CN102128139A - 利用塔筒壁冷却的风力发电机 - Google Patents
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Abstract
一种利用塔筒壁冷却的风力发电机，属于风力发电技术领域。其其特征是在于包括设置于塔筒底部的冷却液箱（23），以及一端与冷却液箱进口相连另一端与所述回液管（2）相连的塔筒冷却器（18），上述冷却液箱出口经循环泵（21）与所述进液管（1）相连，上述冷却液箱（23）内还设置有加热器（22）；上述塔筒冷却器（18）为利用塔筒壁面进行散热的冷却通道。与现有的风力发电机冷却系统相比，具有换热能力强、体积小、质量轻、安装维修简便等突出优点。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种利用塔筒壁冷却的风力发电机，属风力发电技术领域。
背景技术
随着科学技术的进步和国家能源战略的调整，作为可再生能源利用的主要方式之一，风力发电已成为国家能源供应的重要组成部分，而单机容量MW级的风机，又是风电发展的主要趋势。由于发电功率的增加，单台风力机工作时的发热量也由原来的几十千瓦升高到几百千瓦，对冷却系统提出了日益苛刻的要求，并已成为阻碍风力发电机向更大容量发展的技术难题之一。虽然近几年风力发电机冷却技术的研究取得了很大的进展，一些新型的冷却方式也初步涌现，如专利ZL200610039658.9提出的采用蒸发循环冷却的风力发电机、专利ZL200610097464.4提出的集中冷却式风力发电机系统等，这些技术虽然解决了冷却能力的问题，但与传统液冷系统一样，设备的体积十分庞大，给机舱架高、承重、运输、安装、维修都带来极大的困难。在保证良好散热的基础上，如何减小冷却系统的质量和体积，尤其是机舱的承重，是冷却系统设计必需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有换热能力强、体积小、质量轻、安装维修简便的利用塔筒壁冷却的风力发电机。
一种利用塔筒壁冷却的风力发电机，主要包括机舱罩、进液管、回液管、冷却液、低速轴、高速轴、齿轮箱、发电机、变流器、变压器、齿轮箱换热器、发电机换热器、变流器换热器、 变压器换热器、叶轮； 其特征是：还包括设置于塔筒底部的冷却液箱，以及一端与冷却液箱进口相连另一端与所述回液管相连的塔筒冷却器，上述冷却液箱出口经循环泵与所述进液管相连，上述冷却液箱内还设置有加热器；上述塔筒冷却器为利用塔筒壁面进行散热的冷却通道。
冷却液箱中设设置的加热器用于保证机组的可靠运行与极冷条件下的正常启动；其中所述的塔筒冷却器与传统的风力发电机冷却方式不同，塔筒冷却器极大程度地利用了塔筒的表面积进行散热，解决了机舱架高和台架承重的问题。
上述塔筒冷却器可以采用以下结构：由多层环形冷却通道及连接各层环形冷却通道连接管组成。
上述进液管的机舱段和塔筒段可以采用旋转接头连接，可保证机舱因风向变化旋转时冷却管路的关联。
上述机舱罩内还安装有用于实现机舱热平衡的射流冷却器；所述的用于维持机舱热平衡的射流冷却器，由射流喷口、射流冷却器箱体、软接头、离心风机、换热器、回风口组成，换热器与冷却液进液管、回液管相连，机舱内回风经换热器冷却后经射流喷口输送到机舱内部，从而维持机舱内部温度稳定并保证其均匀性。。
与现有的风力发电机冷却系统相比，具有换热能力强、可靠性高、体积小、质量轻、安装维修简便等突出优点。
附图说明
图1是利用塔筒壁冷却的风力发电机示意图；
图2是塔筒内部冷却通道结构示意图；
图3是冷却射流器示意图；
图中的标号名称：1.进液管，2.回液管，3.冷却液，4.机舱罩，5.射流冷却器，6.低速轴，7.高速轴，8.齿轮箱，9.发电机，10. 变流器，11.变压器，12.齿轮箱换热器，13.发电机换热器，14.变流器换热器，15.变压器换热器，16.叶轮，17.旋转接头，18.塔筒冷却器，19.台架，20.塔筒，21.循环泵，22.加热器，23.冷却液箱，24.进液端，25.环形冷却通道，26.出液端，27.环形冷却通道连接管，28.射流喷口，29.射流机组箱体，30.软接头，31.离心风机，32.换热器，33.回风口。
具体实施方式
根据图1所示，本发明中所述的利用塔筒壁冷却的风力发电机，一种利用塔筒壁冷却的风力发电机，主要包括进液管1、回液管2、冷却液3、机舱罩4、低速轴6、高速轴7、齿轮箱8、发电机9、变流器10、变压器11、齿轮箱换热器12、发电机换热器13、变流器换热器14、 变压器换热器15、叶轮16、旋转接头17、循环泵21；其特征是：还包括用于各发热部件散热的塔筒冷却器18和实现机舱热平衡的射流冷却器5；塔筒底部还设有冷却液箱23，冷却液箱中设有加热器22，用于保证机组的可靠运行与极冷条件下的正常启动；所述的冷却液箱23及其连接管路与机舱之间采用旋转接头17连接，从而保证机舱因风向变化旋转时冷却管路的关联。
