CN102705179B - 微正压发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微正压发生装置，包括：循环空气风道，下端朝向风力发电机的功率部件设置热空气进口；新风风道，部分容纳在循环空气风道中，新风风道的下端设置有与塔筒外部连通的新风进风口。应用本发明技术方案的微正压发生装置，通过设置循环空气风道和容纳在循环空气风道中新风风道，利用烟囱效应，以风电机组内功率器件自身的耗散热量作为驱动力实现引入新风形成微正压。另一方面，本发明同时通过较长风道的设计，利用惯性碰撞、物理吸附及重力原理实现对外部新风中盐分的去除。由此提高了风力发电机组的可靠性，降低了维护难度。

Description

微正压发生装置

技术领域

本发明涉及风力发电机设备领域，具体而言，涉及一种微正压发生装置。

背景技术

当风力发电机组应用于潮间带及海上风电场时，其处在海洋性大气环境中。海洋性大气中富含盐分，盐分与潮湿空气结合形成的盐雾会对风电机组的金属结构部件产生腐蚀作用，同时也容易引起电气短路。如果不加以预防，会造成风电机组内机械结构部件的强度降低和电气设备损坏，增加故障率和维修成本，降低风电机组的可利用率和安全性。

出于避免盐雾腐蚀的考虑，海上及潮间带风力发电机组的重要部件应该尽量放置在密闭的塔筒或机舱内部。但是，风电机组中有较多的功率器件耗散出热量，全部放置在密闭的塔筒或机舱内部会提高对通风散热的要求；同时，为了避免盐雾空气偶尔从机组的间隙侵入，需要考虑在塔筒或机舱内部形成过压以阻止外部空气的进入。从这两个角度来讲，都需要从外部往塔筒或机舱内补充新风，以作为冷源，或形成内部正压力。通常的做法是，利用额外的风机从外部吸入空气，对外部空气中的盐雾进行过滤后补充到塔筒或机舱内部。这么做需要较大的通风量，额外的风机不仅需要消耗电力，而且过滤器工作条件恶劣，负荷大，直接导致过滤器寿命短，需要经常维护和更换，而对于海上及潮间带风机而言，受海上气象条件所限，频繁进入机组进行维护是十分困难的。

发明内容

本发明旨在提供一种微正压发生装置，以解决现有技术中风力发电机组应用于潮间带及海上风电场时，易受环境影响，可靠性低，维护困难的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种微正压发生装置，包括：循环空气风道，下端朝向风力发电机的功率部件设置热空气进口；新风风道，部分容纳在循环空气风道中，新风风道的下端设置有与塔筒外部连通的新风进风口。

进一步地，新风风道的长度大于循环空气风道的长度。

进一步地，新风风道上端的新风排气口的位置高于循环空气风道上端的热空气排气口的位置。

进一步地，新风排气口位于塔筒的顶端。

进一步地，热空气进口处设置第一轴流风机。

进一步地，新风风道上端的新风排气口处设置第二轴流风机。

进一步地，新风风道上端的新风排气口处设置过滤器。

进一步地，在新风进风口上覆盖百叶窗。

应用本发明技术方案的微正压发生装置，通过设置循环空气风道和容纳在循环空气风道中新风风道，利用烟囱效应，以风电机组内功率器件自身的耗散热量作为驱动力实现引入新风形成微正压。另一方面，本发明同时通过较长风道的设计，利用惯性碰撞、物理吸附及重力原理实现对外部新风中盐分的去除。由此提高了风力发电机组的可靠性，降低了维护难度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了包括本发明的微正压发生装置的风力发电机组；

图2示出了图1中新风进风口A处的放大图以及

图3示出了图1中B-B处的截面剖视图。

附图标记说明：

1-机舱；2-叶轮；3-塔筒；4-塔筒平台；5-基础平台；6-功率器件；7-热空气进口；8-第一轴流风机；9-循环空气风道；10-新风进风口；11-塔筒门；12-百叶窗；13-新风风道；14-热空气排气口；15-新风排气口；16-过滤器；17-第二轴流风机；18-轴流风机组合；19-循环空气回流孔

