CN103696910A - 风电机组热回收式冷却系统及用其的风电机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风电机组热回收式冷却系统。制冷机组的制冷出口连接供冷管道，制冷回流口连接供冷回流管道；供冷管道上安装冷冻泵，冷冻泵之后串联第一电动三通阀、第二电动三通阀和第三电动三通阀；变流器换热器、发电机换热器并联在供冷管道与供冷回流管道之间；制冷机组的制热出口连接供热管道，制热回流口连接供热回流管道；供热管道上安装冷却泵，冷却泵之后串联第四电动三通阀、第五电动三通阀和第六电动三通阀；叶片换热器、散热器并联在供热管道与供热回流管道之间；齿轮箱换热器、机舱换热器分别并联在供冷管道和供冷回流管道、供热管道和供热回流管道之间。本发明能将冷却热量回收利用，提高能源利用率，保证风电机组内安全运行。

Description

风电机组热回收式冷却系统及用其的风电机组

技术领域

本发明涉及一种风力环境控制系统，具体地说是一种风电机组热回收式冷却系统及用其的风电机组，属于风力发电技术领域。

背景技术

风力发电机的运行环境复杂，从北方的内蒙新疆等严寒地区到南方的印度热带地区，一年四季，昼夜交替，经历从最低零下40度到最高65度。风力发电机外部环境恶劣，而内部有大型高转速齿轮箱、发电机、高密度电子集成的变流器，每一个部件或元件都必须在适合的温度条件下才能正常工作，因此风力机的环境控制系统异常重要。温度过高影响器件的性能，轻则效率降低，重则损坏需要更换。而在严寒的冬天，润滑油容易凝固，粘度系数增大，系统无法顺畅运行，而叶片也会由于雨雪结冰，破坏气动性能，影响发电量和安全性能，这些部位都需要加热达到正常工作条件。现有制冷与加热系统往往分开设置，制冷的热量全部通过舱外机散热，而需要加热的部位直接通过电加热，特别是在过渡季节，造成能源浪费，并且系统容量较大，过多占用机舱的有限空间。机组的发电机和变流器一般常年需要制冷，而机舱和齿轮箱则根据季节的不同有冷却或加热的需要，冬季叶片结冰则需要加热除冰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种风电机组热回收式冷却系统及用其的风电机组，其结构合理，能够将冷却热量进行合理回收利用，在过渡季节比较长的地区使冷热能达到有效的平衡，有效提高能源的利用率，保证风电机组内各部件的安全运行。

按照本发明提供的技术方案：风电机组热回收式冷却系统，其特征在于：包括制冷机组，所述制冷机组的制冷出口连接供冷管道，制冷机组的制冷回流口连接供冷回流管道；所述供冷管道上安装有冷冻泵，在冷冻泵之后串联有第一电动三通阀、第二电动三通阀和第三电动三通阀；所述变流器换热器的进口与第一电动三通阀的支路出口连通，变流器换热器的出口与供冷回流管道连通；所述发电机换热器的进口与第二电动三通阀的支路出口连通，发电机换热器的出口与供冷回流管道连通；所述制冷机组的制热出口连接供热管道，制冷机组的制热回流口连接供热回流管道；所述供热管道上安装有冷却泵，在冷却泵之后串联有第四电动三通阀、第五电动三通阀和第六电动三通阀；所述叶片换热器的进口与第四电动三通阀的支路出口连通，变流器换热器的出口与供热回流管道连通；所述散热器的进口与第五电动三通阀的直路出口连通，散热器的出口与供热回流管道连通；所述齿轮箱换热器的进口经第一换向阀分别与第三电动三通阀的支路出口、第六电动三通阀的支路出口连通，齿轮箱换热器的出口经第二换向阀分别与供冷回流管道、供热回流管道连通；所述机舱换热器的进口经第三换向阀分别与第三电动三通阀的直路出口、第六电动三通阀的直路出口连通，机舱换热器的出口经第四换向阀分别与供冷回流管道、供热回流管道连通。

作为本发明的进一步改进，所述热回收式冷却系统还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括温度传感器、结冰探测器和控制器，所述温度传感器、结冰探测器与控制器的信息输入端电连接，所述控制器的控制信号输出端分别与冷冻泵、冷却泵、各电动三通阀、以及各换向阀电连接；所述温度传感器用于检测风电机组的变流器、发电机、齿轮箱、机舱和叶片的温度信息并反馈给控制器，所述结冰探测器用于检测叶片上的结冰信息并反馈给控制器，所述控制器用于控制冷冻泵和冷却泵的启停、各电动三通阀的开度、以及各换向阀的换向动作。

