CN104234947A - 海上风力发电机组舱内环境控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海上风力发电机组舱内环境控制装置。所述装置包括：设置在所述机舱内部或者外部，调节所述机舱内空气温度的冷却系统；设置在所述机舱内，调节所述机舱内空气湿度的除湿系统；位于所述机舱和所述塔筒之间缝隙的第一密封结构；以及位于所述机舱和所述风轮之间缝隙的第二密封结构。采用本发明公开的海上风力发电机组舱内环境控制装置，能够较好地防止海上风力发电机组的舱内零部件发生腐蚀。

Description

海上风力发电机组舱内环境控制装置

技术领域

本发明涉及风力发电机组舱内环境控制技术领域，尤其涉及一种海上风力发电机组舱内环境控制装置。

背景技术

随着能源与环境的压力增加，清洁可再生的新能源近年受到普遍重视。在各类绿色能源中，风能是前景与潜力巨大的可再生能源之一，风力发电技术相对比较成熟，并且最具有大规模商业开发条件、成本相对较低。利用风能发电日益受到关注并展现出广阔的成长空间。

由于海上风能资源丰富和适合大规模开发的特点，近几年各风电企业已把开发重点转向海上风电。风力发电机组是将风能转化为电能的一种装置，一般由塔筒、机舱和风轮组成，塔筒一般是用于将机舱支撑至高空，有时也会将一些部件，如变压器或者变流器等安装于塔筒内，机舱内一般包容着风力发电机组的核心部件，如增速齿轮箱和发电机等。

风轮所吸收的能量要通过增速齿轮箱在风轮转速的基础上增速后传递给发电机的转子，当然也可以是风轮直接带动发电机转子转动，使发电机转子旋转发电。而在此过程中齿轮箱在运转中会因摩擦发出热量，同时发电机因电磁损耗和摩擦也会产生热量。这些热量虽然被各自的冷却系统将其中大部分排除到机舱外，但仍有部分热量通过发热部件表面的自然对流换热和热辐射排在了机舱内，导致整个风力发电机组舱内空气温度上升，环境恶化，超出各零部件正常运行温度范围。因此要控制舱内环境就必须对舱内空气的温度进行控制，最简单直接的办法就是使舱内外空气保持足够的流通量。

但是，海上空气中的高盐分、高湿度使海上风力发电机组工作环境恶劣，防腐成为最为棘手的问题之一。解决海上风力发电机组防腐问题最简单直接的办法的是将其密封以阻止外界空气中的盐雾粒子进入舱内，确保舱内空气盐雾浓度与内陆基本一致。风力发电机组的结构特点决定了其密封的难点和关键点在几处旋转部件处——机舱与塔筒之间，以及机舱与风轮之间，目前，在已有的风力发电机组上尚无将机组密封的技术。

此外，即使实现了对风力发电机组的密封，也会给舱内环境带来新的问题——舱内外空气不流通导致舱内空气温度升高。这不但使舱内金属元件的腐蚀加剧，甚至会因温度过高导致机组无法运行。因此，在机组实现密封的条件下还必须同时将舱内空气中的热量散发到舱外并调节舱内空气湿度才能使控制舱内环境达到要求成为可能。

目前的技术中，主要通过将经过过滤的舱外新鲜空气(冷空气)灌入机舱，在舱内形成微正压系统——使机舱与塔筒之间、机舱与风轮之间的间隙处的空气流向为自舱内向舱外，同时对风力发电机组进行冷却以控制舱内环境空气的温度，但由于海上风力发电机组多为大功率机组，因此发热量较大，要以该方式控制舱内环境空气的温度就必然有较大流量的新鲜空气进入舱内，那么必然需要有大流量盐雾分离或过滤装置不间断运行，但过滤装置始终有一定的过滤效率指标的限制，无法达完全过滤。如此，舱内环境空气含盐量由于累积效应会日渐增多，并且滤网的更换频率较高，导致可靠性较低、成本较高。同时由于空气流量较大，舱内环境空气的湿度难以得到控制，当舱内空气的湿度在金属产生腐蚀的临界相对湿度以上时，舱内金属元件便会产生明显的腐蚀，如果舱内环境空气中的盐雾浓度高便会使腐蚀加剧。

