CN104806743B - 风力发电机及其齿轮箱润滑冷却系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风力发电机，齿轮箱润滑冷却系统还包含：设置于风机齿轮箱润滑油油路上的常用散热器和辅助散热器；塔筒和/或风电机舱的外壁设有轴流风机，轴流风机将外界低温空气引入塔筒和/或风电机舱。本发明在齿轮箱润滑冷却系统中增加了辅助散热器，增加散热器总成的换热面积，增加散热器总成的换热能力，通过轴流风机将外界低温大流量空气强制引入风电机舱，控制机舱内部的环境温度，提高润滑冷却系统的风冷散热器的换热能力，保证整个风机能够正常全功率发电。

Description

风力发电机及其齿轮箱润滑冷却系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种新能源及节能领域，具体涉及一种风力发电机及其齿轮箱润滑冷却系统的控制方法。

背景技术

目前，1.5MW风机在全功率发电时齿轮箱油温超过主控系统所要求的极限值，主要由以下三个方面原因所引起：

）齿轮箱机械效率低

华锐1.5MW风机齿轮箱采用的是贺德克（HYDAC）公司的润滑冷却系统，HYDAC的润滑冷却系统是针对国外齿轮箱设计的，国外齿轮箱的机械效率都＞97%，其发热功率大约在50kW/h，能够满足国外齿轮箱的正常运行。但是此风机使用的国产齿轮箱，国产齿轮箱由于齿轮加工精度等问题，机械效率一般都比国外齿轮箱要低很多，基本上机械效率都不到97%，其发热功率一般都大于55kW/h，因此，HYDAC的润滑冷却系统在国内如不经过技术改造很难满足风机的全功率发电要求，这是整个设备在全功率发电时，齿轮箱油温温升高报警的根本原因。

）机舱设计不合理

华锐1.5MW风机机舱采用的全密封机舱，与外部环境无法进行空气交换，由于机舱内发热元件太多，产生的热量都积存在机舱内部，导致机舱内部环境温度高达45℃，严重影响风冷换热器的换热效率，这也是导致齿轮箱油温温升较高的一个根本原因。

）现有技术常用散热器的换热容量偏小

散热器常用贺德克产的散热器，该润滑系统的散热器总成是针对国外齿轮箱的机械效率设计的，并且设计参考的环境温度一般是35℃，极限不超过40℃，由于1.5MW风机机舱环境温度已经达到45℃，远远满足不了齿轮箱的换热要求。

发明内容

本发明提供一种风力发电机及其齿轮箱润滑冷却系统的控制方法，提高1.5MW风机用冷却系统的冷却能力，保证整个风机能够正常全功率发电。

为实现上述目的，本发明提供一种风力发电机，该风力发电机包含塔筒和设置于塔筒上的风电机舱；该风电机舱中设有齿轮箱润滑冷却系统，该齿轮箱润滑冷却系统包含设置在风机齿轮箱的润滑油油路上的常用散热器；其特点是，上述齿轮箱润滑冷却系统还包含：设置于风机齿轮箱润滑油油路上的辅助散热器；

上述塔筒和/或风电机舱的外壁设有轴流风机，轴流风机将外界低温空气引入塔筒和/或风电机舱。

上述齿轮箱润滑冷却系统中的常用散热器与辅助散热器以并联的方式连接在风机齿轮箱的润滑油油路中。

上述齿轮箱润滑冷却系统中的常用散热器与辅助散热器以串联的方式连接在风机齿轮箱的润滑油油路中。

上述齿轮箱润滑冷却系统中的常用散热器与辅助散热器为可现场组装的分体式散热器。

上述塔筒下部的侧壁设有用于人员进出的门，轴流风机设置于塔筒的门上。

上述风力发电机通信连接有远端的主控模块，该主控模块输入端通信连接有设置在风电机舱中的温度传感器，主控模块输出端通信连接至辅助散热器，主控模块根据风电机舱中的温度控制辅助散热器的启停或运行功率。

