CN103124848A - 具有传热系统的风轮机 - Google Patents

Abstract

一种起动风轮机（10）的方法，该方法包括：加热第一部件和第二部件，所述第一部件（32）具有第一最低操作温度，所述第二部件（42）具有第二最低操作温度。在所述第二部件已被加热至所述第二最低操作温度之后产生热量损失。热量损失被传递到所述第一部件，以有助于将所述第一部件加热至所述第一最低操作温度。在所述第一部件达到所述第一最低操作温度并且所述第二部件达到所述第二操作温度之后冷却所述第一部件和所述第二部件。

Description

具有传热系统的风轮机

技术领域

本发明涉及一种起动风轮机的方法，所述风轮机包括具有第一最低操作温度的第一部件和第二最低操作温度的第二部件。

背景技术

当风轮机在一定时间段内不能操作时（例如在安装或者维护/保养期间）或者当风轮机因其它原因（例如疾风或者极端天气条件）而停止时，诸如齿轮箱、发电机、液压系统、变压器等的不同风轮机部件冷却下来。

许多风轮机部件使用油或其它液体作为工作流体，或者这些部件需要被润滑以有效地运行。当风轮机不操作时，润滑剂和工作流体变粘或变厚并且由此不能流过部件。

因此在冷却的风轮机起动期间，需要将不同的部件加热至最低温度以使得风轮机能够操作并且能够产生能量。

由于一些风轮机部件的重量非常大，因此花费很长的时间来加热所述风轮机部件，这延长了风轮机的起动过程。

因此，需要这样的方案，该方案使得尤其在寒冷天气条件下加热风轮机中的一个或多个部件所需要的时间最少，以使风轮机能够更快地操作。

发明内容

本发明的目的是总体或部分地克服现有技术的以上缺陷和缺点，并且提供一种可快速地执行起动程序的风轮机。

此外，本发明的目的是提供一种风轮机，该风轮机允许尤其在寒冷天气条件下更快地加热不同部件。

上述目的与从以下说明将变得清楚的许多其它目的、优点和特征一起通过借助起动风轮机的方法根据本发明的方案来实现，所述方法包括：（a）加热第一部件，该第一部件具有第一最低操作温度；（b）加热第二部件，该第二部件具有第二最低操作温度，并且其中在所述第二部件已被加热至所述第二最低操作温度之后产生热量损失；（c）从所述第二部件向所述第一部件传热，以有助于将所述第一部件加热至所述第一最低操作温度；以及（d）在所述第一部件达到所述第一最低操作温度并且所述第二部件达到所述第二操作温度之后冷却所述第一部件和所述第二部件。

如能够理解的，第二部件有助于加热第一部件，借此两个部件的加热可以被缩短，由此还减少为了使整个风轮机变得能够操作并且准备用于生产而花费的总时间。

在本文中术语“部件”被理解为对于风轮机的操作来说必不可少的部件。如果所涉及的部件不起作用或者不存在于风轮机中，则风轮机不能操作。

在一个实施方式中，通过使传热介质在第一部件和第二部件之间循环，来自第二部件的热量损失被传递到第一部件。所述传热介质例如可以是乙二醇、水、油或者它们的组合。此外，通过使传热介质在第一部件和第二部件与冷却装置之间循环，所述第一部件和第二部件可以被冷却。传热介质和冷却装置形成传热系统的一部分。

在另一方面或实施方式中，在传热系统中可以设置有控制装置，以保证直到第二部件达到第二最低操作温度，来自第二部件的热量损失才被传递到传热系统。这样，保证第二部件被加热到该第二部件能够操作的点。

此外，第二最低操作温度可以在-30℃至30℃之间，优选地在-20℃至10℃之间。

在又一方面或实施方式中，所述第一部件包括第一循环流体。通过在所述第一循环流体和所述传热介质之间传热而从所述第二部件向所述第一部件传热。例如，所述第一部件可包括热交换器，所述传热介质经过所述热交换器以传热。所述第二部件可包括第二循环流体，使得以相似的方式发生传热（例如，使传热介质经过第二部件中的热交换器或其它方式）。

