CN102493927B - 风力发电机组的散热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力发电机组的散热结构，其特征在于，包括内部设置有多个电气设备的至少一个塔筒以及用于支撑所述至少一个塔筒的至少一个桩体，其中，所述塔筒内部被隔板划分而形成塔筒送风通道和塔筒回风通道，所述桩体的内部也设置有与所述塔筒送风通道及塔筒回风通道分别连通的桩体送风通道和桩体回风通道，且所述桩体送风通道和所述桩体回风通道仅在所述桩体的底部相互连通。

Description

风力发电机组的散热结构
技术领域
本发明涉及能够稳定地实施冷却的风力发电机组的散热结构。
背景技术
随着风力发电机组的兴起，各风机制造商越来越重视设置风力发电机组的周围环境对机组的影响。例如，在设置于海洋的风力发电机组中，如何避免海面含盐雾的腐蚀性空气对机组内部设备的腐蚀，如何解决海面空气相对湿度比较大等问题，这是海洋环境对风机不利的影响，但是海洋环境也有其可以利用的一面，除了海上风资源丰富，海水大蓄热能力的特性决定了海水温度在一年四季中在一个很小的范围内变化，有记录的夏季海水最高温度为28～29℃，因此海水可以作为风力发电机组的稳定的冷源。
目前风力发电机组发热设备采用的冷却系统主要为空气-空气冷却系统和液体-空气冷却系统，这两种冷却系统都要借助庞大的散热器将热量通过外界空气带走，需要非常大的设备投入如庞大的散热器、大功率的风扇及其控制系统，所需代价高昂，其中液体-空气冷却系统的液体侧设计非常复杂且稳定性不佳，在风力发电机组运行过程中经常会出现因冷却系统故障而导致的停机。
关于风力发电机应用海水冷却的专利有中国科学院广州能源研究所申请的公开号为CN102220946A的专利。这项专利的思路是把带有鳍片结构的散热器直接浸泡在海水中，散热器内部走循环液，利用海水的低温给循环液提供冷却功能，如图1所示。但是，这种只是把散热器泡在海水中进行散热的有如下问题：虽然放在海水中能够避免海面空气中的盐雾对散热器的腐蚀作用，但是海水本身也有腐蚀作用；另外，散热器浸泡在海水中较长时间后表面会生产微生物，这些不断累积的微生物会充满散热器的鳍片，这种情况下依靠鳍片进行散热的散热器基本处于失效状态。
另一项与风力发电机组的散热有相关性的专利是Enercon(德国)提出的专利号为US6676122B1的美国专利。它利用风力发电机的塔筒作为散热器，塔筒内壁面走热空气，外界环境中的空气以一定风速流经塔筒，通过塔筒壁的导热来冷却塔筒内的热空气，如图2所示。但是，这种散热方式也有缺陷，即，因为塔筒壁只有在夜间才能确保是完全的冷源，白天时由于太阳辐射的存在，塔筒壁会有一接近一半的面积处于太阳辐射下，而根据本领域的经验，在太阳辐射下的塔筒壁面温度非常高，这种情况下塔筒壁面不能为流经的热空气提供冷却作用。
发明内容
本发明是为了解决以上的问题而提出的，其目的在于提供一种能够稳定地对风力发电机组进行冷却的风力发电机组的散热结构。
为了达到上述目的，本发明提供的一种风力发电机组的散热结构，其特征在于，包括内部设置有多个电气设备的至少一个塔筒以及用于支撑所述塔筒的至少一个桩体，其中，所述至少一个塔筒内部被隔板划分而形成塔筒送风通道和塔筒回风通道，所述桩体的内部也设置有与所述塔筒送风通道及塔筒回风通道分别连通的桩体送风通道和桩体回风通道，且所述桩体送风通道和所述桩体回风通道仅在所述桩体的底部相互连通。
而且，还包括连接所述至少一个塔筒和各个桩体的支撑架以及连接各个桩体并与所述至少一个塔筒连接的横梁，且所述支撑架的内部形成有与所述塔筒送风通道和所述桩体送风通道连通的支撑架送风通道，所述横梁的内部形成有与所述塔筒回风通道和所述桩体回风通道连通的横梁回风通道。
优选地，在所述塔筒送风通道的入口处设置有送风静压箱，以用于将所述塔筒内的电气部件产生的热空气集中起来供应至各个所述桩体。
优选地，所述横梁的与所述至少一个塔筒连接的部位还设置有回风静压箱，以用于将经过冷却的空气集中起来供应至塔筒内的电气部件。
优选地，所述塔筒内送风通道具备多个，且每一个塔筒通道与每个电气设备对应。
优选地，所述隔板为金属薄板。
优选地，所述桩体送风通道由两个隔板设置在所述桩体的中部，从而在该桩体送风通道的两侧分别形成有一个桩体回风通道。
优选地，所述桩体送风通道为一截面面积小于所述桩体的截面面积的金属管道，且该桩体送分通道设置于所述桩体内部的中央，从而所述桩体回风通道包围所述桩体送风通道。
