

在一些实施例中,优选为,所述根据所述机舱内温度T控制机舱罩尾部的出风部导风罩的导风罩开度包括:

当机舱内温度T在自零度升温至T1的过程中,所述导风罩开度为0°;

当机舱内温度T自T1升温至T2的过程中,所述导风罩开度的函数为

当机舱内温度T自T2降温至T3的过程中,所述导风罩开度为180°,T3

当机舱内温度T自T3降温至T4的过程中,所述导风罩开度的函数为

当机舱内温度T

本发明还提供一种风力发电机组,其包括所述的风力发电机组散热系统。

(三)有益效果

本发明提供的技术方案,在导流罩的外壁设置进风部,且进风部处于轮毂的前方,风机将风力发电机组外部的空气卷入进风部,在进风部内形成正压气流,正压气流向导流罩内流动,经过导流罩和轮毂的引流,部分气流在导流罩内壁和轮毂外壁之间的空间内流动,到达发动机定子上绕组和转子上磁钢所在位置,及定子下绕组和转子下磁钢所在位置,对其降温后自机舱罩侧的气隙排出,部分气流自轮毂前端的通孔继续向后流动,进入轮毂后,又分流,其中一个分支沿轮毂的内侧面流动,导到发动机定子上绕组和转子上磁钢所在位置,及定子下绕组和转子下磁钢所在位置,对其降温后自机舱罩侧的气隙排出;另外一个分支,穿过发动机轴承和底座,自机舱罩尾部的出风部排出。如此,经过气流的正压导入,及在机组内的分流,对机组内各部件进行降温,提高了降温的效率和效果。

附图说明

图1为本发明一个实施例中风力发电机组散热系统的结构示意图;

图2为本发明一个实施例中温度变化和转速的曲线示意图;

图3为本发明一个实施例中温度变化和导风罩开度的曲线示意图。

图中:

1、塔筒;

2、蓄热结构;

3、导风罩;

4、机舱罩;

5、轴承;

6、发电机;

7、轮毂;

8、离心风机;

9、风机支撑罩;

10、导流罩;

11、气隙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语"第一""第二""第三""第四"是为了清楚说明产品部件进行的编号,不代表任何实质性区别。"前""后"均以常规对产品结构认知为准。比如:导流罩所在方向为前,机舱罩所在方向为后。"上""下"均以附图所示方向为准。"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在现有技术中风力发电机组中部分发热部件无法得到有效散热的问题,本技术提供了风力发电机组散热系统、散热方法及风力发电机组。

下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。

一种风力发电机组散热系统,如图1所示,其包括:风机、设置于导流罩10外壁上的一个以上的进风部和设置于机舱罩4尾部的出风部;风机安装于进风部,进风部处于轮毂7的前方。

为了对发电机6内发热部件进行有效降温,本实施例在导流罩10上开设新的进风部,比如:导流罩10的前端、导流罩10的侧壁(上侧壁、下侧壁、左侧壁、右侧壁等)。无论在哪个方位,基于进风部处于轮毂7的前方,当空气进入导流罩10之后,会通过轮毂7和导流罩10的位置关系进行分流、导流,进入导流罩10的空气分为两路,第一路空气自轮毂7前端通孔向机舱罩4内流动,第二路空气流入导流罩10内壁和轮毂7外壁的空间,进入发动机定子上绕组和转子上磁钢所在位置,并自机舱罩4侧的气隙11排出;第一路空气引入轮毂7后,又将其分为两路,第一支路沿轮毂7的内侧壁流动,进入发动机定子上绕组和转子上磁钢所在位置,并自机舱罩4侧的气隙11排出;第二支路穿过发动机的轴承5和底座,自机舱罩4尾部的出风部排出。如此,对各发热部件均进行降温处理,降温效果更佳有效。