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明主要利用自然界存在的烟囱效应原理，以风电机组内功率器件自身的耗散热量作为驱动力，同时通过较长风道的设计，利用惯性碰撞、物理吸附及重力原理实现对外部新风中盐分的去除，以洁净空气形成塔筒和机舱内的微正压，使海上及潮间带风电机组机械部件与电气部件避免遭受盐雾腐蚀的影响，同时也充分利用两个“烟囱”之间的热交换加强了塔筒和机舱内部的散热。

图1中示出包括本发明的微正压发生装置的风力发电机组，图中以箭头示出了空气的流向。当风电机组正常运行时，变压器等功率器件6产生较高的热量，周围的空气受热上升进入一个循环空气风道9（“大烟囱”）形成烟囱效应。此处除了利用烟囱效应让热空气自然上升以外，可以在风道入口处设置第一轴流风机8以加强热风的引导。在循环空气风道9的内部，还设置了一个直径比较小的新风风道13（“小烟囱”）。此处新风风道13通过塔筒3上设置的新风进风口10与外界空气连通，在新风进风口10上设置百叶窗12用于防止异物进入风道。由于进入循环空气风道9的热空气温度很高，对包裹在其内部的新风风道13中的空气进行加热，在新风风道13内的空气受热上升形成另一个烟囱效应系统。优选地，循环空气风道9的长度h较短，可根据散热要求确定具体长度；新风风道13的长度H可以很长，长于循环空气风道9的长度h。新风风道13末端的新风排气口15可设置在塔筒的顶段内，末端新风排气口15上可以设置第二轴流风机17以加强形成微正压。由于烟囱效应形成的压差是与气体温差及高度成正比，而兆瓦级风机塔筒高度一般都比较高，所以新风风道13内烟囱效应形成的压差相当可观，足以驱动外部空气通过塔筒3下部设置的新风进风口10源源不断地进入风道内，由此末端新风排气口15的第二轴流风机17是可以取消的。

外部进入的空气可能是含有盐雾的，新风风道13的长度较长，气流在上升过程中不断与风道壁碰撞，由于气体与盐雾液滴的密度差异较大，在惯性与吸附作用下，大部分的盐雾液滴都可以从空气中分离出来并沉积在风道内壁上，达到一定量后在重力作用下排到外部。空气中残留的盐分（如果仍有盐分残余的话），可以在新风风道13上端的新风排气口15处再设置一个过滤器16以强化过滤效果。此处的过滤器16由于负荷小，工作寿命得以增加，维护和更换次数相应降低。

这样，通过新风风道13进入塔筒3内的空气通过自然过滤的方法去除了盐分，可以作为洁净空气被用于在塔筒内形成微正压。一旦塔筒3和机舱1内的微正压环境形成，外部带有盐雾的空气将难以从没有净化措施的缝隙进入塔筒3和机舱1内部，从而起到防止盐雾腐蚀的效果。

从上述技术实施过程中也可以看到，循环空气风道9中的进气温度很高，而引进外界空气的新风风道13内的空气温度较低，两股气流在各自的风道内上升过程中存在持续的热交换。直径较大的循环空气风道9内的热空气被冷却，上升动力降低，温度降至合理值后回流至发热的功率器件6所在腔室重新对发热器件进行冷却；直径较小的新风风道13内的冷空气被加热，上升动力增加，形成微正压的自然动力增加。新风风道13内的冷空气在上升过程中不断被加热及去除盐分，因此，从新风排气口15补充到塔筒3内部的空气不仅是洁净的，而且相对湿度远低于外部大气的相对湿度。

