CN102822514B

CN102822514B - 具有冷却系统的风力涡轮机

Info

Publication number: CN102822514B
Application number: CN201080055810.7A
Authority: CN
Inventors: P·T·蒂策; J·尼瓦德; A·巴胡古尼; K·西洼林伽马; R·坎达萨米
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: WO2011051391A2; WO2011051391A3; US20110095539A1; US8206112B2; EP2494197A2; EP2494197B1; CN102822514A

Abstract

本发明涉及一种具有冷却系统的风力涡轮机，所述风力涡轮机包括机舱，一个或多个风力涡轮机部件与所述机舱相连接地布置。所述冷却系统包括：被布置成引导热传递介质到达或离开所述一个或多个风力涡轮机部件的至少一个冷却回路；被布置成冷却所述热传递介质的至少一个冷却装置；被布置成与所述至少一个冷却回路相连接以使所述热传递介质在所述冷却回路中循环的至少一个泵；以及与所述冷却回路相连接地布置的至少一个介质罐。所述至少一个介质罐被布置在所述机舱内。

Description

具有冷却系统的风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种具有冷却系统的风力涡轮机，该风力涡轮机包括机舱，一个或多个风力涡轮机部件与该机舱相连接地布置。该冷却系统包括：被设置成引导热传递介质来往于一个或多个风力涡轮机部件的至少一个冷却回路，被设置成冷却热传递介质的至少一个冷却装置，被设置成与至少一个冷却回路相连接从而使热传递介质在冷却回路中循环的至少一个泵，以及与冷却回路相连接地布置的至少一个介质罐。

背景技术

风力涡轮机通过发电机将风能转换成电能，该发电机连同其它风力涡轮机部件被设置在机舱内。当发电机将风能转换成电能时，围绕着所述部件的壁和空气被加热以及部件本身由此也被加热。

当部件被加热时，进行转换的效率会显著地降低。为了冷却部件，围绕着部件的壁和空气要通过设置在机舱顶部上的散热器被冷却。由此，凉的外部空气通过散热器并且使散热器内的循环冷却介质冷却，该介质随后被用于冷却围绕部件的壁和/或空气，在某些情况下，通过使冷却空气或者冷却介质在部件内循环从而冷却部件的内部。

在已知的用于风力涡轮机的冷却系统中，冷却介质罐被设置在散热器的顶部上，对冷却系统进行维护的人员而言导致了有关操控和安全的问题。当冷却系统由于过多气体而必须通风或者重新填充额外的冷却介质时，会遇到同样的问题。

发明内容

本发明的目的是完全地或者部分地克服现有技术的上述不足和缺点，并且提供一种改进的冷却系统，该系统与现有技术方案相比使得介质罐的操控和维护更加容易和安全。

本发明的目的还提供一种冷却系统，其相比现有技术冷却系统更加高效。

通过下面描述而变得清楚的上述目的连同多种其它目的、优点和特征通过根据本发明的技术方案实现，该方案在于具有冷却系统的风力涡轮机，该风力涡轮机包括机舱，一个或多个风力涡轮机部件被设置成与该机舱相连接，该冷却系统包括：

被布置成引导热传递介质到达或离开所述一个或多个风力涡轮机部件的至少一个冷却回路；

被布置成冷却所述热传递介质的至少一个冷却装置；

被布置成与所述至少一个冷却回路相连接以使所述热传递介质在所述冷却回路中循环的至少一个泵；以及

与所述冷却回路相连接地布置的至少一个介质罐；

其中，所述至少一个介质罐被布置在所述机舱内。

根据本发明，介质罐被设置在机舱内部。当泵启动时，热传递介质被泵送到冷却系统中，推动冷却系统中存在的空气进入到介质罐中。此外，将介质罐设置在机舱内使得介质罐的操纵和维护相比现有技术方案更加容易和安全。

介质罐适合于容纳填充整个冷却系统所必需的热传递介质量。同时，根据本发明，热传递介质可在风力涡轮机的运输和安装之前填充到介质罐中。

在另一个实施例中，介质罐可被划分成至少第一腔室和第二腔室，该第一腔室和第二腔室之间具有至少一个通路。第一腔室可包括通向冷却回路的入口和出口，以及两个腔室之间的至少一个通路被定位在介质罐中热传递介质的水平面之下。