其中,机舱罩4一方面用于支撑机舱内部分部件,另一方面用于保护机舱内的部件和人员不受风、雨、雪、盐雾、紫外线辐射等外部环境因素的侵害。

风机设置于进风部,可以直接推动气体进入导流罩10内,对后续空气在导流罩10、轮毂7的分流形成正向推动作用,促使正压气体向各空间内流动。现有技术中,通常在出风部设置风机,导致机舱罩4内为负压状态,气流在发电机6内基本为直线流动,强烈的负压作用下无法向其他空间(比如导流罩10内壁和轮毂7外壁之间的空间)流动,则无法对发动机定子、转子的相关结构进行有效降温。

另外,进风部可以设置多个,基于气流在风力发电机6内的均匀流动,优选提供多个进风部在垂直于导流罩10轴向的环线上均匀分布。当然,一些实施例中可以分别在导流罩10左侧壁、右侧壁的对称位置设置进风部。也可以在导流罩10上侧壁、下侧壁的对称位置设置进风部。

在一些实施例中,风机可为离心风机8或轴流风扇,优选离心风机8。因为离心风机8的作用力较大,特性曲线强,能够应对风量较大的情况,能抵抗强大风量的阻力。且在给风力发电机组提供冷却空气的同时,也使得发电机6和机舱内复杂的散热方式变得简单,从而也降低了散热系统的故障率。

现有技术中通常风机通过滑环(旋转体连通、输送能源与信号的电气部件)与控制器连接,在长期工作中,滑环旋转触点多,滑环容易磨损,造成信号故障或丢失。为了解决该问题,本实施例中风机和控制器进行无线连接,比如蓝牙连接、射频连接等。通过无线传输信号,省去信号线通过滑环传送,提高信号传输的可靠性和稳定性。

另外,针对发电机6内(机舱罩4内)的温度变化,需要不同的散热效果。有效采集机舱罩4内温度值,可通过该温度值进行风机的转速调控。因此,本散热系统在机舱罩4内设置了温度传感器,温度传感器与控制器连接,实时采集机舱罩4内温度值,并传递到控制器,由控制器进行相应的控制。

比如,如图2所示,在一些实施例中,

当机舱内温度T在自0℃升温至T1的过程中,风机的转速为N1;

当机舱内温度T自T1升温至T2的过程中,风机的转速为N2,N2≥N1;

当机舱内温度T自T2降温至T3的过程中,风机的转速为N2,T3

当机舱内温度T自T3降温至T4的过程中,风机的转速为N1。

当机舱内温度T

至于N1、N2、T1、T2、T3、T4的取值,本领域可以根据具体情况设定。本实施例只给出一种根据机舱内温度调整风机转速的思路方法。

在一些实施例中在机舱罩4的出风部设置了导风罩3,实现导风作用。解决极端气候下,机舱内聚集的高热量能够迅速散热出去,不会造成机舱内发热部件瞬间温度过高而影响可靠性和寿命。

另一方面,为了配合不同的散热效果,本实施例还对导风罩3开度进行了有效的设计,导风罩3与机舱罩4铰接。当需要较强散热时,导风罩3开度增大,快速流动的散热空气也会吹动导风罩3增加开度,增大散热空气的排出口,减少排出阻力,当需要将低散热时,导风罩3开度减小,甚至关闭,减弱散热空气的排出速度。

为了对导风罩3开度进行有效控制,导风罩3和机舱罩4之间设置调节导风罩3开度的伸缩连接杆,伸缩连接杆与控制器连接。实现根据机舱罩4内温度值智能控制导风罩3开度。智能的导风罩3能根据机舱内温度的情况,自动开启并能调节开度,使得机舱内温度保持在一定安全的温度水平。伸缩连接杆可通过液压或电力进行驱动。

比如,如图3所示,在一些实施例中:

当机舱内温度T在自零度升温至T1的过程中,导风罩3开度为0°;