此外，所述第一部件可以是具有用作第一循环流体的润滑剂的齿轮箱。齿轮箱是风轮机中必不可少的部件，并且直到齿轮箱或齿轮箱的润滑剂的温度达到预定最低温度，所述风轮机才可能适当地运行并且可操作。由于齿轮箱具有相当大的尺寸和体积，因此在起动过程期间花费长时间来将齿轮箱加热。

此外，齿轮箱可以是干槽式齿轮箱或湿槽式齿轮箱或者其组合。而且，可以针对齿轮箱设置有润滑剂储存器。

附加地，所述第二部件可以是液压系统。所述液压系统具有用作第二循环流体的工作流体。液压系统在操作期间也是风轮机的必不可少的部件，然而，为了使液压系统达到其预定最低温度，花费比例如齿轮箱更短的时间。因此，有利的是，液压系统有助于加热另一个部件，例如齿轮箱或者比液压系统花费更长的时间来加热的其它部件。

附图说明

以下将参照随附的示意性附图更详细地描述本发明及其许多优点，为了示意，这些附图示出了一些非限定性实施方式，并且附图中：

图1示出了风轮机的示意图；

图2示出了风轮机的示例的立体图，该风轮机的一些部分被剖除以显示风轮机的内部部件；

图3示出了根据本发明的传热系统的图；

图4示出了液压站的一个实施方式的液压图；

图5示出了图4中所示的液压站的示意图；以及

图6示出了附加传热系统的另一图。

所有图都是示意性的并且不必按比例绘制，并且因此仅示出了为了阐明本发明所必需的那些部分，并且其它部分被省略或者仅被提及。

具体实施方式

图1和图2示出了风轮机10的一个实施方式。该风轮机总体上包括塔架12、由塔架12支承的机舱14、以及附接到机舱14的转子16。转子16包括轮毂18和联接到轮毂18的一组叶片20，所述轮毂以可旋转的方式安装到机舱14。叶片20将风的动能转化为机械能。机舱14容纳用于将机械能转化为电力的风轮机部件。例如，机械能通常由传动系22传递到产生电力的发电机24。机舱14中的这些和其它风轮机部件在该过程中产生热。为此，如在本文使用的，术语“风轮机部件”（或者第一部件、第二部件等）是指机舱14中的产生热量的部件，诸如发电机、齿轮系统、齿轮箱、变压器、转换器、泵、润滑系统、轴承、液压系统等。

风轮机部件通常连接到一个或多个传热系统，以控制所述传热系统的操作温度。图3示出了根据一个实施方式的传热系统30。如以下将更详细地描述的，传热系统8适于在操作期间通过将传热介质循环通过热交换器34而冷却第一部件32，借此热量从例如第一部件32的润滑剂被传递到传热介质。传热介质在该实施方式中借助放置在机舱顶部上的冷却装置36（例如无风冷却器）被冷却。风在其穿过与该实施方式中的冷却装置36相关的流体回路时冷却所述传热介质。在传热系统30中还设置有用于使得传热介质循环的泵38。

第二部件42也连接到传热系统30。传热系统30也构造成在风轮机的正常操作期间冷却第二部件42。可由第二热交换器44来执行在第二部件42和传热系统30之间的热传递。

在风轮机和不同部件的起动过程期间，每个部件均具有加热元件或者用于逐渐加热部件的其它装置，因此每个部件均能够在一定时间段内自身加热至最低操作温度。然而，由于一些部件与其它部件相比要花费更长的时间来加热，因此期望的是使得加热所有部件所花费的时间最少，以使得风轮机能够更快地操作并且由此更快地实现能量产生。

在所示的实施方式中，第一部件32和第二部件42由其分离的加热元件（未示出）加热。当第二部件42达到预定温度时，来自第二部件42的连续热量损失被传递到传热系统30，从而来自第二部件42的热量损失有助于加热第一部件32，由此使加热第一部件32所花费的总体时间量最少。可以在传热系统30中设置诸如控制阀之类的控制装置50，以确保在起动过程期间传热介质绕过冷却装置36。结果，传热介质仅在第一部件32和第二部件42之间循环。