由此，介质罐中存在的热传递介质的表面被保持平静，便于热传递介质中存在的气体的释放。

此外，入口和出口可从介质罐向着冷却回路逐渐变细，当热传递介质进入介质罐时流速降低以及当热传递介质离开介质罐时流速增大。当流速在第一腔室中降低时，部分热传递介质将会向上流入第二腔室中，在所述热传递介质进入第一腔室以及由此再次进入冷却回路之前在第二腔室中通风。

此外，在第一腔室的内部可设置导引部和/或阻挡部，从而当热传递介质进入第一腔室时降低流速以及通过至少一个通路导引热传递介质向上进入第二腔室。

同时，第一腔室与第二腔室之间的第一通路可被设置在入口附近以及第一腔室与第二腔室之间的第二通路可被设置在出口附近。由此，提供了通向和离开第二腔室的流动通路，允许部分热传递介质在入口被向上引导到第二腔室中。由此，所述热传递介质在向下引导通过第一腔室出口附近的第二通路之前在第二腔室的平静区域通风。

此外，第一腔室与第二腔室之间的通路可以是H形，以便过多气体的释放以及热传递介质沿着H形通路的通风。

此外，通向冷却回路的另外入口可与介质罐的第二腔室相连接地设置，以及约束部可与另外入口相连接地设置。由此获得了自调节冷却系统，能够在泵停止时自己排空热传递介质及将热传递介质通过另外入口引入到介质罐中。另一个优点在于，冷却回路的不同部件的寿命被延长，因为它们不会受到高的或者低的峰值负载。

介质罐可包括通风装置，用于使冷却系统通风从而去除系统的过多气体。

此外，通向冷却回路的入口和出口可被设置在介质罐的下部部分。

介质罐包含足够量的热传递介质，以确保介质罐中存在足够的介质从而使入口和出口保持在水平面以下，即便在整个冷却系统充满热传递介质时。

如果介质罐包括通风装置，那么这些装置可被设置在介质罐的上部部分中。在一个实施例中，通风装置可以是泄压阀。

当介质罐中存在的介质的水平面上升时，通风装置能够自动地释放介质罐中存在的过多气体，从而释放介质罐的过多压力。

在冷却系统的运行期间，冷却系统中存在的气体（即空气）被向着介质罐引导并且允许从冷却系统逸出到介质罐内。整个冷却系统（除了介质罐的上部部分之外）由此连续地排空过多的气体，使得冷却系统相比现有技术系统更加高效。

在一个实施例中，介质罐可由吹塑塑料制成。由于吹塑塑料具有固有的弹性，因此能够吸收介质罐内的压力。当冷却系统是封闭系统时这尤其有利，在这种情况下介质罐内热传递介质的水平面上方的空气体积吸收了释放的气体。

在另一个实施例中，介质罐可由金属制成。

冷却装置可被设置在机舱外部。此外，冷却装置可从机舱顶部表面向上并且大体上垂直于该表面突出，即在大致垂直方向上从机舱的顶部表面突出，以及在一个实施例中可以是自由流动冷却装置。

在本文中，术语“自由流动冷却装置”被理解为一种装置，该装置没有使用动力驱动设备（例如风扇或类似物）将气流引导到冷却装置。使用自由流动冷却装置使得机舱的冷却系统更加可靠。同时，由于避免使用风扇或类似物，因此获得了更低的能耗并且还观察到噪声的降低。由于更少的设备设置在机舱上，因此机舱上的负载减到最小。

加热器可与冷却回路相连接地设置从而加热热传递介质。当能够加热热传递介质时，冷却系统可被用于使风力涡轮机部件变热，例如当启动风力涡轮机时。

此外，热传递介质可以是液体，例如水、乙二醇、油、它们的混合物等。

本发明还涉及一种风力涡轮机，其包括设置在单个机舱内部的多个如上所述的冷却系统。此外，一个或多个介质罐可被连接到每个冷却系统。

冷却装置可连接到每个冷却系统。

附图说明

下面参考示意性附图进一步详细描述本发明及其多个优点，所述附图出于解释性目的而显示出多个非限制实施例，其中：

图1显示了根据本发明的冷却系统的示意图；

图2显示了图1中的冷却系统具有加热元件，

图3以横截面图显示了介质罐的实施例；以及

图4和5显示了从上面观察时在第一和第二腔室之间的不同通路。

所有附图都是示意性的以及没有必要按比例绘制，并且它们仅仅显示出对于阐明本发明所必要的那些部件，其它部件被忽略或者仅仅被提及。

具体实施方式

风力涡轮机机舱2被设置在塔架上并且具有面向轮毂的前部，多个转子叶片（通常为三个叶片）被紧固到轮毂上。风力涡轮机机舱2容纳发电机以及用于驱动风能向电能转换过程的其它风力涡轮机部件3（也被称为传动系统）。当发电时，传动系统产生大量的热，导致了低效的转换过程。风力涡轮机部件尤其指的是机舱内部或者机舱附近在转换过程期间使用的发电机、齿轮系统、变压器、换向器、泵、润滑系统、轴承、液压系统、以及其它发热部件。