当机舱内温度T自T1升温至T2的过程中,导风罩3开度的函数为

当机舱内温度T自T2降温至T3的过程中,导风罩3开度为180°,T3

当机舱内温度T自T3降温至T4的过程中,导风罩3开度的函数为

当机舱内温度T

在其他情况下,将塔筒1和机舱罩4的外壁包裹蓄热结构2,蓄热结构2采用低沸点的液体。在太阳照射情况下,用于吸收太阳能,通过相变将太阳能存储为热能,避免太阳照射塔筒1、机舱罩4,以减小机舱罩4内发热部件、塔筒1内电控柜体、线缆等的温度。解决机组在夏天白天因为太阳辐射导致机组内温度过高,晚上温度太低机组内凝露的问题,也解决了机组在冬天温度过低,风电机组不能启动,还需要启动加热器给机组加热而浪费能源等问题。以塔筒1为例,具体来说,在天冷的情况下,蓄热结构2释放热量,对塔筒1进行加热,提高塔筒1内电控柜体、线缆等温度,保障正常运转。为此,在一些实施例中,蓄热结构2包括自外向内依次设置的太阳能吸收层和蓄热层。达到隔热储存热量及释放热量的作用,减少了机组能量的消耗。

基于上述各种实施例中的设计,下面对基础设计中的进风部进行具体说明。进风部包括:风机支撑罩9,其固定于导流罩10外壁上,且连接风机,风机通过风机支架固定于风机支撑罩9上,风机支撑罩9通过螺栓固定于导流罩10外壁上。风机支撑罩9内部为进风通道,进风通道的一端为进风口,另一端与导流罩10内部连通。尤其,风机安装于风机支撑罩9的进风口内,将外界空气卷入风机支撑罩9内,且受到风机支撑罩9的保护,避免外界物体的冲击。

为了尽可能减少空气流动的阻力,在空气通过风机支撑罩9进入导流罩10时形成较小涡流,方便后续分流,风机支撑罩9的罩壁呈流线式弧形,且内壁尽可能光滑。

另外,考虑到如果进风口向前开,对着风开口,一旦风力加大,容易造成风机倒转,烧毁,即便风力小的情况下,也会增加机载负荷。因此,将进风口开向机舱罩4的后部,通过风机将外部空气卷入风机支撑罩9内,然后正压气流直接流入导流罩10,并分流。

利用上述风力发电机组散热系统进行散热的方法主要是外部空气进入风力发电机组后的流向,以及风力发电机组的散热系统控制方法,具体包括:

将外部空气自导流罩10外壁上的进风部导入导流罩10内;

将进入导流罩10的空气分为两路,第一路空气自轮毂7前端通孔向机舱罩4内流动,第二路空气流入导流罩10内壁和轮毂7外壁的空间,进入发动机定子上绕组和转子上磁钢所在位置,并自机舱罩4侧的气隙排出;

将第一路空气引入轮毂7后,又将其分为两路,第一支路沿轮毂7的内侧壁流动,进入发动机定子上绕组和转子上磁钢所在位置,并自机舱罩4侧的气隙排出;第二支路穿过发动机轴承5和底座,自机舱罩4尾部的出风部排出。

在对塔筒1内柜体和线缆及机舱内发热部件进行散热中,一方面蓄热结构2吸收外部太阳能,蓄热,避免太阳能照射塔筒1和机舱罩4,促使柜体和线缆及其他发热部件温度升高,不升温的情况下就是一种降温。另一方面塔筒1内、机舱罩4内温度较低时,蓄热结构2放热,加热塔筒1,提高柜体和线缆及其他发热部件温度,促使正常工作。

另外,柜体和线缆的问题依然很高的情况下,自塔筒1的下部设置进风口,将塔筒1外部的气体自塔筒1下部进入塔筒1内,并引导塔筒1外部气体沿塔筒1内部向上移动,穿过塔筒1内组件后,自机舱罩4尾部的出风部排出。塔筒1外部的气体在流动过程中可以对流经的发热部件进行降温。

而且,在将外部空气自导流罩外壁上的进风部导入导流罩内之前,还包括:

检测机舱内温度T;

根据机舱内温度T控制风机的转速;

根据机舱内温度T控制机舱罩尾部的出风部导风罩的导风罩开度。

其中,根据机舱内温度T控制风机的转速包括:

当机舱内温度T在自0℃升温至T1的过程中,风机的转速为N1;

当机舱内温度T自T1升温至T2的过程中,风机的转速为N2,N2≥N1;

当机舱内温度T自T2降温至T3的过程中,风机的转速为N2,T3

当机舱内温度T自T3降温至T4的过程中,风机的转速为N1;

