CN102297099A - 采用空气循环系统自冷却的风力发电机及其冷却方法 - Google Patents

采用空气循环系统自冷却的风力发电机及其冷却方法 Download PDF

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Abstract

一种采用空气循环自冷却的风力发电机及其冷却方法，属风力发电技术领域。该风力发电机依次包括叶轮（1）、低速轴（2）、一级齿轮箱（3）、高速轴（5）、发电机（9），还包括其他发热部件（12），还包括冷却系统；特征在于：上述冷却系统由二级齿轮箱（14）、第一传动轴（4）、压气机（6）、第二传动轴（7）、涡轮（8）、第三传动轴（19）、风扇（18）、补气嘴（17）、过滤器（16），储气罐（15）、用于给发电机（9）散热的第一散热器（10）、用于给其他发热部件（12）散热的第二散热器（11）、用于给压缩后气体散热的第三散热器（20）组成；与现有的风力发电机冷却系统相比，具有结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、安装维修简便等突出优点。

Description

采用空气循环系统自冷却的风力发电机及其冷却方法
所属技术领域
本发明涉及一种采用空气循环系统自冷却的风力发电机，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，风力发电已成为国家能源供应的重要组成部分，单机容量MW级的风机，已成为风电发展的主要趋势。风力机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、专利ZL200810195077.3提出的采用太阳能喷射式冷却的风力发电机等，这些技术虽能解决冷却能力的问题，但技术尚不够成熟，实施难度大，且与传统冷却系统一样，设备体积十分庞大，给机舱架高、承重、运输、安装、维修都带来极大的困难。在保证良好散热和系统可靠性的基础上，如何减小冷却系统的质量和体积，是冷却系统设计需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、安装维修简便的采用空气循环系统自冷却的风力发电机及其冷却方法。
一种采用空气循环自冷却的风力发电机，依次包括叶轮、低速轴、一级齿轮箱、高速轴、发电机，还包括其他发热部件，还包括冷却系统；特征在于：上述冷却系统由二级齿轮箱、第一传动轴、压气机、第二传动轴、涡轮、第三传动轴、风扇、补气嘴、过滤器，储气罐、用于给发电机散热的第一散热器、用于给其他发热部件散热的第二散热器、用于给压缩后气体散热的第三散热器组成；其中二级齿轮箱与所述一级齿轮箱啮合，压气机通过第一传动轴与二级齿轮箱相连，涡轮通过第二传动轴与压气机相连，风扇通过第三传动轴与涡轮相连；补气嘴经过过滤器与储气罐的补气口相连，储气罐的出气口与压气机的进气口相连，压气机的出气口与第三散热器的进口相连，第三散热器的出口与涡轮的进气口相连，涡轮的出气口分别与第一散热器、第二散热器的进口相连，第一散热器、第二散热器的出口再与储气罐进气口相连；上述第一散热器、第二散热器、第三散热器、风扇位于同一个风道内。
利用所述的采用空气循环系统自冷却的风力发电机的冷却方法，其特征在于包括以下过程：风力发电机工作时，叶轮在环境风驱动下旋转，其转速通过低速轴传递给一级齿轮箱进行增速，经过增速的高速轴与发电机内部的转子联接，带动转子高速旋转并切割磁力线产生电势能；在上述风力发电机组的工作过程中，发电机与其他散热部件会产生大量的热量；第一齿轮箱带动二级齿轮箱工作，二级齿轮箱通过第一传动轴与涡轮的一部分输出功通过第二传动轴共同提供压气机压缩气体所需功，涡轮的另一部分输出功通过第三传动轴传递给风扇；储气罐的气体经过压气机压缩后变成高温高压气体，经过第三散热器的散热作用冷却后，进入涡轮膨胀降温，再经过第一散热器、第二散热器冷却发电机与其他散热部件，升温后的气体再回到储气罐，依次循环；储气罐利用补气嘴及过滤器补气；上述第一散热器、第二散热器、第三散热器、风扇位于同一个风道内，利用风扇的抽吸作用强制对流.
所述的压气机或涡轮可以为多级。
采用空气循环系统自冷却的风力发电机，通过齿轮箱及传动轴的作用，引一部分外界风能至冷却系统，无需消耗外部电能，具有自冷却功能；与目前采用空冷与水冷的风力发电机相比，具有结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、安装维修简便的突出优点。
附图说明
图1是采用空气循环系统自冷却的风力发电机示意图；
图1中的标号名称：图1中的标号名称：图1中的标号名称：1、叶轮，2、低速轴，3、一级齿轮箱，4、第一传动轴，5、高速轴，6、压气机，7、第二传动轴，8、发电机，9、发电机，10、第一散热器，11、第二散热器，12、发热部件，13、环境风，14、二级齿轮箱，15、储气罐，16、过滤器，17、补气嘴，18、风扇，19、第三传动轴，20、第三散热器，21、风道。
具体实施方式
根据图1所示，本发明中所述的采用空气循环自冷却的风力发电机，依次包括叶轮1、低速轴2、一级齿轮箱3、高速轴5、发电机9，还包括其他发热部件12，还包括冷却系统；特征在于：上述冷却系统由二级齿轮箱14、第一传动轴4、压气机6、第二传动轴7、涡轮8、第三传动轴19、风扇18、补气嘴17、过滤器16，储气罐15、用于给发电机9散热的第一散热器10、用于给其他发热部件12散热的第二散热器11、用于给压缩后气体散热的第三散热器20组成； 其中二级齿轮箱14与所述一级齿轮箱3啮合，压气机6通过第一传动轴4与二级齿轮箱14相连，涡轮8通过第二传动轴7与压气机6相连，风扇18通过第三传动轴19与涡轮8相连；补气嘴17经过过滤器16与储气罐15的补气口相连，储气罐15的出气口与压气机6的进气口相连，压气机6的出气口与第三散热器20的进口相连，第三散热器20的出口与涡轮8的进气口相连，涡轮8的出气口分别与第一散热器10、第二散热器11的进口相连，第一散热器10、第二散热器11的出口再与储气罐15进气口相连；上述第一散热器10、第二散热器11、第三散热器20、风扇18位于同一个风道21内。与现有的风力发电机冷却系统相比，具有换热能力强、质量轻、可靠性高、安装维修简便等突出优点。
所述的采用空气循环系统自冷却的风力发电机的冷却方法，其特征在于包括以下过程：风力发电机工作时，叶轮1在环境风13驱动下旋转，其转速通过低速轴2传递给一级齿轮箱3进行增速，经过增速的高速轴5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，发电机9与其他散热部件12会产生大量的热量，如果没有适当的及时的冷却措施，当温度超过一定的范围后会引起烧毁的严重后果；第一齿轮箱3带动二级齿轮箱14工作，二级齿轮箱14通过第一传动轴4与涡轮8的一部分输出功通过第二传动轴7共同提供压气机6压缩气体所需功，涡轮8的另一部分输出功通过第三传动轴19传递给风扇18；储气罐15的气体经过压气机6压缩后变成高温高压气体，再经过第三散热器20的散热作用冷却，再进入涡轮8膨胀降温，再经过第一散热器10、第二散热器11为发电机9与其他散热部件12冷却，升温后的气体再回到储气罐15，依次循环；储气罐15利用补气嘴17及过滤器16补气；上述第一散热器10、第二散热器11、第三散热器20、风扇18位于同一个风道21内，利用风扇18的抽吸作用强制对流。采用空气循环系统自冷却的风力发电机，其特征在：所述的压气机6或涡轮8为多级。
采用空气循环系统自冷却的风力发电机，通过齿轮箱及传动轴的作用，引一部分外界风能至冷却系统，无需消耗外部电能，具有自冷却功能；与目前采用空冷与水冷的风力发电机相比，采用空气循环系统自冷却的风力发电机，冷却空气构成闭式系统，空气处理量小，无需进行大范围的除盐雾工作，节约能耗；系统采用压气机与涡轮联合工作实现制冷，可得到较大的温降，使得换热器冷热边温差增大，大大缩小了换热器尺寸与质量，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；空气循环冷却系统可集成工作，具有较高的可靠性和可调节性，为生产和维护带来方便。

