CN102220946A - 海上风力发电机组的冷却系统 - Google Patents

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冯自平
高日新
黄冲
何世辉
林用满
韩颖
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本发明公开了海上风力发电机组的冷却系统，包括有设置在机舱内的依次首尾连接并构成回路的循环泵、过滤装置、散热器、加热部件、三通电磁阀、膨胀罐；在所述散热器和加热部件之间连接的管路上依次设有温度检测装置、压力检测装置；还具有设置在海水中的海水冷却器，所述海水冷却器分别与三通电磁阀和膨胀罐连接，还包括有电控装置，其分别与温度检测装置、压力检测装置、加热部件、膨胀罐、循环泵电连接。由于海水温度低，海水的换热质量流量大，因此本发明中使用海水作为最终冷源的系统，与现有的以空气为冷源的系统相比，适应于更大容量的风力发电机组的发展与应用。由于海水冷却器浸泡在海水中，避免了现有冷却系统的空气换热器在长期使用过程中的盐雾腐蚀现象。

Description

海上风力发电机组的冷却系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其是涉及海上风力发电机组的冷却系统。
背景技术
风能是一种清洁的可再生能源，1996年以来，全球风电装机容量呈年均30％增长，2009年底超过1.58亿kW。我国风能装机容量0.25亿kW，占世界第二位。
风力发电机组运行时，在齿轮箱、发电机和变流控制器三大部件上会产生大量的热量。这些热量若不及时排走，将会使风力发电机组效率大大降低，乃至最终瘫痪。因此，配备性能优良、降温迅速的冷却系统，是保证风力发电机组长期、正常运转的不可或缺的重要措施。
目前，相当一部分的风力发电机组，是采用强制通风的方式，对三大发热部件进行直接冷却。这种方式在风电机组装机容量不大(kW级)，发热量相对较小的情况下，可以达到降温要求，对机组效率影响不大。
但目前，风电的装机容量正从kW级向MW级发展。更大的装机容量意味着发热量更大，冷却设备的性能在一定程度上决定了装机容量的大小。此时，直接通风冷却的方式再也不能达到机组的降温要求，必须使用液体循环冷却的方式。
现有的液体循环冷却系统大致如下：循环液将三大部件的热量带走，通过泵输送到外置的换热器。换热器为一般为空冷模式，具有一定速度的空气流在换热器外表面穿过，将流经换热器内部的循环液热量带走，降温后的循环液再回到发热部件，吸收热量，形成冷却循环。
这种冷却方式是以空气为最终冷源，由于空气的质量流量较小，因此冷却效果有限，在机组容量增大，发热量更大时，很难满足冷却要求。
同时，如果这种冷却系统用在海上风电机组，会带来更严重的问题。由于海面上的空气潮湿而且含有盐分，很容易就造成空冷换热器的腐蚀和损坏，寿命大大缩短。
我国可利用的风能储量约10亿kW，陆地的储量仅占25％，海上的储量占了75％，因此必须寻求一种真正适用于海水风电机组的、行之有效的冷却系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于海上风电机组的冷却系统。该冷却系统以海水作为冷源，循环液作为冷却介质，可以有效改善风电机组的冷却效果以及冷却系统的使用寿命。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：海上风力发电机组的冷却系统，包括有设置在机舱内的依次首尾连接并构成回路的循环泵、过滤装置、散热器、加热部件、三通电磁阀、膨胀罐；在所述散热器和加热部件之间连接的管路上依次设有温度检测装置、压力检测装置；还具有设置在海水中的海水冷却器，所述海水冷却器分别与三通电磁阀和膨胀罐连接，还包括有电控装置，其分别与温度检测装置、压力检测装置、加热部件、膨胀罐、循环泵电连接。
在所述膨胀罐上设有安全阀和气泵，所述电控装置通过气泵与膨胀罐连接。
所述的散热器外表面与齿轮箱、发电机和变流控制器等发热部件紧密接触，从而保证传热迅速。散热器内部设置有多个流道，以使循环液从中经过，把热量带走。流道内表面采用内螺纹或者内肋结构，以扩大换热面积、增强扰动，从而强化换热效果。
所述的海水冷却器外表面浸泡在海水中，内部设有多个流道。循环液在散热器部件吸收热量后，流经海水冷却器内部的流道，散发热量。海水冷却器外表面设计有鳍片，以增大换热面积和强化换热效果。
由于海水冷却器浸泡在海水中，避免了与空气接触可能造成的盐雾腐蚀隐患。
所述的膨胀罐可以释放或者储存能量，从而使整个冷却系统内部循环液的压力保持稳定。膨胀罐与安全阀、气泵等稳压辅助装置配合使用，当压力过高时，安全阀打开而泄压，压力不足时启动气泵增压。