当机舱内温度T

其中,根据机舱内温度T控制机舱罩尾部的出风部导风罩的导风罩开度包括:

当机舱内温度T在自零度升温至T1的过程中,导风罩开度为0°;

当机舱内温度T自T1升温至T2的过程中,导风罩开度的函数为

当机舱内温度T自T2降温至T3的过程中,导风罩开度为180°,T3

当机舱内温度T自T3降温至T4的过程中,导风罩开度的函数为

当机舱内温度T

结合图1的风力发电机组散热系统的具体实施过程为:

1、机舱内空气温度较低时(T

2、导流罩10内正压的冷空气分成两路,一路(图中用[1]标出)通过导流罩10和轮毂7之间的空间,再通过发电机6转子支架上的孔进入发电机6的气隙11内,冷却发电机6的转子磁钢和定子上的绕组。另外一路(图中用[2]标出)进入轮毂7,再分成两路,一路(图中用[2-1]标出)通过发电机6的转子支架上的孔进入发电机6内,风穿过转子支架后进入定子支架上的风道径向流动进入气隙11,从而达到冷却发电机6定子上绕组和转子上磁钢的目的,轮毂7内的另外一路(图中用[2-2]标出)则往后流动,经过动轴孔进入底座,达到冷却发电机6轴承和底座内可能的电控元器件的目的,然后进入机舱,达到冷却机舱内发热部件的目的,最后通过机舱尾部的导风罩3将被加热了的空气排到外界。

3、机舱内空气温度较高时(T≥T1),控制系统给离心风机8发指令,离心风机8以高转速(N2)旋转,大量的外界冷空气被打入风机支撑罩9,风机支撑罩9形成较大的正压,空气在较大的正压下进入导流罩10,这样导流罩10内有大量的空气进入发电机6的气隙11,从而加快冷却发电机6转子上磁钢和定子上绕组。一部分风空气进入轮毂7,通过转子支架和定子支架上的孔主要冷却发电机6定子上绕组,被转子上磁钢和定子上绕组加热了的空气,通过发电机6机舱侧的缝隙排到外界。这时机舱尾部的导风罩3也在主控系统的控制下,打开来减小空气流动的阻力,从而加快了来自底座和机舱内的空气流动,从而加快了发电机6轴承、底座内可能存在的电控元器件和机舱内发热部件的目的。

4、当机舱内温度达到极限运行温度T2时,为了保护机组内的部件不因极端温度而出现故障,风电机组停止运行,离心风机8仍以高速N2旋转直到机舱内温度降到T3。

5、当机舱内空气温度降低下来(T

一旦机舱内空气温度降到比较低时(T

6、塔筒内被电缆或其他发热部件加热了的空气将在烟囱效应的作用下,往上升,进入底座和机舱,也通过机舱尾部的导风罩3排到机舱外部,也使得塔筒1内的发热部件得到了有效的冷却。

7、机舱外部和塔筒1外部安装的蓄热系统2能够有效的隔热,使得机舱和塔筒1内免受太阳的辐射热,从而避免了太阳对机舱和塔筒1内加热的效果,并能将太阳的辐射热储存起来。一旦机舱内空气温度很低时(T

为了对技术进行更全面的保护,本实施例还提供了包括上述风力发电机组散热系统的风力发电机组。

本发明实施例的优点为:

1、通过在导流罩安装智能离心风机,达到了既能向机组内提供冷却空气的效果,又省去了复杂的发电机和风电机组复杂的散热系统的技术效果;

2、通过采用智能离心风机,达到了省去信号线通过滑环传送的技术效果,降低了滑环的故障率,使得信号传输更可靠和稳定;

3、通过机舱罩外表面和塔筒外表面设计蓄热系统,既能避免机舱和塔筒内避免太阳辐射的热,同时能吸收太阳辐射的热,也能在机舱和塔筒内温度较低时释放热能功能,达到了既能隔热又能储热同时还能放热的效果;

4、通过在机舱顶部设计了温度传感器和机舱尾部设计了智能导风罩,达到了能根据机舱内温度自动开启导风罩的开度的技术效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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