Claims (3)

1.一种采用空气循环自冷却的风力发电机，依次包括叶轮（1）、低速轴（2）、一级齿轮箱（3）、高速轴（5）、发电机（9），还包括其他发热部件（12），还包括冷却系统；特征在于：
上述冷却系统由二级齿轮箱（14）、第一传动轴（4）、压气机（6）、第二传动轴（7）、涡轮（8）、第三传动轴（19）、风扇（18）、补气嘴（17）、过滤器（16），储气罐（15）、用于给发电机（9）散热的第一散热器（10）、用于给其他发热部件（12）散热的第二散热器（11）、用于给压缩后气体散热的第三散热器（20）组成；
其中二级齿轮箱（14）与所述一级齿轮箱（3）啮合，压气机（6）通过第一传动轴（4）与二级齿轮箱（14）相连，涡轮（8）通过第二传动轴（7）与压气机（6）相连，风扇（18）通过第三传动轴（19）与涡轮（8）相连；
补气嘴（17）经过过滤器（16）与储气罐（15）的补气口相连，储气罐（15）的出气口与压气机（6）的进气口相连，压气机（6）的出气口与第三散热器（20）的进口相连，第三散热器（20）的出口与涡轮（8）的进气口相连，涡轮（8）的出气口分别与第一散热器（10）、第二散热器（11）的进口相连，第一散热器（10）、第二散热器（11）的出口再与储气罐（15）进气口相连；
上述第一散热器（10）、第二散热器（11）、第三散热器（20）、风扇（18）位于同一个风道（21）内。
2.根据权利要求1所述的采用空气循环系统自冷却的风力发电机，其特征在：所述的压气机（6）或涡轮（8）为多级。
3.利用权利要求1所述的采用空气循环系统自冷却的风力发电机的冷却方法，其特征在于包括以下过程：
风力发电机工作时，叶轮（1）在环境风（13）驱动下旋转，其转速通过低速轴（2）传递给一级齿轮箱（3）进行增速，经过增速的高速轴（5）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；在上述风力发电机组的工作过程中，发电机（9）与其他散热部件（12）会产生大量的热量；第一齿轮箱（3）带动二级齿轮箱（14）工作，二级齿轮箱（14）通过第一传动轴（4）与涡轮（8）的一部分输出功通过第二传动轴（7）共同提供压气机（6）压缩气体所需功，涡轮（8）的另一部分输出功通过第三传动轴（19）传递给风扇（18）；
储气罐（15）的气体经过压气机（6）压缩后变成高温高压气体，经过第三散热器（20）的散热作用冷却后，进入涡轮（8）膨胀降温，再经过第一散热器（10）、第二散热器（11）冷却发电机（9）与其他散热部件（12），升温后的气体再回到储气罐（15），依次循环；
储气罐（15）利用补气嘴（17）及过滤器（16）补气； 
上述第一散热器（10）、第二散热器（11）、第三散热器（20）、风扇（18）位于同一个风道（21）内，利用风扇（18）的抽吸作用强制对流。
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