上述风力发电机的风电机舱设有电控箱，电控箱中设有温度传感器，该电控箱输出端电路连接辅助散热器，电控箱根据风电机舱中的温度控制辅助散热器的启停或运行功率。

一种上述风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的控制方法，其特点是，该方法包含：

当风电机舱内的温度大于等于预设阈值温度，齿轮箱润滑冷却系统的辅助散热器启动或提高运行时的运行功率，常用散热器保持工作；

当风电机舱内的温度小于预设阈值温度，齿轮箱润滑冷却系统的辅助散热器关闭或降低运行时的运行功率，常用散热器保持工作。

上述风电机舱中设置温度传感器，将风电机舱内的温度信息传输至远端的主控模块，主控模块根据风电机舱内的温度情况，向辅助散热器发送控制指令，控制辅助散热器的启停或运行时的运行功率。

上述风电机舱中设置电控箱，电控箱实时监测风电机舱内的温度信息，并根据风电机舱内的温度情况，向辅助散热器发送控制指令，控制辅助散热器的启停或运行时的运行功率。

本发明风力发电机及其齿轮箱润滑冷却系统的控制方法和现有技术的风力发电机冷却技术相比，其优点在于，本发明在齿轮箱润滑冷却系统中增加了至少一个辅助散热器，从而增加散热器总成的换热面积，增加散热器总成的换热能力，提高润滑冷却系统的风冷散热器的换热能力，即提高润滑冷却系统的冷却能力，使1.5MW风机在夏季全功率发电时，不会产生齿轮箱油温超过主控系统所要求的极限值报警，导致风机不得不减功率运行的现象，不影响整个风机的运行效率和企业的经济效益，保证整个风机能够正常全功率发电；

本发明在塔筒或风电机舱的外壁设有轴流风机，轴流风机将外界低温大流量空气强制引入塔筒和/或风电机舱，保证散热器所需要的空气流量，控制机舱内部的环境温度，提高散热器总成的换热能力，缓解主轴轴承的温升，控制齿轮箱油池温度的升高。

附图说明

图1为本发明风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的实施例一的示意图；

图2为本发明风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的实施例一的装配示意图；

图3为本发明风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的实施例二的示意图；

图4为本发明风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的实施例二的装配示意图；

图5为本发明风力发电机的轴流风机的装配示意图；

图6为本发明风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的控制方法的实施例一的流程图；

图7为本发明风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的控制方法的实施例二的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

本发明公开了一种1.5MW风力发电机，该风力发电机包含竖直设置的塔筒和设置于塔筒上的风电机舱。

风电机舱中设有连接转子叶片的发电机，机械连接发电机输出端的风机齿轮箱。在风机齿轮箱的润滑油油路上设有齿轮箱润滑冷却系统，该齿轮箱润滑冷却系统包含设置在风机齿轮箱的润滑油油路上的常用散热器，该常用散热器用于降低风机齿轮箱润滑油的温度，保证风力发电机的稳定工作。

从1.5MW风机的齿轮箱润滑冷却系统的原理分析，要提高润滑冷却系统的换热能力，必须要增加散热器总成的换热能力，要增加散热器总成的换热能力必须要增加散热器总成的换热面积。所以本发明所公开的风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统除了包含有常用散热器外，还包含有设置于风机齿轮箱润滑油油路上的一个辅助散热器。

如图1所示，为本发明所公开风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的实施例一。该实施例中齿轮箱润滑冷却系统的常用散热器101与辅助散热器102以串联的方式连接在风机齿轮箱的润滑油油路上。从风机齿轮箱输出的润滑油沿油路进入齿轮箱润滑冷却系统，依次通过辅助散热器102与常用散热器101，由齿轮箱润滑冷却系统输出经过冷却的润滑油，再循环回流至风机齿轮箱。