所述的循环泵是整个冷却系统的动力源，通过循环泵的运转，循环液依次经过散热器、海水冷却器、膨胀罐、循环泵、过滤器等部件，把发热部件的热量带走，完成冷却过程。
所述的三通电磁阀是用于调节进入海水冷却器的循环液流量，从而维持循环液的温度在合适的范围内。
所述的过滤装置，主要是保证进入散热器的循环液的洁净度，使其不会由于含有杂质而堵塞管路。
所述的压力检测装置、温度检测装置是用于对系统的相关温度、压力参数进行检测，反馈系统的运行状况。
所述的电控装置是根据上述压力检测装置、温度检测装置所反馈的参数，对循环泵、气泵、电磁阀等部件进行调节控制，使系统高效、稳定运行。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、由于海水温度低，海水的换热质量流量大，因此本发明中使用海水作为最终冷源的系统，与现有的以空气为冷源的系统相比，具有更高的冷却效率，适应于更大容量的风力发电机组的发展与应用。
2、由于海水冷却器浸泡在海水中，避免了现有冷却系统的空气换热器在长期使用过程中的盐雾腐蚀现象。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明海水冷却器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1和图2所示，海上风力发电机组的冷却系统，包括有设置在机舱内的依次首尾连接并构成回路的循环泵1、过滤装置2、散热器3、加热部件6、三通电磁阀7、膨胀罐9；在散热器3和加热部件6之间连接的管路上依次设有温度检测装置4、压力检测装置5；还具有设置在海水中的海水冷却器8，海水冷却器8分别与三通电磁阀7和膨胀罐9连接，还包括有电控装置12，其分别与温度检测装置4、压力检测装置5、加热部件6、膨胀罐9、循环泵1电连接。
海水冷却器8包括循环液出口总管21、分流管22、循环液流道23、循环液进口总管25，循环液出口总管21与分流管22连接，分流管22分成多条支路分别与循环液流道23连接，循环液流道23另一端连接到循环液出口总管21，并在循环液流道23外表面上设有鳍片24。循环液从海水冷却器8的循环液进口总管25进入，通过分流管22分成多个流路后，进入海水冷却器8内部的多个的循环液流道23。循环液在流道流动时，通过流道外的鳍片将热量散发到海水中。冷却后的循环液最后经过循环液出口总管21流出海水冷却器，回到发热部件的散热器，继续循环吸热。
在膨胀罐9上设有安全阀10和气泵11，电控装置12通过气泵11与膨胀罐9连接。
本实施例工作过程如下，结合图1所示：在循环泵1的驱动下，循环液经过过滤装置2后，进入风电机组发热部件的散热器3，将其中的热量带走；然后经过三通电磁阀7，再进入海水冷却器8释放热量，最后循环液经过膨胀罐9后回到循环泵1，完成冷却循环。
电控装置12根据温度检测装置4(本实施例中选取温度计)的反馈信号，控制三通电磁阀7的开度以及加热部件6的开停。
电控装置12根据压力检测装置5(本实施例中选取压力表)的反馈信号，控制膨胀罐9的开停。
当膨胀罐内部压力过大时，安全阀10自动动作，进行泄压，确保系统运作安全可靠。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.海上风力发电机组的冷却系统，其特征在于：包括有设置在机舱内的依次首尾连接并构成回路的循环泵(1)、过滤装置(2)、散热器(3)、加热部件(6)、三通电磁阀(7)、膨胀罐(9)；在所述散热器(3)和加热部件(6)之间连接的管路上依次设有温度检测装置(4)、压力检测装置(5)；还具有设置在海水中的海水冷却器(8)，所述海水冷却器(8)分别与三通电磁阀(7)和膨胀罐(9)连接，还包括有电控装置(12)，其分别与温度检测装置(4)、压力检测装置(5)、加热部件(6)、膨胀罐(9)、循环泵(1)电连接。
2.如权利要求1所述的海上风力发电机组的冷却系统，其特征在于：在所述膨胀罐(9)上设有安全阀(10)和气泵(11)，所述电控装置(12)通过气泵(11)与膨胀罐(9)连接。
3.如权利要求1所述的海上风力发电机组的冷却系统，其特征在于：所述海水冷却器(8)包括循环液出口总管(21)、分流管(22)、循环液流道(23)、循环液进口总管(25)，循环液出口总管(21)与分流管(22)连接，分流管(22)分成多条支路分别与循环液流道(23)连接，循环液流道(23)另一端连接到循环液出口总管(21)，并在循环液流道(23)外表面上设有鳍片(24)。
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