更具体地，第二部件42将其热量损失（并且由此将热量）传递到第二热交换器44。在传热系统30中循环的传热介质因此在热交换器44中被加热，之后被加热的传热介质被引至第一热交换器34。被加热的传热介质不会流动到冷却装置36，这是因为控制装置50在该步骤期间关闭。在第一热交换器34中，传热介质将热量传递到第一部件32，借此第一部件32被更快地加热。冷却装置36在该起动过程期间被再次有利地绕过，借此传热介质从第一热交换器34被直接引导到第二热交换器44以附加地加热。该过程至少持续直到第一部件32达到其最低操作温度，之后传热系统30再次作为正常冷却系统操作。即，控制装置50打开以允许传热介质在第一部件32和第二部件42与冷却装置36之间循环。

在本发明的一个方面中，第一部件32例如可以是齿轮箱，第二部件42可以是液压系统，这将在以下进一步描述。

此外，齿轮箱可以是干槽式齿轮箱或者湿槽式齿轮箱或者它们的组合。与齿轮箱相关，可以设置润滑剂储存器，以容纳待在齿轮操作时使用的润滑剂。在一个实施方式中，直到容纳于润滑剂储存器中的润滑剂达到预定温度，才可以将润滑剂引入齿轮箱。在该实施方式中，齿轮箱可以主要通过加热容纳在润滑剂储存器或者润滑剂罐中的润滑剂来加热。

液压系统可以是与风轮机的操作的不同方面相关的若干基于液压的系统中的任何系统。例如，风轮机10（图1和图2）可包括变桨系统（未示出），该变桨系统具有一个或多个液压缸，以使叶片20绕其相应轴线旋转。附加地，风轮机10可包括制动系统48，该制动系统具有一个或多个液压致动卡钳，以向制动盘施加摩擦。该制动盘联接到传动系，从而卡钳在被致动时能够将转子引至停滞位置和/或将风轮机10保持在“驻车”（即，停止）位置。

为了向这些系统供应工作流体（例如，加压油），风轮机10可进一步设置有液压站54。液压站54和其所服务的基于液压的系统可以是较大液压系统的一部分。更具体地，变桨系统和制动系统可以是共用的液压系统内的子系统。变桨系统和制动系统被称为“消耗系统”，这是因为它们针对工作流体对液压站54具有要求。为了满足这些要求，液压站54包括被设计成执行各种功能（诸如压力控制和过滤）的部件。

图4和图5示出了上述液压系统的一个实施方式，其中图4是液压图，图5是液压图的示意图。在该实施方式中，液压系统（即，第二部件）42包括用于存储工作流体的罐或储存器62以及流体连接到罐62的第一泵64和第二泵66。第一流路68和第二流路70从相应的第一泵64和第二泵68延伸到液压回路72，该液压回路将工作流体供给到变桨系统74和/或制动系统76。

此外，液压回路72可包括：由第一流路68和第二流路70供给的主供应线路80；高压过滤器82，该高压过滤器定位在主供应线路80中；以及加热阀84，该加热阀与主供应线路80连通。在所示的实施方式中，加热阀84是位于返回线路86中的安全阀，所述返回线路将来自主供应线路80的工作流体往回传送到罐62。加热阀84产生压降，并且该被释放的能量用于加热工作流体。

然而，有利的是，液压系统42的离线过滤系统88保持与第一泵64、第二泵66、第一流路、第二流路和液压回路72隔离开。离线过滤系统88仅与罐62流体连通，这是其被称为“离线”系统的原因。在离线过滤系统88中，离线泵90从罐62引出工作流体并且将所述工作流体输送到与泵90流体连接的过滤器92。在经过过滤器92之后，工作流体然后在返回到罐62之前经过热交换器44。传热介质源94流体连接到热交换器44，从而工作流体能够被调节至期望温度，如以上所说明的。

在液压系统（即第二部件42）的起动过程期间，液压系统的工作流体温度必须高于最低水平。因此，工作流体必须被加热。这首先通过利用离线泵90的马达来执行，之后随着温度的升高通过利用高压泵64、66的马达以及安全阀和加热阀84一起来执行。为了加热变桨系统74，在当通过利用高压泵64、66和加热阀24来加热油时的一定时间段内运行冲洗程序。当温度达到最低水平（例如-10℃左右）时，经由传热系统30将液压系统中的随后热量损失传递到热交换器44，并且从热交换器44传递到第一部件43（即齿轮箱）上。因此，来自液压系统的热量损失有助于加热齿轮箱。