进一步的，风机齿轮箱的润滑油油路可以根据冷却需求，串联设置一个辅助散热器102，齿轮箱润滑冷却系统的冷却能力随着串联辅助散热器102散热面积的增加而提高。

如图2所示，为实施例一中轮箱润滑冷却系统的装配示意图，辅助散热器102的进油口201接入风机齿轮箱的润滑油输出端，接收风机齿轮箱输出的高温润滑油，辅助散热器102的出油口202通过管路连接至常用散热器101的进油口203，常用散热器101的出油口204通过管路连接至风机齿轮箱的润滑油输入端，向风机齿轮箱输出经过冷却的润滑油。

如图3所示，为本发明所公开风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的实施例二。该实施例中齿轮箱润滑冷却系统的常用散热器301与辅助散热器302以并联的方式连接在风机齿轮箱的润滑油油路上。从风机齿轮箱输出的润滑油沿油路进入齿轮箱润滑冷却系统，分别通过辅助散热器302与常用散热器301，由齿轮箱润滑冷却系统输出经过冷却的润滑油，再循环回流至风机齿轮箱。

进一步的，风机齿轮箱的润滑油油路上可以根据冷却需求，并联设置一个辅助散热器302，齿轮箱润滑冷却系统的冷却能力随着并联辅助散热器302散热面积的增加而提高。

如图4所示，为实施例二中轮箱润滑冷却系统的装配示意图，辅助散热器302的进油口401与常用散热器301的进油口402通过管路连接至第一三通管接头405的两个接口，第一三通管接头405的另一个接口则通过管路连接至风机齿轮箱的润滑油输出端，风机齿轮箱输出的高温润滑油即可同时流入辅助散热器302与常用散热器301进行冷却。辅助散热器302的出油口403与常用散热器301的出油口404通过管路连接至第二三通管接头406的两个接口，第二三通管接头406剩下的一个接口则通过管路连接至风机齿轮箱的润滑油输入端，向风机齿轮箱输送经过冷却的润滑油。

优选的，常用散热器与辅助散热器使用加大散热面积的散热器，其中油道增加11.86平方米、风道增加25.5平方米。同时考虑到现场吊装、安装的问题，常用散热器与辅助散热器采用可现场组装的分体式散热器，针对规格较大的物料如换热组件、罩壳采用分体拼装的形式，分体件的对角尺寸控制在550毫米以内，可以现场吊装到位后进行组装。

本发明公开的齿轮箱润滑冷却系统中常用散热器与辅助散热器可以采用以下两种控制方式：

第一种：在风力发电机的风电机舱中设置有用于实时监测的风电机舱内温度信息的温度传感器，并且风力发电机通信连接有远端的主控模块，该主控模块输入端通信连接风电机舱中的温度传感器，实时接收风电机舱内的温度信息。主控模块的输出端通信连接至辅助散热器，主控模块根据风电机舱中的温度信息控制辅助散热器的启停或运行功率。

当风电机舱内的温度小于预设的阈值温度；若辅助散热器处于停止状态，则主控模块控制辅助散热器不工作保持停止状态；若辅助散热器处于工作状态，则主控模块控制辅助散热器停止工作，或降低辅助散热器的运行功率。

当风电机舱内的温度大于等于预设的阈值温度；若辅助散热器处于停止状态，则主控模块控制辅助散热器启动工作；若辅助散热器处于低功率工作状态，则主控模块提高辅助散热器的运行功率。

第二种，在风力发电机的风电机舱中设置电控箱，电控箱中自带温度传感器，实时监测风电机舱内的温度信息，电控箱输出端电路连接辅助散热器，电控箱根据风电机舱中的温度信息，控制辅助散热器的启停或运行功率。

当风电机舱内的温度小于预设的阈值温度；若辅助散热器处于停止状态，则电控箱控制辅助散热器不工作保持停止状态；若辅助散热器处于工作状态，则电控箱控制辅助散热器停止工作，或降低辅助散热器的运行功率。

当风电机舱内的温度大于等于预设的阈值温度；若辅助散热器处于停止状态，则电控箱控制辅助散热器启动工作；若辅助散热器处于低功率工作状态，则电控箱提高辅助散热器的运行功率。