所以，从根本上讲，目前的技术方案能在一定程度上解决舱内环境空气的含盐量高和温度高问题，但很难说是以一种简单可靠的装置同时解决舱内环境空气的含盐量高、温度高和湿度高的问题，而对于海上风力发电机组，只有同时解决这三个问题，才能较好地保证机舱内环境达到要求，起到对机舱内各零部件防腐的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种海上风力发电机组舱内环境控制装置，能够较好的防止海上风力发电机组的舱内零部件发生腐蚀。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种海上风力发电机组舱内环境控制装置，应用在包括塔筒、机舱和风轮的海上风力发电机组上，包括：

设置在所述机舱内部或者外部，调节所述机舱内空气温度的冷却系统；

设置在所述机舱内，调节所述机舱内空气湿度的除湿系统；

位于所述机舱和所述塔筒之间缝隙的第一密封结构；

以及位于所述机舱和所述风轮之间缝隙的第二密封结构。

优选的，还包括：

位于所述海上风力发电机组的叶片和导流罩之间的第三密封结构。

优选的，所述除湿系统为转轮除湿机。

优选的，所述第一密封结构和所述第二密封结构采用环形迷宫密封结构，所述环形迷宫密封结构包括至少两个密封齿以及设置在所述密封齿之间未密封区域的啮合密封圈。

优选的，所述第三密封结构采用环形迷宫密封结构，所述环形迷宫密封结构包括至少两个密封齿以及设置在所述密封齿之间未密封区域的啮合密封圈。

优选的，所述密封圈的材料为毛毡或者毛刷。

本发明提供的一种海上风力发电机组舱内环境控制装置，包括：设置在所述机舱内部或者外部，调节所述机舱内空气温度的冷却系统；设置在所述机舱内，调节所述机舱内空气湿度的除湿系统；位于所述机舱和所述塔筒之间缝隙的第一密封结构；以及位于所述机舱和风轮之间缝隙的第二密封结构。本发明提供的技术方案，冷却系统能够对海上风力发电机组舱内的空气进行冷却，使机舱内空气的温度低于机舱内各个零部件的最高运行温度值，通过在所述机舱和所述塔筒之间缝隙设置第一密封结构以及在所述机舱和风轮之间缝隙设置第二密封结构，能够较好的阻止海上空气中的盐分等腐蚀成分进入海上风力发电机组的机舱内，再通过除湿系统对海上风力发电机组机舱内空气的湿度进行调节，使机舱内空气的湿度低于机舱内各零部件发生腐蚀时空气的临界相对湿度，从而达到即使机舱内有一定腐蚀物质，也不会产生腐蚀的效果，因此，本发明提供的技术方案，能够同时解决海上风力发电机组机舱内空气中含盐量高、空气温度高、空气湿度高的问题，保证机舱内环境达到要求，起到对机舱内各零部件防腐的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种海上风力发电机组舱内环境控制装置的结构图；

图2为本发明实施例提供的第一密封结构的结构图；

图3为本发明实施例提供的海上风力发电机组舱内环境控制装置中机舱、塔筒和第一密封结构的结构关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种海上风力发电机组舱内环境控制装置的结构图。本发明实施例提供的海上风力发电机组舱内环境控制装置应用在包括塔筒、机舱和风轮的海上风力发电机组上，如图1所示，该装置包括：

