CN102751816B - 冷却器和风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷却器，用于风力发电机，包括第一承管板、第二承管板、冷却排管结构，第一承管板和第二承管板将冷却排管结构顺序分为第一部分、第二部分和第三部分，还包括：风扇、风扇驱动电机、导流板、第一风路开关和第二风路开关，其中，风扇设置在冷却器的内壁并对准第二部分，导流板设置在风扇的进风口处；第一风路开关连接在导流板与第一承管板之间，用于开启或断开第二部分与第一部分之间的风路，第二风路开关连接在导流板与第二承管板之间，用于开启或断开二部分与第三部分之间的风路。本发明的技术方案使冷却器实现了两种不同的工作状态，风力发电机可根据冷却器的不同工作状态输出两种极限功率。本发明还提供了一种风力发电机。

Description

冷却器和风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及冷却器及具有该冷却器的风力发电机。

背景技术

风力发电机作为新能源利用最常见的一种方式，近几年来得到飞速发展，风力发电机的单机功率得到提升。同时由于近几年风电机制造厂商的迅速崛起，对风机的性能和成本也提出了新的要求，在降低风机成本、提高风机性能这样一个大环境背景下，对风力发电机各部件的设计提出了新的要求。

由于风力发电机通过风能来驱动，而对于某一设计好的风力发电机而言，发电机的输出功率由吸收的风能决定，而风能是随时间变化的，所以发电机的输出功率也不是恒定的。

经对多个风场的风机运行数据进行分析，风机在风场的运行功率只有在20%以上时间的输出功率在额定功率的80%以上运行，而且是短时运行的。

风力发电机组中电机的出力大小与电机的冷却效果有直接的关系，对于双馈发电机而言，若将电机的运行功率提高1.3倍~1.5倍，在电磁性能上是允许的，在保证电机的机械性能的前提下，提升电机的输出功率就只与电机的冷却强度有关了。

因此，需要一种冷却技术，可以提高对电机的冷却效果，从而能够提高电机的输出功率。

发明内容

考虑到上述背景技术，本发明的一个目的是提供一种冷却器，可提高对风力发电机的冷却效果。

根据本发明的一个方面，用于风力发电机，包括第一承管板、第二承管板、冷却排管结构，所述第一承管板和所述第二承管板将所述冷却排管结构顺序分为第一部分、第二部分和第三部分，所述风力发电机的出风口连接至位于所述冷却器的第二部分下方的进风口，所述风力发电机的进风口连接至所述冷却器的出风口，来自所述风力发电机的热风进入所述第二部分，并分别穿过所述第一部分和所述第二部分，完成换热过程，还包括：风扇、风扇驱动电机、导流板、第一风路开关和第二风路开关，其中，所述风扇驱动电机用于驱动所述风扇，所述风扇设置在所述冷却器的内壁并对准所述第二部分，所述导流板设置在所述风扇的进风口处；所述第一风路开关连接在所述导流板与所述第一承管板之间，用于开启或断开所述第二部分与所述第一部分之间的风路，所述第二风路开关连接在所述导流板与所述第二承管板之间，用于开启或断开所述二部分与所述第三部分之间的风路，在所述第二部分分别与所述第一部分和所述第三部分之间的风路均断开时，进入所述第一部分的热风通过所述导流板与所述冷却器的内壁形成的风路，并穿过所述第一部分和所述第二部分，以完成换热过程。

在该技术方案中，在原风路上并联一路风路，并在增加的风路上增设了增压元件即风扇，通过风路开关的闭合和断开，实现了冷却器的两种工作状态，可以满足发电机的超负荷运行。

在上述技术方案中，优选的，所述第一风路开关和所述第二风路开关均包括挡风板。

在上述技术方案中，优选的，所述挡风板的形状与所述第一承管板和所述第二承管板的间隙形状相配合。

挡风板将第二部分分别与第一部分和第三部分之间的风路堵住，避免冷却风在冷却器内形成自循环风路，冷却风由于风扇的增压作用强制从增加的风路流过，从而增加了通过冷却器的风量。

在上述技术方案中，优选的，所述挡风板包括至少两段面板，所述至少两段面板通过轴承连接。

由于承管板具有一定的高度，因此挡风板也需具有一定的高度，在挡风板打开时，挡风板碰到冷却器内壁，从而不能完全打开，为了避免出现这个问题，可将挡风板设计成可折叠的结构。