根据本发明可具有至少一个以下的技术效果：
1)采用风力发电机组的基础结构作为散热器，散热面积庞大，且风力发电机组的发热设备无需额外的冷却系统，节省了大量空间，为机组内部的设备布局带来极大方便。
2)不需要增加额外的散热器即可为风力发电机组内部发热设备提供冷却功能，从而能够节省生产成本。
3)可减少冷却系统的部件，不需要液体-空气冷却系统也能够确保散热效率，同时还可以减少故障率，延长风机的使用寿命。
4)由于采用海水土壤等风力发电机组的周围环境进行冷却，因此冷源稳定可靠，冷却效果非常稳定。
附图说明
图1为现有的散热器冷却方式的示意图；
图2为现有的另一种风力发电机组的冷却方式的示意图；
图3为根据本发明的风力发电机组的俯视图；
图4为图3的风力发电机组的局部剖视图；
图5为根据本发明的风力发电机组散热结构的第一实施例的示意图；
图6为根据本发明的风力发电机组散热结构的第二实施例的示意图；
图7为根据本发明的风力发电机组散热结构的第三实施例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。在以下的各个实施例中，以具有六个桩体的风力发电机组为例进行说明，但是本发明并不局限于此，能够适用于各种型号的海水风力发电机组之中。
图3为根据本发明的风力发电机组的俯视图，图4为图3的风力发电机组的局部剖视图。
根据本发明的风力发电机组大致上包括塔筒1、支撑架2、桩体3以及横梁4。塔筒1的内部上侧设置有各种电气设备(例如，发电机、变流器、变压器等)。支撑架2的一端连接于塔筒1，另一端连接在桩体3，且各个支撑架2形成倾斜的状态，以支撑塔筒1。本发明中，支撑架2的内部与塔筒1的内部相互连通。而且，本实施例中，桩体3设置六个，如图3所示，形成六边形结构。所述桩体3被浸泡在海水中，因此其温度与海水温度相同。而且，各个桩体3之间通过横梁4形成连接。本发明中，桩体3与横梁4的内部相互连通。而且，横梁4与塔筒1的底部相互连通。
图5为根据本发明的风力发电机组散热结构的第一实施例的示意图。在本实施例中，塔筒1的内部空间被隔板(未图示)分为两个通道，即塔筒回风通道5和塔筒送风通道6。而且，在本实施例中，桩体3的内部被隔板划分为桩体送风通道7和桩体回风通道8。优选地，所述塔筒1和桩体3的隔板为金属薄板。而且，桩体送风通道7和桩体回风通道8在桩体3的底部相互连通。并且，塔筒送风通道6、支撑架内部通道A以及桩体送风通道7相互连通而形成热空气移动路径；桩体回风通道8、横梁内部通道B以及塔筒回风通道5相互连通而形成冷空气移动路径。而且，在本实施例中，在支撑架内部通道A的入口处还可以设置送风静压箱9，以用于将来自塔筒1上部的热空气集中起来送到桩体3。并且，在所述塔筒1的底部与各个横梁4连接的部位还可以设置回风静压箱10，以用于将来自桩体3的冷空气集中起来供应至塔筒1的上部。
如上构成的风力发电机组的散热结构的工作过程如下。在塔筒1的内部上侧的电气设备中产生的热空气经由送风静压箱9集中之后，通过支撑架内部通道A进入桩体送风通道7。此时，由于桩体7被浸泡在海水之中，因此热空气在桩体送风通道7的内部下降的过程中其温度逐渐下降。而且，由于桩体送风通道7与桩体回风通道8连通，因此经过一次热交换的空气再次进行热交换而变成冷空气。然后，从桩体3输出的冷空气进入横梁4内，并由设置在塔筒1底部的回风静压箱10集中并供应到塔筒1的内部上侧，从而冷却电气设备。
图6为根据本发明的风力发电机组散热结构的第二实施例的示意图。第二实施例与第一实施例的区别在于，塔筒1的内部被隔板(未图示)划分为多个通道，即具有对应于发热量较大的电气设备的数量的送风通道11、14(图中仅示出两个送风通道)和与回风通道12、13(图中仅示出两个回风通道)，而且第二实施例采用分散冷却的方式，即第二实施例中省略了第一实施例中的送风静压箱和回风静压箱。
根据本发明第二实施例的风力发电机组散热结构的工作方式如下。当设置于塔筒1内部上侧的某一电气设备工作时，其释放的热量通过与之对应的送风通道(例如，送风通道14)和支撑架内部通道A桩体送风通道15。在经过桩体送风通道15的过程中，热空气逐渐被冷却，并通过桩体3的下部进入桩体回风通道16。然后，被冷却的空气通过桩体回风通道16和塔筒回风通道13返回到所述电气设备而对其进行冷却。对于每个散热量大的电气设备单独进行冷却的优点在于冷却效率高、针对性强。