设置在所述机舱内部或者外部，调节所述机舱内空气温度的冷却系统101；

设置在所述机舱内，调节所述机舱内空气湿度的除湿系统102；

位于所述机舱和所述塔筒之间缝隙的第一密封结构103；

以及位于所述机舱和风轮之间缝隙的第二密封结构104。

具体的，所述冷却系统101包括：

内循环冷却介质循环通道；

与所述内循环冷却介质循环通道相连接的内循环冷却介质驱动单元，用于把所述机舱内空气抽到所述内循环冷却介质循环通道；

与所述内循环冷却介质循环通道相连接的换热器，用于吸收内循环冷却介质循环后所释放的热量，并将热量传递到外循环冷却介质中；

与所述换热器相连接的存有外循环冷却介质的外循环冷却介质循环通道，作用是导流，防止外循环冷却介质进入机舱；

与所述外循环冷却介质循环通道相连接的外循环冷却介质驱动单元，用于把外循环冷却介质吸收的热量排放至所述机舱外。

具体的，所述冷却系统101中，所述外循环冷却介质，可选的，为所述机舱外的冷空气；所述内循环冷却介质，可选的，为机舱内空气。

需要说明的是，上述本发明提供的一种海上风力发电机组舱内环境控制装置的冷却系统为实现本发明技术方案优选的一种，其他对海上风力发电机组舱内环境提供冷却功能的冷却系统，与本发明提供的技术方案中其他技术特征相结合能够实现本发明技术方案的，也应当属于本发明技术方案的保护范围。

具体的，本发明提供的海上风力发电机组舱内环境控制装置的除湿系统102，可选的，为转轮除湿机。

所述转轮除湿机包括：舱内吸气孔，舱内排气孔，除湿单元，舱外吸气孔和舱外排气孔。

舱内吸气孔用于将所述机舱内的湿空气吸入除湿单元；舱内排气孔用于将舱内湿空气经除湿单元除湿后排回舱内；除湿单元，用于吸入舱内湿空气中的水分，同时将吸入的水分转移到舱外排气孔中的空气内；舱外吸气孔用于将舱外空气吸入除湿单元；舱外排气孔用于将已吸收除湿单元中水分的舱外空气排到机舱外。

利用本发明提供的海上风力发电机组舱内环境控制装置的除湿系统102能够调节海上风力发电机组舱内环境空气的湿度，保持海上风力发电机组舱内环境的干燥。具体的，控制海上风力发电机组舱内环境空气的相对湿度以阻碍盐雾等腐蚀的发生。盐雾腐蚀的本质是电化学腐蚀，那么当舱内环境空气湿度低于金属的临界相对湿度时便可阻止电化学腐蚀的发生，因此本发明提供的海上风力发电机组舱内环境控制装置的除湿系统102，将舱内环境的空气湿度控制在金属的临界相对湿度以下，以阻碍盐雾等腐蚀的发生。

本发明提供的技术方案，可选的，所述第一密封结构103和所述第二密封结构104的结构相同。

具体的，请分别参阅图2和图3，图2为本发明实施例提供的第一密封结构的结构图，图3为本发明实施例提供的海上风力发电机组舱内环境控制装置中机舱、塔筒和第一密封结构的结构关系图。本发明附图中提供的图2和图3都是剖面图，如图2和图3所示，位于所述机舱和所述塔筒之间缝隙的第一密封结构103采用环形迷宫密封结构，所述环形迷宫密封结构包括至少两个密封齿1031以及设置在所述密封齿之间未密封区域的啮合密封圈1032。采用环形迷宫密封结构对风力发电机组进行密封。迷宫密封的原理是在转轴周围设置至少两个依次排列的环行密封齿，密封齿与密封齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。除了起密封作用外，同时利用迷宫密封结构使盐雾颗粒折向沉积以阻止其进入舱内。根据GB/T4797.6(环境条件分类自然环境条件尘、沙、盐雾标准)可知，在同一时间与地点测量，在百叶箱内测得的盐雾粒子仅为百叶箱外的1/2，采用百叶窗的户内测得的盐雾粒子不到户外的1/4。本发明公开的环形迷宫密封结构，对盐雾粒子的阻挡作用要优于上述百叶箱、百叶窗。每经过一道迷宫，盐雾颗粒产生折向沉降后，盐雾浓度便会降低75％左右，加上每道迷宫处密封圈的作用，密封效率会成倍增加。这样，经过多道迷宫配合密封圈的密封方式后，能进入舱内对舱内零部件产生腐蚀的盐雾粒子便微乎其微。