在上述技术方案中，优选的，所述第一风路开关和所述第二风路开关还均包括支撑装置，用于支撑所述挡风板，使所述挡风板离开所述第一承管板和所述第二承管板，或使所述挡风板贴合所述第一承管板和所述第二承管板。

在上述任一技术方案中，优选的，所述支撑装置包括以下至少一种：蜗卷式弹簧、电机结构。

通过支撑装置来控制挡风板的动作，在支撑装置采用蜗卷式弹簧时，需要计算挡风板因自身重力在最高点时对旋转支点所产生的力矩，然后选用合适的蜗卷式恒压弹簧，使蜗卷式恒压弹簧产生的反向力矩正好与挡风板重量产生的力矩相等，这样挡风板正好处于一个平衡状态，保证风扇启动后，冷却风能吹得动挡风板并使其贴合承管板，堵住第二部分与第一部分及第三部分之间的风路。

在采用电机结构时，通过电机的转动来控制挡风板的打开或闭合，例如当需要闭合挡风板时，就释放连接至挡风板的钢丝，当需要打开挡风板时，就收缩该钢丝，而钢丝的释放和收缩则通过电机的转向来控制。

在上述任一技术方案中，优选的，还包括温度传感器，用于检测所述风力发电机的温度；控制器，接收来自所述温度传感器的温度信息并判断所述风力发电机的温度是否大于等于温度阈值，若大于所述温度阈值，则启动所述风扇驱动电机，所述档风板贴合所述第一承管板和所述第二承管板，否则，停止所述风扇驱动电机，所述档风板离开所述第一承管板和所述第二承管板。

当发电机的温度变高时，为了保证输出功率，则需要提高冷却器的冷却效果，因此启动风扇，增加风量，若发电机的温度不高，则不需要启动风扇，当前的冷却效果已经可以满足当前发电机的输出功率，因此，根据本发明的冷却效果适应了发电机的不同的状态，可输出两种极限功率，对于输出功率不恒定的风力发电机，可以通过低配来降低发电机的成本和体积，同时通过该冷却器来提高发电机的另一种极限功率，使发电机的输出功率与机组的额定功率相同。

在上述任一技术方案中，优选的，所述风扇与所述风扇驱动电机之间设置有风扇外盖，所述风扇外盖固定于所述冷却器的侧壁。

在上述任一技术方案中，优选的，位于所述冷却器外部的所述风扇驱动电机螺栓固定于所述风扇外盖。

根据本发明的另一方面，还提供了一种风力发电机，包括如上述任一技术方案中所述的冷却器。

通过对冷却器结构的巧妙设计，使冷却器实现两种不同的工作状态，且每种状态的风阻和风压不同；配用这种冷却器的发电机，可以根据冷却器的工作状态的不同而输出两种极限功率，对于输出功率不恒定的风力发电机，可以通过低配（发电机功率低于机组的功率）来降低发电机的成本和体积，同时通过这种新型冷却器的使用来提高发电机的另一种极限功率，使发电机超发后的功率与机组的额定功率相同；该冷却器中原风路不受影响，不改变原风路的运行风量，保证了电机能按额定设计输出相应的功率。

附图说明

图1示出了相关技术中冷却器的风路示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的冷却器的风路示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的冷却器的示意图；

图4示出了图3所示冷却器的A-A剖视图；

图5示出了根据本发明的实施例的承管板的示意图；

图6示出了根据本发明的实施例的挡风板的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

首先结合图1和图2来说明根据本发明的冷却器的设计思路。

如图1所示，对于常规冷却器，其风路只有单程风路即原风路100，因此冷却器的风阻是固定不变的。而对于根据发明的冷却器，如图2所示，通过结构上的改变，在原风路100的基础上外加了一并联风路，即新增风路200，并且在新增风路200中加设了一个增压元件202，并在原风路100中增加了一个与增压元件202关联的风路开关204。