以上是本发明的发明原理，下面以本发明的一个实施例为例介绍本发明的结构。

如图1所示，风力发电机组包括机舱1，连接机舱1的叶轮2以及支撑机舱1和叶轮2的塔筒3。塔筒架设在基础平台5上，在塔筒3中设置有多层塔筒平台4，塔筒3的底部布置有变压器等功率器件6，在功率器件上方设置一个烟囱状的循环空气风道9，循环空气风道9的热空气进口7覆盖在功率器件6上方，将功率器件6加热的热空气引入风道，为了加强热风的引导，在热空气进口7处设置第一轴流风机8。在循环空气风道9的内部设置一个直径较小的烟囱状的新风风道13。

如图2所示，新风风道13通过设置在塔筒3底部外壁上的新风进风口10连通外界，在新风进风口10所在的塔筒侧壁上还设置有塔筒门11。为了防止异物进入风道，在新风进风口10上覆盖百叶窗12。

循环空气风道9的长度h短于新风风道13的长度H，循环空气风道9的顶端为热空气排气口14，经过与新风风道13热交换降温的空气从热空气排气口14重新回到塔筒3中，继续为功率器件6降温，为了加强降温效果，还可以在功率器件6底部设置轴流风机组合18为功率器件6吹风。新风风道13从热空气排气口14中伸出，进一步向上延伸，一直延伸到塔筒3顶部，在接近机舱1的最上一个顶段的位置设置新风排气口15，将新风排出。优选地，在新风排气口15处设置过滤器16和第二轴流风机17。

图3中示出了循环空气风道9，新风风道13和循环空气回流孔19穿过塔筒3和塔筒中的塔筒平台4的剖面示意图。从中可以看出循环空气风道9的直径大于新风风道13，循环空气风道9将新风风道13容纳其中，从循环空气风道9中排出的空气在经过循环空气回流孔19流回塔筒3底部。

从以上的描述中，可以看出，本发明的微正压发生装置实现了如下技术效果：

1）耗能低，可以通过功率器件所耗散出热量的再次利用来获得压差，以利于微正压的实现。

2）利用余热加强烟囱效应产生上升气流的同时，热空气包裹冷空气，两者发生仅产生热交换而不直接发生物质交换，加强了塔筒和机舱内部的散热效果。

3）充分利用外部气流上升过程中与风道内壁之间的惯性碰撞、物理吸附及自身重力作用，实现了对外部空气中大部分盐雾的过滤。

本发明特别适用于应用于潮间带及海上风电场的风力发电机组，也可以实施在类似的风力发电机组或类似设备中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (7)

1.一种微正压发生装置，设置在风力发电机的塔筒（3）中，其特征在于，包括：

循环空气风道（9），下端朝向所述风力发电机的功率部件（6）设置有热空气进口（7）；

新风风道（13），部分容纳在所述循环空气风道（9）中，所述新风风道（13）的下端设置有与所述塔筒（3）外部相连通的新风进风口（10）；

所述新风风道（13）的长度大于所述循环空气风道（9）的长度。

2.根据权利要求1所述的微正压发生装置，其特征在于，所述新风风道（13）上端的新风排气口（15）的位置高于所述循环空气风道（9）上端的热空气排气口（14）的位置。

3.根据权利要求2所述的微正压发生装置，其特征在于，所述新风排气口（15）位于所述塔筒（3）的顶端。

4.根据权利要求1－3中任一项所述的微正压发生装置，其特征在于，所述热空气进口（7）上设置第一轴流风机（8）。

5.根据权利要求1－3中任一项所述的微正压发生装置，其特征在于，所述新风风道（13）上端的新风排气口（15）处设置第二轴流风机（17）。

6.根据权利要求1－3中任一项所述的微正压发生装置，其特征在于，所述新风风道（13）上端的新风排气口（15）处设置过滤器（16）。

7.根据权利要求1－3中任一项所述的微正压发生装置，其特征在于，在所述新风进风口（10）上覆盖百叶窗（12）。

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