另外，如果机舱内环境温度升高超过极限值，散热器总成的换热效率会大幅度降低，因此，控制机舱内部的环境温度，也能够提高散热器总成的换热能力，缓解主轴轴承的温升，抑制齿轮箱油池温度的升高。

现有的老式风机，经测量发现，进入机舱的空气量远远不能满足散热器所要求的空气量，导致冷却风扇的气流量不足，严重地影响了换热效率。

因此，本发明在塔筒和/或风电机舱的外壁适当位置开孔加装轴流风机，通过轴流风机将外界的低温大流量空气引入塔筒和/或风电机舱，保证散热器所需要的空气流量。

如图5所示，为风力发电机上设置轴流风机的一种实施例。塔筒503内部设有由底端连接至顶部风电机舱的楼梯506，在塔筒503内部靠近底部处设有隔层，该隔层对应楼梯506处设有可以自由开闭的盖板507。

在塔筒503下部的侧壁设有用于人员进出的塔筒门501，该塔筒门501与塔筒503所设置的平面（例如：地面）之间具有一定高度差，所以塔筒门501与地面之间还设有阶梯505。

至少一个轴流风机502设置于塔筒门501上，将外界的低温大流量空气引入塔筒503内部，并沿着塔筒503向上流入风电机舱，控制风电机舱内部的环境温度。

在轴流风机502朝向外界的一侧还设有用于阻挡灰尘等可能影响轴流风机502工作的杂物的百叶窗504。

在塔筒门501上安装轴流风扇，没有安全隐患，可实施行强，负压机率较小，空气温度较低，引入风量相对较大，对塔筒强度没有影响，且容易施工。

本发明还公开了一种风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的控制方法，该控制方法是为了解决环境高温状态下，齿轮箱润滑系统散热能力不足的问题，故在机舱环境温度比较低时，可能导致系统阻力比较大，因此，在控制方法设计时，建议常用散热器与辅助散热器分开控制，当机舱环境温度比较低时，辅助散热器的风扇电机可以停止工作，仅保持常用散热器的电机进行工作即可。

如图6所示，为风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的控制方法的实施例一，该实施例中采用远程的主控模块对齿轮箱润滑冷却系统进行控制，该控制方法包含以下步骤：

步骤1.1、风电机舱中设置温度传感器，温度传感器实时监测风电机舱内的温度信息，并将风电机舱内的温度信息传输至远端的主控模块。

步骤1.2、主控模块根据风电机舱内的温度情况，向辅助散热器发送控制指令，控制辅助散热器的启停或运行时的运行功率。

主控模块判断风电机舱内的温度是否大于等于预设阈值温度；若是，风电机舱内的温度大于等于预设阈值温度，则跳转到步骤1.3；若否，风电机舱内的温度小于预设阈值温度，则跳转到步骤1.6。

步骤1.3、常用散热器保持正常工作。

主控模块判断辅助散热器是否处于运行状态，若是，则跳转到步骤1.4，若否，则跳转到步骤1.5。

步骤1.4、主控模块向辅助散热器发送控制指令，控制处于运行状态的辅助散热器提高运行功率，并跳转到步骤1.9。

步骤1.5、主控模块向辅助散热器发送控制指令，控制处于停止状态的辅助散热器启动运行，并跳转到步骤1.9。

步骤1.6、常用散热器保持正常工作。

主控模块判断辅助散热器是否处于运行状态，若是，则跳转到步骤1.7，若否，则跳转到步骤1.8。

步骤1.7、主控模块向辅助散热器发送控制指令，控制处于运行状态的辅助散热器降低运行功率或停止工作，并跳转到步骤1.9。

步骤1.8、主控模块向辅助散热器发送控制指令，控制辅助散热器保持停止状态，并跳转到步骤1.9。

步骤1.9、完成齿轮箱润滑冷却系统控制，并跳转到步骤1.1。

如图7所示，为风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的控制方法的实施例二，该实施例中采用电控箱对齿轮箱润滑冷却系统的散热器总成进行控制，该控制方法包含以下步骤：