根据本发明的冷却器通过增加的并联风路（新增风路200）、增压元件202、风路开关204可以实现冷却器的两种工作状态：一种是正常工作状态，风路开关204导通，冷却风根据冷却器自身的风阻压力进行分配，主要从原风路100流过；另一种是超负荷工作状态，启动新增风路200中的风扇，同时关闭风路开关204，避免冷却风在冷却器内形成自循环风路，冷却风由于风扇的增压作用，强制从并联风路流过，风量相对第一种状态要大很多，可以满足发电机的一种超负荷运行。

接下来结合图3至图6来详细说明根据本发明的实施例冷却器。

图3示出了本实施例的冷却器的整体示意图，从A-A方向剖开，可以看到如图4所示的剖视图。从图3中可以看出，增加了两个风扇驱动电机，应该理解，根据本发明的冷却器，增加的风扇数量不限。

如图4所示，根据本发明的实施例的冷却器包括第一承管板11、第二承管板12、冷却排管结构，第一承管板11和第二承管板12将冷却排管结构顺序分为第一部分（在图4中，即第一承管板11左边的部分）、第二部分（即第一承管板11和第二承管板12之间的部分）和第三部分（在图4中，即第二承管板12右边的部分），风力发电机（图中未示出）的出风口连接至位于冷却器的第二部分的下方的进风口，风力发电机的进风口连接至位于冷却器的第一部分和第三部分下方的出风口，这样，来自风力发电机的热风先进入第二部分，然后通过第一承管板11的间隙和第二承管板12的间隙分别穿过所述第一部分和所述第二部分，完成换热过程，经过热交换的气体介质从第一部分和第二部分的出风口流出并通过风力发电机的进风口进入该风力发电机，该冷却器还可以包括：风扇3、风扇驱动电机5、导流板10、第一风路开关1和第二风路开关（图中未示出，其位置与第一风路开关1对称），其中，风扇驱动电机5通过驱动轴6驱动风扇3，风扇3设置在冷却器的内壁并对准第二部分，导流板10设置在风扇3的进风口处；第一风路开关1连接在导流板10与第一承管板11之间，用于开启或断开第二部分与第一部分之间的风路，第二风路开关连接在导流板10与第二承管板12之间，用于开启或断开二部分与第三部分之间的风路，在第二部分分别与第一部分和第三部分之间的风路均断开时，进入第一部分的热风通过导流板10与冷却器的内壁形成的风路，并穿过第一部分和第二部分，以完成换热过程。

需说明的是，导流板10以下部分为冷却器的排管结构，与正常冷却器的结构相似或相同，主要按M型排管进行布置。

在该技术方案中，在原风路100上并联一路风路，并在增加的风路上增设了增压元件即风扇3，通过风路开关204（图1中的风路开关204包括第一风路开关1和第二风路开关）的闭合和断开，实现了冷却器的两种工作状态，可以满足发电机的超负荷运行。

优选的，第一风路开关1和第二风路开关均包括挡风板。

优选的，挡风板的形状与第一承管板11和第二承管板12的间隙形状相配合。

承管板的具体结构可参见图5，如图5所示，承管板中具有类似三角形的间隙，该间隙具有10度角。为了与该承管板的结构相配合，挡风板的结构设计成如图6所示的结构，如图6所示，伸出的挡板之间的角度也为10度角，正好可以将承管板的间隙堵住。

因此，挡风板可将第二部分分别与第一部分和第三部分之间的风路堵住，避免冷却风在冷却器内形成自循环风路，冷却风由于风扇的增压作用强制从增加的风路流过，从而增加了通过冷却器的风量。

优选的，如图6所示，挡风板包括至少两段面板，至少两段面板通过轴承连接。

由于承管板具有一定的高度，因此挡风板也需具有一定的高度，在挡风板打开时，挡风板碰到冷却器内壁，从而不能完全打开，为了避免出现这个问题，可将挡风板设计成可折叠的结构。

在上述技术方案中，优选的，第一风路开关1和第二风路开关还均包括支撑装置，用于支撑挡风板，使挡风板离开第一承管板11和第二承管板12，或使挡风板贴合第一承管板11和第二承管板12，即通过支撑装置来控制挡风板的动作。