本发明可用于逆风式风力涡轮机（即，机舱2设置在风力涡轮机叶片下风向的风力涡轮机）。然而，本发明同样有利地实施于顺风式风力涡轮机（即，机舱设置在风力涡轮机叶片上风向的风力涡轮机）。

此外，本发明还可以与直接驱动风力涡轮机一起使用。

图1显示了根据本发明的冷却系统1的示意图。冷却系统1被设置在机舱2（图中用虚线显示）内。在这个实施例中，两个风力涡轮机部件3被设置在机舱2内。然而，在其它实施例中，一个或多个风力涡轮机部件3可被与机舱2相连接地设置，例如在机舱外部（未示出）。

冷却系统1包括冷却回路4，冷却回路4被设置成引导热传递介质来往于一个或多个风力涡轮机部件3。此外，至少一个冷却装置5被设置成冷却热传递介质。冷却装置5被设置在机舱2外部并且可有利地为自由风冷却装置。

如图中可以看到，冷却装置5向上突出并且基本上垂直于机舱2的顶表面25。然而，在其它实施例中，冷却装置5可从机舱的顶表面25以不同于90°的角度延伸，以提供更优化的冷却。

此外，至少一个泵6被设置成与冷却回路4相连接，从而使热传递介质在冷却回路4中循环。介质罐7设置在机舱2内并且也与冷却回路4相连接。

介质罐7具有连接到冷却回路4的入口8和出口9。在出口9附近，冷却回路4中设置有三通阀10，从而能够引导热传递介质通过风力涡轮机部件3，从而确保它们不被热传递介质所影响。

在风力涡轮机部件3到入口8和出口9之间设置阀11。这些阀11可被单独地控制，从而使得进入到各个风力涡轮机部件3中的热传递介质的流速能够适应瞬时的需要。

在图2中，冷却系统1还包括加热器12，该加热器可以在冷却系统1被用于加热而非冷却风力涡轮机部件3的情况下（例如在开启风力涡轮机时）加热热传递介质。

在图3中，以横截面图显示了介质罐7。入口8和出口9被设置在介质罐7的下部部分中。在这个实施例中，介质罐7通过第一通路18和第二通路19被分成第一腔室16和第二腔室17。

第一腔室16可包括入口8和出口9，以及在某些情况下第二腔室17可包括通风装置（未示出）。两个腔室16、17之间的通路18、19可被定位在介质罐7中存在的热传递介质的水平面20下方。由此，介质罐7中存在的热传递介质的表面可被保持平静，便于热传递介质中存在的气体的释放。

入口8和出口9从介质罐7向着冷却回路4逐渐变细，导致了入口附近的压力下降、以及由此导致热传递介质进入第一腔室16时热传递介质的流速降低。同样，这有助于将介质罐中存在的热传递介质保持平静，便于热传递介质中存在的气体的释放。相反地，当热传递介质离开第一腔室16时，出口9向着冷却回路4逐渐变细的事实导致热传递介质进入冷却回路之前流速增大。同样，第一腔室16与第二腔室17之间的第一通路18可被设置在入口8附近，以及第一腔室16与第二腔室17之间的第二通路19可被设置在出口9附近。由此提供了通向以及离开第二腔室17的流动通路，导致了部分热传递介质在入口8被向上引导到第二腔室17中。热传递介质在第二腔室17的平静区域内进行通风并且释放过多的气体，并且随后向下引导通过第一腔室的出口9附近的第二通路19（由箭头显示），此时与进入第二腔室时相比包含更少气体。

此外，导引部和/或阻挡部（未示出）可被设置在第一腔室16内，降低热传递介质进入第一腔室时的流速、以及导引热传递介质通过至少一个通路向上进入第二腔室17中。

在图4中，沿着如图3中A所示的横截面显示第一通路18和第二通路19。第一腔室16由虚线表示。

在图5中，第一腔室16与第二腔室17之间的通路21是H形，便于过多气体的释放以及热传递介质沿着H形通路21的通风。

此外，介质罐7可由吹塑塑料制成。由于吹塑塑料具有固有的弹性，因此能够吸收介质罐内部的压力。这在冷却系统是封闭系统时尤其有利，在这种情况下介质罐7内热传递介质的水平面20上方的空气体积吸收被释放的气体。