步骤2.1、风电机舱中设置电控箱，该电控箱自带温度传感器，电控箱实时监测风电机舱内的温度信息。

步骤2.2、电控箱根据风电机舱内的温度情况，向辅助散热器发送控制指令，控制辅助散热器的启停或运行时的运行功率。

电控箱判断风电机舱内的温度是否大于等于预设阈值温度；若是，风电机舱内的温度大于等于预设阈值温度，则跳转到步骤2.3；若否，风电机舱内的温度小于预设阈值温度，则跳转到步骤2.6。

步骤2.3、常用散热器保持正常工作。

电控箱判断辅助散热器是否处于运行状态，若是，则跳转到步骤2.4，若否，则跳转到步骤2.5。

步骤2.4、电控箱向辅助散热器发送控制指令，控制处于运行状态的辅助散热器提高运行功率，并跳转到步骤2.9。

步骤2.5、电控箱向辅助散热器发送控制指令，控制处于停止状态的辅助散热器启动运行，并跳转到步骤2.9。

步骤2.6、常用散热器保持正常工作。

电控箱判断辅助散热器是否处于运行状态，若是，则跳转到步骤2.7，若否，则跳转到步骤2.8。

步骤1.7、电控箱向辅助散热器发送控制指令，控制处于运行状态的辅助散热器降低运行功率或停止工作，并跳转到步骤2.9。

步骤2.8、主控模块向辅助散热器发送控制指令，控制辅助散热器保持停止状态，并跳转到步骤2.9。

步骤2.9、完成齿轮箱润滑冷却系统控制，并跳转到步骤2.1。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种风力发电机，该风力发电机包含塔筒和设置于塔筒上的风电机舱；该风电机舱中设有齿轮箱润滑冷却系统，该齿轮箱润滑冷却系统包含设置在风机齿轮箱的润滑油油路上的常用散热器；其特征在于，所述齿轮箱润滑冷却系统还包含：设置于风机齿轮箱润滑油油路上的辅助散热器；所述齿轮箱润滑冷却系统中的常用散热器与辅助散热器以并联或串联的方式连接在风机齿轮箱的润滑油油路中；

所述塔筒和/或风电机舱的外壁设有轴流风机，轴流风机将外界低温空气引入塔筒和/或风电机舱；

所述轴流风机与所述风电机舱之间设置有可以自由开闭的盖板。

2.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述齿轮箱润滑冷却系统中的常用散热器与辅助散热器为可现场组装的分体式散热器。

3.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述塔筒下部的侧壁设有用于人员进出的门，所述轴流风机设置于塔筒的门上。

4.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机通信连接有远端的主控模块，该主控模块输入端通信连接有设置在风电机舱中的温度传感器，主控模块输出端通信连接至辅助散热器，主控模块根据风电机舱中的温度控制辅助散热器的启停或运行功率。

5.如权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机的风电机舱设有电控箱，电控箱中设有温度传感器，该电控箱输出端电路连接辅助散热器，电控箱根据风电机舱中的温度控制辅助散热器的启停或运行功率。

6.一种如权利要求1至5中任意一项权利要求所述风力发电机的齿轮箱润滑冷却系统的控制方法，其特征在于，该方法包含：

当风电机舱内的温度大于等于预设阈值温度，齿轮箱润滑冷却系统的辅助散热器启动或提高运行时的运行功率，常用散热器保持工作；

当风电机舱内的温度小于预设阈值温度，齿轮箱润滑冷却系统的辅助散热器关闭或降低运行时的运行功率，常用散热器保持工作。

7.如权利要求6所述控制方法，其特征在于，所述风电机舱中设置温度传感器，将风电机舱内的温度信息传输至远端的主控模块，主控模块根据风电机舱内的温度情况，向辅助散热器发送控制指令，控制辅助散热器的启停或运行时的运行功率。

8.如权利要求7所述控制方法，其特征在于，所述风电机舱中设置电控箱，电控箱实时监测风电机舱内的温度信息，并根据风电机舱内的温度情况，向辅助散热器发送控制指令，控制辅助散热器的启停或运行时的运行功率。