优选的，所述支撑装置包括以下至少一种：蜗卷式弹簧、电机结构。

继续参见图4，在该图中，支撑装置采用了蜗卷式弹簧2。在支撑装置采用蜗卷式弹簧时，需要计算挡风板因自身重力在最高点时对旋转支点所产生的力矩，然后选用合适的蜗卷式恒压弹簧，使蜗卷式恒压弹簧产生的反向力矩正好与挡风板重量产生的力矩相等，这样挡风板正好处于一个平衡状态，保证风扇3启动后，冷却风能吹得动挡风板并使其贴合承管板，堵住第二部分与第一部分及第三部分之间的风路。

在采用电机结构时，通过电机的转动来控制挡风板的打开或闭合，例如当需要闭合挡风板时，就释放连接至挡风板的钢丝，当需要打开挡风板时，就收缩该钢丝，而钢丝的释放和收缩则通过电机的转向来控制。

优选的，该冷却器还可以包括温度传感器（图中未示出），用于检测所述风力发电机的温度；控制器，接收来自所述温度传感器的温度信息并判断所述风力发电机的温度是否大于等于温度阈值，若大于所述温度阈值，则启动风扇驱动电机5，档风板贴合第一承管板11和第二承管板12，否则，停止风扇驱动电机5，档风板离开第一承管板11和第二承管板12。

当发电机的温度变高时，为了保证输出功率，则需要提高冷却器的冷却效果，因此启动风扇，增加风量，若发电机的温度不高，则不需要启动风扇，当前的冷却效果已经可以满足当前发电机的输出功率，因此，根据本发明的冷却效果适应了发电机的不同的状态，可输出两种极限功率，对于输出功率不恒定的风力发电机，可以通过低配来降低发电机的成本和体积，同时通过该冷却器来提高发电机的另一种极限功率，使发电机的输出功率与机组的额定功率相同。

如图4所示，优选的，风扇3与风扇驱动电机5之间设置有风扇外盖4，风扇外盖4通过外盖螺栓8固定于所述冷却器的侧壁。

优选的，位于冷却器外部的风扇驱动电机5螺栓固定于该风扇外盖4。

为了便于拆卸，在冷却器的侧壁设置有一顶板，该顶板用于固定整个风扇3和风扇驱动电机5，该顶板通过顶板螺栓9固定在冷却器的侧壁上，这样可以方便安装和拆卸风扇3和风扇驱动电机5，同时又能形成新的风路。

从上述描述可知，图2中增压元件202是由风扇3和风扇驱动电机5组成，其工作时，风扇驱动电机5通电，风扇3旋转产生离心压力，使风扇3的出口和进口产生风压差，让风路产生并联效果，增加风路的风量。

图2中的风路开关204由挡风板和蜗卷式弹簧2组成，其主要作用是用来开启和关断冷却风在冷却器结构中的原风路。

因此，根据本发明的冷却器分两种工作状态：1）风路开关打开的工作状态，此时风扇3不工作，蜗卷式弹簧2将挡风板拉至最顶端处，如图4所示的位置；2)风路开关闭合的工作状态，此时风扇3开启，挡风板因受到冷却风机吹出的冷却风的作用，向下旋转，直至与承管板重合。活动挡风板的主要作用是与承管板的间隙互补，当风扇3启动时，用来封堵承管板的轴向风路，避免风在电机冷却器内部形成自循环回路，但风扇3关闭时，需要最大限度的打开承管板的轴向风路，由于冷却器两端的轴向长度有限，因此活动挡风板无法打开至最顶端位置，因此需要将活动挡风板设计成两段，通过单向活页来实现活动挡风板的折叠，使其能最大限度的提高，尽量打开承管板的轴向风路。

图2中的新增风路200，主要由导流板10和风扇外盖7形成的风路，其主要作用是引导风按设计的方向进行流动，同时将冷却器的原风路100和新增风路200用导流板10进行隔离。应理解，该导流板10可以是平面结构。

根据本发明的另一方面，还提供了一种风力发电机，包括如上述任一技术方案中所述的冷却器。因此，可以将电机额定功率设计在风力发电机组额定功率的80%或以下功率，这样可以大幅度降低电机的尺寸和成本，同时通过对冷却器的特殊结构设计，提高冷却器对电机的冷却效果来弥补电机因额定功率设计的减少带来的出力不足，使电机在接近满负荷运行的较短时间内能满足100%的出力。