在另一个没有显示的实施例中，介质罐7可具有通风装置，该装置被设置在介质罐的上部部分中。通风装置可以是泄压阀。当介质罐7中存在的热传递介质的水平面上升时，通风装置能够自动地释放介质罐中存在的过多气体从而释放介质罐的过大压力。

通风装置还也适合于当介质罐中存在的热传递介质的水平面降低时使气体（例如空气）进入到介质罐7中，由此避免了介质罐内部的负压。

在图1中所示的另一个实施例中，介质罐7的顶部可经由管道或软管26而被连接到冷却回路。此外，开关阀27或者节流阀可被与管道26相连接地设置。这种设置方式可被用于使冷却系统的热传递介质排空并且将热传递介质引导到介质罐7中，例如在维护期间或者泵的故障期间。冷却系统能够被快速地排空、以及热传递介质能够被存储在介质罐7中是有利的，原因是由此能够避免热传递介质泄漏以及溢出到机舱外部。

如果节流阀被设置成与管道相连接，那么还有助于在冷却系统内部保持热传递介质平静。这在冷却系统是封闭系统时尤其有利。

此外，如图1中所示，压力传感器25可与介质罐7相连接地设置。优选地，压力传感器25是设置在介质罐7底部的差压变送器并且与介质罐的顶部部分的内部相连接。差压变送器适合于测量介质罐中存在的热传递介质的压力以及介质罐7中热传递介质水平面上方的压力。以此方式，差压变送器显示实际的压力以及由此显示罐中存在的热传递压力的大小。这是由于它测量差压并且考虑任何压力变化。这在冷却系统是封闭系统时是尤其有利的。

此外，风力涡轮机可包括多个根据本发明创造性思路的冷却系统1。由此，单独的风力涡轮机部件3（例如齿轮系统）可具有它们各自单独的冷却系统。在这些情况下，至少一个介质罐7可被连接到每个冷却系统1，由此多个介质罐可被设置在机舱内。此外，一个或多个冷却装置5 可被连接到各个单独的冷却系统1。

尽管上面已经结合本发明的优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言明显的是，可以想象到进行多种改变而不会脱离随附权利要求所限定的发明。

Claims

1.一种具有冷却系统的风力涡轮机，所述风力涡轮机包括机舱，一个或多个风力涡轮机部件与所述机舱相连接地布置，所述冷却系统包括：

被布置成冷却所述热传递介质的至少一个冷却装置；

与所述冷却回路相连接地布置的至少一个介质罐；

其中，所述至少一个介质罐被布置在所述机舱内，所述介质罐被分成至少第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与第二腔室之间具有至少一个通路，并且所述第一腔室位于所述第二腔室下面。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一腔室包括通向所述冷却回路的入口和出口，并且在两个腔室之间的所述至少一个通路位于所述介质罐中的所述热传递介质的水平面下方。

3.如权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述入口和所述出口从所述介质罐向着所述冷却回路逐渐变细。

4.如权利要求1-3任一所述的风力涡轮机，其特征在于，导引部或者阻挡部被设置在所述第一腔室内，从而当所述热传递介质进入所述第一腔室时降低所述热传递介质的流速、并且将所述热传递介质通过所述至少一个通路向上导引到所述第二腔室中。

5.如权利要求1-3任一所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一腔室与所述第二腔室之间的第一通路被布置在所述入口附近、以及所述第一腔室与所述第二腔室之间的第二通路被布置在所述出口附近。

6.如权利要求1-3任一所述的风力涡轮机，其特征在于，所述第一腔室与所述第二腔室之间的通路是H形。

7.如权利要求1-3任一所述的风力涡轮机，其特征在于，所述冷却回路的另外入口与所述介质罐的所述第二腔室相连接地布置。

8.如权利要求1-3任一所述的风力涡轮机，其特征在于，所述介质罐由吹塑塑料制成。

9.如权利要求1-3任一所述的风力涡轮机，其特征在于，所述冷却装置被布置在所述机舱外部。

10.如权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述冷却装置从所述机舱的顶表面向上并且大体上垂直于所述顶表面突出。

11.如权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述冷却装置是自由流动冷却装置。

12.如权利要求1-3任一所述的风力涡轮机，包括布置在单个机舱内的多个冷却系统。

13.如权利要求12所述的风力涡轮机，其特征在于，冷却装置连接到每个冷却系统。