风力发电机工作时，叶轮16在风力驱动下旋转，其转速通过低速轴6传递给齿轮箱8进行增速，经过增速的高速轴7与发电机9内部的转子联接，带动转子高速旋转并切割磁力线产生电势能，与此同时通过变流器整流和变压器变压，保证送到供配电系统的电力满足并网要求。在上述风力发电机组的工作过程中，齿轮箱8、发电机9、变流器10、变压器11会产生大量的热量，如果没有采取及时有效的冷却措施，当温度超过一定的范围后会引起烧毁的严重后果。为了确保这些部件在允许的工作温度范围内工作，保证发电机组安全运行，可在齿轮箱8、发电机9、变流器10、变压器11外部分别设置齿轮箱换热器12、发电机换热器13、变流器换热器14、变压器换热器15，由流经各换热器的冷却液将以上部件产生的热量带走，温度升高后的冷却液流经塔筒冷却器18与塔筒外部空气换热降温，降温后的冷却液随后汇聚于塔筒底部冷却液箱23，通过循环泵21将冷却液重新输送到机舱，对各发热部件进行下一轮的冷却，如此循环反复，从而保证风力发电机长期高效、稳定、安全的工作。其中塔筒冷却器由图2中的进液端24、环形冷却通道25、出液端26、环形冷却通道连接管27组成，冷却液首先经过进液端24分成两路进入环形冷却通道进行散热，再汇聚成一路流入环形冷却通道连接管27，从环形冷却通道连接管27流出后进入下层环形冷却通道，最后从出液端26流出环形冷却通道进入冷却液箱23开始下一个冷却循环。
需要指出的是，虽然各主要发热部件的热量由冷却液传递到舱外，但仍有部分热量不可避免通过结构传热面传入机舱，使得舱内空气温度升高，尤其在夏季恶劣工况下，通过外部太阳辐射经舱体传入机舱的热量，会进一步增加机舱的热负荷，如不采取有效的热平衡措施，会使得舱内局部区域热量积聚过多，导致温升过高引起系统运行故障。为此，通过设置射流冷却器5来实现机舱的热平衡，如图3所示射流冷却器5由射流喷口28、 射流机组箱体29、软接头30、离心风机31、换热器32、回风口33组成，如图1所示，射流冷却器5与冷却液进液管1、回液管2相连，机舱内回风经射流冷却器5中的冷换热器32冷却后经射流喷口28输送到机舱内部，从而维持机舱内部温度稳定并保证其均匀性。
在实际工作过程中，由于风场经常发生改变，为了更好的收集风能，机舱与叶轮的方需随之相应改变，为了保证冷却系统的正常工作，通过旋转接头17连接塔筒段输液管与机舱段输液管。在极冷条件下，为了实现机组的正常启动，可先通过开启冷却液箱内的加热器22对冷却液进行加热，待冷却液温度上升至许可工作范围后再开启机组，同时通过在冷却液箱上配备补液口及监测设备，为地面补液及监测提供了方便。
与目前采用水冷的风力发电机相比，利用塔筒壁冷却的风力发电机，将塔筒壁作为散热面，不需要在机舱外单独设置换热器，不仅节省了高空空间，也减轻了高空架高难度和塔架承重量。此外，随着单机容量的增加，塔架的高度也相应增加，可利用的塔筒表面积也随之增大，能够提供更大的换热能力满足发电容量增加对冷却的需求，从而为研制新一代大功率风力发电机奠定基础。
Claims (4)
1.一种利用塔筒壁冷却的风力发电机，主要包括机舱罩（4）、进液管（1）、回液管（2）、冷却液（3）、低速轴（6）、高速轴（7）、齿轮箱（8）、发电机（9）、变流器（10）、变压器（11）、齿轮箱换热器（12）、发电机换热器（13）、变流器换热器（14）、 变压器换热器（15）、叶轮（16）；其特征是：还包括设置于塔筒底部的冷却液箱（23），以及一端与冷却液箱进口相连另一端与所述回液管（2）相连的塔筒冷却器（18），上述冷却液箱出口经循环泵（21）与所述进液管（1）相连，上述冷却液箱（23）内还设置有加热器（22）；上述塔筒冷却器（18）为利用塔筒壁面进行散热的冷却通道。
2.根据权利要求1所述的利用塔筒壁冷却的风力发电机，其特征在于：上述塔筒冷却器（18）由多层环形冷却通道（25）及连接各层环形冷却通道连接管（27）组成。
3.根据权利要求1所述的利用塔筒壁冷却的风力发电机，其特征在于：上述进液管（1）的机舱段和塔筒段采用旋转接头（17）连接。
4.根据权利要求1所述的利用塔筒壁冷却的风力发电机，其特征在于：上述机舱罩（4）内还安装有用于实现机舱热平衡的射流冷却器（5）；射流冷却器（5）内部的换热器（32）分别与进液管（1）、回液管（2）相连。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110720 |