图7为根据本发明的风力发电机组散热结构的第三实施例的示意图。在本实施例中，桩体3的内部可以由桩体隔板分为三个通道，从而将中间的通道设置为桩体送风通道22，两侧的通道设置为桩体回风通道23。此时，桩体隔板可以是平面薄板，也可以是具有预定的曲率的曲面板。优选地，桩体隔板采用导热性能好的金属薄板。而且，在本实施例中，所述桩体送风通道22可以为截面面积小于桩体的截面面积的金属管道，且在桩体3的内部设置在中央位置，从而被桩体回风通道23包围。在本实施例中，将桩体送风通道22设置在桩体的中央部位的目的在于进一步提高热风的冷却效率。即，热空气通过桩体送风通道22下降的过程中，被两侧的冷空气进行冷却，由此能够进一步提高冷却效率。本实施例的风力发电机组的散热结构也可以采用如第一实施例的集中送风方式，即，可以在支撑架内部通道A的入口处设置送风静压箱，并在横梁内部通道B与塔筒1连接处设置回风静压箱。而且，本实施例的风力发电机组的散热结构也可以采用分散送风方式，即，可以对应设置在塔筒1内部的散热量较大的电气设备的数量将塔筒1内的送风通道和回风通道的分为多个，以分别对应于每个电气设备。
虽然在上面的各个实施例中，以风力发电机组具备支撑架和横梁时的情况为例进行了说明，但是本领域技术人员应知，在没有设置支撑架和横梁的风力发电机组中也可以适用本发明。而且，毋庸置疑，也可以利用散热器替代上述各个实施例中的桩体。
而且，本领域技术人员应知，本发明不仅适用于设置在海洋的风力发电机组，还适用于设置在湖泊、陆地等的风力发电机组。即，只要是设置风力发电机组的周围环境具有相对于风力发电机组的内部温度更低的大致恒定的温度，则都可以适用本发明实施对风力发电机组的冷却。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (7)

1.一种风力发电机组的散热结构，其特征在于，包括内部设置有多个电气设备的至少一个塔筒以及用于支撑所述至少一个塔筒的至少一个桩体，
其中，所述至少一个塔筒内部被隔板划分而形成塔筒送风通道和塔筒回风通道，所述桩体的内部也设置有与所述塔筒送风通道及塔筒回风通道分别连通的桩体送风通道和桩体回风通道，且所述桩体送风通道和所述桩体回风通道仅在所述桩体的底部相互连通，电气设备中产生的热空气在桩体送风通道和桩体回风通道中被冷却，
所述散热结构还包括连接所述至少一个塔筒和各个桩体的支撑架以及连接各个桩体并与所述至少一个塔筒连接的横梁，且所述支撑架的内部形成有与所述塔筒送风通道和所述桩体送风通道连通的支撑架送风通道，所述横梁的内部形成有与所述塔筒回风通道和所述桩体回风通道连通的横梁回风通道。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组的散热结构，其特征在于，在所述塔筒送风通道的入口处设置有送风静压箱，以用于将所述塔筒内的电气部件产生的热空气集中起来供应至各个所述桩体。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组的散热结构，其特征在于，所述横梁的与所述至少一个塔筒连接的部位还设置有回风静压箱，以用于将经过冷却的空气集中起来供应至塔筒内的电气部件。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组的散热结构，其特征在于，所述塔筒内送风通道具备多个，且每一个塔筒送风通道与每个电气设备对应。
5.根据权利要求1或4所述的风力发电机组的散热结构，其特征在于，所述隔板为金属薄板。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力发电机组的散热结构，其特征在于，所述桩体送风通道由两个设置在所述桩体的中部的隔板所形成，从而在该桩体送风通道的两侧分别形成有桩体回风通道。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的风力发电机组的散热结构，其特征在于，所述桩体送风通道为一截面面积小于所述桩体的截面面积的金属管道，且该桩体送风通道设置于所述桩体内部的中央，从而所述桩体回风通道包围所述桩体送风通道。
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