作为本发明的进一步改进，所述制冷机组的制冷出口与制冷回流口之间还设有旁通管道。

作为本发明的进一步改进，所述热回收式冷却系统还包括辅助加热系统，所述辅助加热系统包括电加热器和辅助热源，电加热器与辅助热源电连接。

风电机组，其特征在于：所述风电机组包括上述的热回收式冷却系统。

作为所述风电机组的进一步改进，所述风电机组的变流器、发电机、齿轮箱、机舱和叶片内安装温度传感器，所述叶片上沿展向安装多个结冰探测器。

作为所述风电机组的进一步改进，所述风电机组的齿轮箱、机舱和叶片内设置电加热器。

本发明与现有技术相比，优点在于：本发明结构合理，能够将冷却热量进行合理回收利用，在过渡季节比较长的地区使冷热能达到有效的平衡，有效提高能源的利用率，保证风电机组内各部件的安全运行。

附图说明

图1为本发明风电机组热回收式冷却系统的流程图。

图2为自动控制系统的控制示意图。

图3为辅助加热系统的原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示：实施例中的风电机组热回收式冷却系统主要由变流器换热器1、发电机换热器2、齿轮箱换热器3、机舱换热器4、叶片换热器5、冷冻泵6、冷却泵7、散热器8、温度传感器9、结冰探测器10、制冷机组11、第一电动三通阀12a、第二电动三通阀12b、第三电动三通阀12c、第四电动三通阀12d、第五电动三通阀12e、第六电动三通阀12f、第一换向阀13a、第二换向阀13b、第三换向阀13c、第四换向阀13d、供冷管道14、供热管道15、控制器16、辅助热源17、供冷回流管道18、供热回流管道19和旁通管道20组成。

如图1所示，所述制冷机组11的制冷出口连接供冷管道14，制冷机组11的制冷回流口连接供冷回流管道18；所述供冷管道14上安装有冷冻泵6，在冷冻泵6之后串联有第一电动三通阀12a、第二电动三通阀12b和第三电动三通阀12c；所述变流器换热器1的进口与第一电动三通阀12a的支路出口连通，变流器换热器1的出口与供冷回流管道18连通；所述发电机换热器2的进口与第二电动三通阀12b的支路出口连通，发电机换热器2的出口与供冷回流管道18连通；所述制冷机组11的制热出口连接供热管道15，制冷机组11的制热回流口连接供热回流管道19；所述供热管道15上安装有冷却泵7，在冷却泵7之后串联有第四电动三通阀12d、第五电动三通阀12e和第六电动三通阀12f；所述叶片换热器5的进口与第四电动三通阀12d的支路出口连通，变流器换热器1的出口与供热回流管道19连通；所述散热器8的进口与第五电动三通阀12e的直路出口连通，散热器8的出口与供热回流管道19连通；所述齿轮箱换热器3的进口经第一换向阀13a分别与第三电动三通阀12c的支路出口、第六电动三通阀12f的支路出口连通，齿轮箱换热器3的出口经第二换向阀13b分别与供冷回流管道18、供热回流管道19连通；所述机舱换热器4的进口经第三换向阀13c分别与第三电动三通阀12c的直路出口、第六电动三通阀12f的直路出口连通，机舱换热器4的出口经第四换向阀13d分别与供冷回流管道18、供热回流管道19连通。

如图2所示，为了实现冷却系统的自动化控制，所述热回收式冷却系统还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括温度传感器9、结冰探测器10和控制器16，所述温度传感器9、结冰探测器10与控制器16的信息输入端电连接，所述控制器16的控制信号输出端分别与冷冻泵6、冷却泵7、各电动三通阀、以及各换向阀电连接；所述温度传感器9设置在风电机组的变流器、发电机、齿轮箱、机舱和叶片内，温度传感器9检测风电机组的变流器、发电机、齿轮箱、机舱和叶片的温度信息并反馈给控制器16，多个结冰探测器10在叶片上沿叶片展向安装，结冰探测器10检测叶片上的结冰信息并反馈给控制器16，所述控制器16接受来至各大部件内温度传感器9和叶片上的结冰探测器10反馈来的信息，处理并判断这些实时传输的信息，然后发出控制信号，控制冷冻泵6和冷却泵7的启停、各电动三通阀的开度、以及各换向阀的换向动作。

如图1所示，所述制冷机组11的制冷出口与制冷回流口之间还设有旁通管道20，多余制冷剂可以通过旁通管道20流回制冷机组11。

为了防止风电机组在严寒的冬季出现供热不足问题，所述热回收式冷却系统还设置了辅助加热系统，所述辅助加热系统包括电加热器和辅助热源17，电加热器设置在风电机组的齿轮箱、机舱和叶片内，电加热器与辅助热源17电连接。在严寒天气或加热不足的情况下启动辅助热源17，分别对齿轮箱换热器3、机舱换热器4以及叶片换热器5的制冷剂进行辅助加热，确保各部件达到设定的工作温度。