具体的，位于所述机舱和风轮之间缝隙的第二密封结构104也采用上述实施例中第一密封结构103公开的环形迷宫密封结构。所述环形迷宫密封结构包括至少两个密封齿1031以及设置在所述密封齿之间未密封区域的啮合密封圈1032。采用环形迷宫密封结构对风力发电机组进行密封。迷宫密封的原理是在转轴周围设置至少两个依次排列的环行密封齿，密封齿与密封齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。除了起密封作用外，同时利用迷宫密封结构使盐雾颗粒折向沉积以阻止其进入舱内。

为了进一步优化本发明实施例公开的技术方案，本发明公开的海上风力发电机组舱内环境控制装置还包括，位于所述海上风力发电机组的叶片和所述海上风力发电机组的导流罩之间的第三密封结构。可选的，所述第三密封结构也采用上述实施例中第一密封结构103公开的环形迷宫密封结构。

进一步的，位于所述机舱和所述塔筒之间缝隙的第一密封结构103中的密封圈，位于所述机舱和风轮之间缝隙的第二密封结构104以及位于所述海上风力发电机组的叶片和所述海上风力发电机组的导流罩之间的第三密封结构，这三个密封结构中的密封圈，可选的，材料为毛毡或者毛刷。

本发明提供的一种海上风力发电机组舱内环境控制装置，包括：设置在所述机舱内部或者外部，调节所述机舱内空气温度的冷却系统；设置在所述机舱内，吸收所述机舱内空气中水分的除湿系统；位于所述机舱和所述塔筒之间缝隙的第一密封结构；以及位于所述机舱和风轮之间缝隙的第二密封结构。本发明提供的技术方案，冷却系统能够对海上风力发电机组舱内的空气进行冷却，使机舱内空气的温度处于较低值，且低于机舱内各个零部件的最高运行温度值，通过在所述机舱和所述塔筒之间缝隙设置第一密封结构以及在所述机舱和风轮之间缝隙设置第二密封结构，能够较好的阻止海上空气中的盐分等腐蚀成分进入海上风力发电机组的机舱内，再通过除湿系统对海上风力发电机组机舱内空气湿度进行调节，使机舱内空气的湿度低于机舱内各零部件发生腐蚀时空气的临界相对湿度，从而达到即使机舱内有一定腐蚀物质，也不会产生腐蚀的效果，因此，本发明提供的技术方案，能够同时解决海上风力发电机组机舱内空气中含盐量高、空气温度高、空气湿度高的问题，保证机舱内环境达到要求，起到对机舱内各零部件防腐的目的。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种海上风力发电机组舱内环境控制装置，应用在包括塔筒、机舱和风轮的海上风力发电机组上，其特征在于，包括：

设置在所述机舱内部或者外部，调节所述机舱内空气温度的冷却系统；

设置在所述机舱内，调节所述机舱内空气湿度的除湿系统；

位于所述机舱和所述塔筒之间缝隙的第一密封结构；

以及位于所述机舱和所述风轮之间缝隙的第二密封结构。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

位于所述海上风力发电机组的叶片和导流罩之间的第三密封结构。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述除湿系统为转轮除湿机。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一密封结构和所述第二密封结构采用环形迷宫密封结构，所述环形迷宫密封结构包括至少两个密封齿以及设置在所述密封齿之间未密封区域的啮合密封圈。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第三密封结构采用环形迷宫密封结构，所述环形迷宫密封结构包括至少两个密封齿以及设置在所述密封齿之间未密封区域的啮合密封圈。

6.根据权利要求4或5任意一项所述的装置，其特征在于，所述密封圈的材料为毛毡或者毛刷。