通过对冷却器结构的巧妙设计，使冷却器实现两种不同的工作状态，且每种状态的风阻和风压不同；配用这种冷却器的发电机，可以根据冷却器的工作状态的不同而输出两种极限功率，对于输出功率不恒定的风力发电机，可以通过低配（发电机功率低于机组的功率）来降低发电机的成本和体积，同时通过这种新型冷却器的使用来提高发电机的另一种极限功率，使发电机超发后的功率与机组的额定功率相同；该冷却器中原风路不受影响，不改变原风路的运行风量，保证了电机能按额定设计输出相应的功率。

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 (6)

1.一种冷却器，用于风力发电机，包括第一承管板(11)、第二承管板(12)、冷却排管结构，所述第一承管板(11)和所述第二承管板(12)将所述冷却排管结构顺序分为第一部分、第二部分和第三部分，所述风力发电机的出风口连接至位于所述冷却器的第二部分下方的进风口，所述风力发电机的进风口连接至所述冷却器的出风口，来自所述风力发电机的热风进入所述第二部分，并分别穿过所述第一部分和所述第三部分，完成换热过程，其特征在于，还包括：风扇(3)、风扇驱动电机(5)、导流板(10)、第一风路开关和第二风路开关，其中， 

所述风扇驱动电机(5)用于驱动所述风扇(3)，所述风扇(3)设置在所述冷却器的内壁并对准所述第二部分，所述导流板(10)设置在所述风扇(3)的进风口处； 

所述第一风路开关连接在所述导流板(10)与所述第一承管板(11)之间，用于开启或断开所述第二部分与所述第一部分之间的风路，所述第二风路开关连接在所述导流板(10)与所述第二承管板(12)之间，用于开启或断开所述第二部分与所述第三部分之间的风路，在所述第二部分分别与所述第一部分和所述第三部分之间的风路均断开时，进入所述第二部分的热风通过所述导流板(10)与所述冷却器的内壁形成的风路，并穿过所述第一部分和所述第三部分，以完成换热过程，所述第一风路开关和所述第二风路开关均包括挡风板； 

温度传感器，用于检测所述风力发电机的温度； 

控制器，接收来自所述温度传感器的温度信息并判断所述风力发电机的温度是否大于等于温度阈值，若大于所述温度阈值，则启动所述风扇驱动电机(5)，所述挡风板贴合所述第一承管板(11)和所述第二承管板(12)，否则，停止所述风扇驱动电机(5)，所述挡风板离开所述第一承管板(11)和所述第二承管板(12)； 

所述第一风路开关和所述第二风路开关还均包括支撑装置，用于支撑所述挡风板，使所述挡风板离开所述第一承管板(11)和所述第二承管板 (12)，或使所述挡风板贴合所述第一承管板(11)和所述第二承管板(12)； 

其中，所述支撑装置包括以下至少一种：蜗卷式弹簧(2)、电机结构； 

通过所述支撑装置来控制所述挡风板的动作，在所述支撑装置采用所述蜗卷式弹簧(2)时，需要计算所述挡风板因自身重力在最高点时对旋转支点所产生的力矩，然后选用合适的蜗卷式恒压弹簧，使蜗卷式恒压弹簧产生的反向力矩正好与所述挡风板重量产生的力矩相等，这样所述挡风板正好处于一个平衡状态，保证所述风扇(3)启动后，冷却风能吹得动所述挡风板并使其贴合所述第一承管板(11)和所述第二承管板(12)，以断开所述第二部分与所述第一部分及所述第三部分之间的风路；

在所述支撑装置采用所述电机结构时，通过电机的转动来控制所述挡风板的打开或闭合，当需要闭合所述挡风板时，释放连接至所述挡风板的钢丝，当需要打开所述挡风板时，收缩所述钢丝，所述钢丝的释放和收缩通过所述电机的转向来控制。 

2.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于，所述挡风板的形状与所述第一承管板(11)和所述第二承管板(12)的间隙形状相配合。 

3.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于，所述挡风板包括至少两段面板，所述至少两段面板通过轴承连接。 

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却器，其特征在于，所述风扇(3)与所述风扇驱动电机(5)之间设置有风扇外盖，所述风扇外盖固定于所述冷却器的侧壁。 

5.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却器，其特征在于，位于所述冷却器外部的所述风扇驱动电机(5)螺栓固定于风扇外盖。 

6.一种风力发电机，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的冷却器。