本发明的工作原理及工作过程如下：

制冷机组11接收到控制信号启动，冷冻泵6和冷却泵7连锁控制，同时启动，供冷管道14将制冷剂分别输送至变流器换热器1、发电机换热器2、齿轮箱换热器3以及机舱换热器4，各电动三通阀根据控制器16信号调整经过各支路的制冷剂流量，多余流量通过旁通管回流至制冷机组11。制冷机组11的散热剂则通过另一侧的供热管道15分别通过齿轮箱换热器3、机舱换热器4和叶片换热器5，多余热量通过散热器8排入空气中，各支路上的供热量也通过各电动三通阀控制。由于齿轮箱和机舱在不同季节需要制冷或加热，即齿轮箱换热器3和机舱换热器4同时有制冷和加热的要求，所以齿轮箱换热器3和机舱换热器4的接口处接有换向阀，可以随时换接供冷管道14或供热管道15。

需要说明的是，上述实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.风电机组热回收式冷却系统，其特征在于：包括制冷机组（11），所述制冷机组（11）的制冷出口连接供冷管道（14），制冷机组（11）的制冷回流口连接供冷回流管道（18）；所述供冷管道（14）上安装有冷冻泵（6），在冷冻泵（6）之后串联有第一电动三通阀（12a）、第二电动三通阀（12b）和第三电动三通阀（12c）；所述变流器换热器（1）的进口与第一电动三通阀（12a）的支路出口连通，变流器换热器（1）的出口与供冷回流管道（18）连通；所述发电机换热器（2）的进口与第二电动三通阀（12b）的支路出口连通，发电机换热器（2）的出口与供冷回流管道（18）连通；所述制冷机组（11）的制热出口连接供热管道（15），制冷机组（11）的制热回流口连接供热回流管道（19）；所述供热管道（15）上安装有冷却泵（7），在冷却泵（7）之后串联有第四电动三通阀（12d）、第五电动三通阀（12e）和第六电动三通阀（12f）；所述叶片换热器（5）的进口与第四电动三通阀（12d）的支路出口连通，变流器换热器（1）的出口与供热回流管道（19）连通；所述散热器（8）的进口与第五电动三通阀（12e）的直路出口连通，散热器（8）的出口与供热回流管道（19）连通；所述齿轮箱换热器（3）的进口经第一换向阀（13a）分别与第三电动三通阀（12c）的支路出口、第六电动三通阀（12f）的支路出口连通，齿轮箱换热器（3）的出口经第二换向阀（13b）分别与供冷回流管道（18）、供热回流管道（19）连通；所述机舱换热器（4）的进口经第三换向阀（13c）分别与第三电动三通阀（12c）的直路出口、第六电动三通阀（12f）的直路出口连通，机舱换热器（4）的出口经第四换向阀（13d）分别与供冷回流管道（18）、供热回流管道（19）连通。

2.如权利要求1所述的风电机组热回收式冷却系统，其特征在于：所述热回收式冷却系统还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括温度传感器（9）、结冰探测器（10）和控制器（16），所述温度传感器（9）、结冰探测器（10）与控制器（16）的信息输入端电连接，所述控制器（16）的控制信号输出端分别与冷冻泵（6）、冷却泵（7）、各电动三通阀、以及各换向阀电连接；所述温度传感器（9）用于检测风电机组的变流器、发电机、齿轮箱、机舱和叶片的温度信息并反馈给控制器（16），所述结冰探测器（10）用于检测叶片上的结冰信息并反馈给控制器（16），所述控制器（16）用于控制冷冻泵（6）和冷却泵（7）的启停、各电动三通阀的开度、以及各换向阀的换向动作。

3.如权利要求1所述的风电机组热回收式冷却系统，其特征在于：所述制冷机组（11）的制冷出口与制冷回流口之间还设有旁通管道（20）。

4.如权利要求1所述的风电机组热回收式冷却系统，其特征在于：所述热回收式冷却系统还包括辅助加热系统，所述辅助加热系统包括电加热器和辅助热源（17），电加热器与辅助热源（17）电连接。

5.风电机组，其特征在于：所述风电机组包括上述的热回收式冷却系统。

6.如权利要求5所述的风电机组，其特征在于：所述风电机组的变流器、发电机、齿轮箱、机舱和叶片内安装温度传感器（9），所述叶片上沿展向安装多个结冰探测器（10）。

7.如权利要求5所述的风电机组，其特征在于：所述风电机组的齿轮箱、机舱和叶片内设置电加热器。

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