例如，液压系统的工作流体可在大约4.5小时内从-30℃被加热到-10℃，这比在相同的温度间隔内花费在加热齿轮箱上的时间显著地缩短。因此，当液压系统达到最低水平时，液压系统有利地有助于加热齿轮箱，借此缩短风轮机的所有部件的总加热过程。这而且缩短了起动过程，从而使得风轮机变得比已知风轮机能更快地操作。

在另一实施方式中，液压系统可包括安全装置（未示出），以使风轮机在起动过程期间始终能够变桨。在图4和图5中所示的实施方式中，液压系统包括第一泵64和第二泵66。这些泵中的一个泵可以被配置为连续地加压工作流体，使得液压系统并且由此使得用于转子叶片的变桨系统可起作用。同时，另一泵可有助于附加地加热工作流体，该工作流体然后可被传递到第一部件32（例如齿轮箱），如在上述实施方式中所提及的。在其中液压系统仅包括一个泵的另一实施方式中，安全装置保证工作流体始终被加压成足以使变桨系统起作用。

图6示出了附加的传热系统110，其中相同的附图标记被用来指代相同的结构。该传热系统110构造成在风轮机的操作期间以与上文关于传热系统30描述的大体上相同的方式冷却第一部件和第二部件。然而，这里，第一部件112和第二部件114代表发电机和转换器。

附加地，该传热系统还包括具有加热元件的罐116，该加热元件适于加热在传热系统30中循环的传热介质。因此，罐116中的加热元件可以用于在风轮机的起动过程期间加热第一部件114和第二部件116。

此外，在传热系统30、110或相关部件中可包括附加的加热装置（未示出），以促进单独部件的加热过程。这些加热装置可以是电加热器、热泵、加热绕组、加热垫或者加热扇等。

即使以上主要描述了液压系统如何帮助加热齿轮箱，但也可以使用其它部件来加热另一部件，尤其是在不同的部件具有不同的起动过程并且由此需要更长或更短的时间来加热的情况下。

例如第一部件可以是液压泵，该液压泵直接连接到风轮机的主轴。

本发明还可使用于直驱式风轮机。

尽管以上已针对本发明的优选实施方式描述了本发明，但本领域技术人员清楚的是，在不脱离由随附的权利要求所限定的本发明的情况下，能够想到若干个变形例。

Claims (13)

1.一种起动风轮机的方法，该方法包括：

加热第一部件，该第一部件具有第一最低操作温度；

加热第二部件，该第二部件具有第二最低操作温度，并且其中在所述第二部件已被加热至所述第二最低操作温度之后产生热量损失；

从所述第二部件向所述第一部件传递热量损失，以有助于将所述第一部件加热至所述第一最低操作温度；以及

在所述第一部件达到所述第一最低操作温度并且所述第二部件达到所述第二操作温度之后冷却所述第一部件和所述第二部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述第二部件向所述第一部件传递热量损失包括：

使传热介质在所述第一部件和所述第二部件之间循环。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，冷却所述第一部件和所述第二部件包括：

使所述传热介质在所述第一部件和所述第二部件与冷却装置之间循环。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述传热介质是乙二醇、水、油或其组合。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一部件包括第一循环流体，其中从所述第二部件向所述第一部件传递热量损失还包括：在所述第一循环流体和所述传热介质之间传热。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一部件包括热交换器，并且所述传热介质经过所述热交换器以传热。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一部件是齿轮箱，并且第一循环流体是润滑剂。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中，所述第二部件包括第二循环流体，并且从所述第二部件向所述第一部件传递热量损失还包括：在所述第二循环流体和所述传热介质之间传热。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二部件包括热交换器，并且所述传热介质经过所述第二部件的热交换器以传热。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一部件是齿轮箱，并且所述第二部件是液压系统。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述液压系统包括构造成在所述第二循环流体中产生热量的一个或多个离线过滤器、泵、阀或其组合。

12.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括：

在所述第一部件被加热至所述第一最低操作温度之前，操作所述液压系统以使所述风轮机的叶片变桨。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，加热所述第一部件或所述第二部件包括操作一个或多个加热装置。

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