CN105134508A - 风力发电机组整机散热系统、其控制方法和风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种风力发电机组整机散热系统、其控制方法和风力发电机组。该整机散热系统包括：进风口，设置于所述塔筒壁上；风机，设置于所述塔筒内，用于将外部空气经由所述进风口引入所述塔筒内；风箱，所述风箱具有朝下敞开的入风端和与所述入风端相对的出风端，在所述风箱中设有空气处理系统，所述空气处理系统将所述入风端与所述出风端相隔离，所述入风端通过导风管与所述进风口相连接，所述风机设在所述出风端上。本发明能避免含有灰尘和沙砾的空气进入塔筒上方，同时，能保证向塔筒内部始终提供稳定流量的冷却空气，对发热部件进行及时散热，避免发热部件出现过温现象，保障风力发电机组的正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及风电技术领域，特别涉及一种风力发电机组整机散热系统、其控制方法和具有整机散热系统的风力发电机组。
背景技术
风力发电机组将大自然的绿色能源风能转换成电能，其所发的电通过电力系统被输送到各用电的负荷中心。随着机组的容量越来越大，风力发电机组各发热部件的发热量也越来越大，发热量过高容易导致风力发电机组寿命折损、高故障及停机，从而带来巨大的隐患及经济损失。目前，在风力发电机组中，可利用风机将外部冷空气引入机舱或塔筒内进行散热。
发明人经研究发现，由于风力发电机组所处的风电场风沙大、环境恶劣，现有的风机冷却装置容易受风沙影响，送风量不稳定，导致风力发电机组内部散热效果差，其内部发热部件容易出现过温现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机组整机散热系统和风力发电机组，旨在对风力发电机组内部提供稳定、清洁的冷却空气流，从而达到对发热部件进行及时散热，提高散热效率。
本发明的目的还在于提供一种整机散热系统的控制方法，旨在保证整机散热系统能自动地及时向风力发电机组内输送冷却空气，达到冷却风力发电机组的发热部件的目的。
为达到上述目的，本发明的实施例提供一种风力发电机组整机散热系统。所述风力发电机组整机散热系统包括：进风口，设置于所述塔筒壁上；风机，设置于所述塔筒内，用于将外部空气经由所述进风口引入所述塔筒内；风箱，所述风箱具有朝下敞开的入风端和与所述入风端相对的出风端，在所述风箱中设有空气处理系统，所述空气处理系统将所述入风端与所述出风端相隔离，所述入风端通过导风管与所述进风口相连接，所述风机设在所述出风端上。
优选地，所述空气处理系统水平地设置在所述风箱中，所述导风管在所述风箱下方向上弯曲地连接至所述入风端，在所述导风管的所述弯曲处设有收集装置。
优选地，所述收集装置构造为透明的收集盒并可拆卸地安装在所述导风管上。
优选地，所述风力发电机组整机散热系统还包括设置在所述塔筒内部的除湿系统，用于对所述塔筒内部空气进行除湿。
优选地，在所述进风口上设有防雨罩，所述防雨罩构造为管，所述管的背离所述进风口的末端向下弯曲。
优选地，所述空气处理系统设有压差传感器，通过所述压差传感器检测所述空气处理系统入风侧和出风侧空气压力的压力差。
优选地，所述风力发电机组整机散热系统还包括：温度传感器，用于检测所述风力发电机组内的温度；湿度传感器，用于检测所述风力发电机组内的湿度；主控系统，与所述温度传感器、所述湿度传感器和所述风机电连接，所述主控系统根据来自所述温度传感器的温度信号对所述风机进行控制，以及根据来自所述湿度传感器的湿度信号对所述除湿系统进行控制。
为达到上述目的，本发明的实施例还提供一种用于上述风力发电机组整机散热系统的控制方法，包括下列步骤：所述温度传感器检测所述风力发电机组内的温度并传送给所述主控系统；所述主控系统将所述风力发电机组内的温度与预先给定的第一边界温度比较；如果所述风力发电机组内的温度大于所述第一边界温度，所述主控系统启动所述风机以执行散热处理。
优选地，所述控制方法还包括下列步骤：在启动所述风机运行预定的第一时间长度后，所述主控系统将从所述温度传感器接收的所述风力发电机组内的温度与预先给定的第二边界温度比较，如果所述风力发电机组内的温度小于所述第二边界温度，则控制所述风机继续运行预定的第二时间长度后停机，其中，所述第二边界温度小于所述第一边界温度。
优选地，所述控制方法还包括下列步骤：所述湿度传感器检测所述塔筒内的湿度传送给所述主控系统；所述主控系统将所述塔筒内的湿度与预先给定的第一边界湿度比较；如果所述塔筒内的湿度大于所述第一边界湿度，所述主控系统启动所述除湿系统，对所述塔筒内空气进行除湿；使所述除湿系统运行预定的第三时间长度；所述主控系统将从所述湿度传感器接收的湿度与预先给定的第二边界湿度比较，如果所述塔筒内的湿度小于所述第二边界湿度，则控制所述除湿系统继续运行预定的第四时间长度后停止运行，其中，所述第二边界湿度小于所述第一边界湿度。
优选地，所述整机散热系统还包括配设给所述空气处理系统的压差传感器，所述控制方法还包括下列步骤：所述主控系统从所述压差传感器获取所述空气处理系统入风侧和出风侧空气压力的压力差；所述主控系统将所述压力差与预先给定的边界压力比较；如果所述压力差大于所述边界压力，所述主控系统发出更换所述空气处理系统的警报。
本发明的实施例还提供一种包括前述风力发电机组整机散热系统的风力发电机组。
通过本发明实施例的控制方法，能全自动地智能控制整机散热系统运行，确保了对风力发电机组整机能够实现自动温度控制，无需人力值守，节约人力，在避免发热部件出现过温现象，保障风力发电机组的正常运行的同时，还能降低风力发电机组的运行成本。
附图说明
图1为本发明实施例的风力发电机组整机散热系统的示意图；
图2为本发明实施例的风机控制方法流程图；
图3为本发明实施例的除湿系统控制方法流程图。
附图标记：塔筒12、机舱14、轮毂15、风机叶片16、进风口17、风机10、风箱9、入风端91、出风端92、空气处理系统8、主控平台13、导风管3、收集盒4、压差传感器7、除湿系统6、防雨罩2、网罩1、主控系统5、温度传感器11
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。
实施例一
如图1所示，具有本发明实施例的整机散热系统的风力发电机组包括塔筒12、设在塔筒12上的机舱14和轮毂15，在轮毂15上设有风机叶片16。
整机散热系统包括设置于塔筒12壁上的进风口17、设置于塔筒12内部的风机10和风箱9。风箱9具有朝下敞开的入风端91和与该入风端91相对的出风端92，在风箱9中设有空气处理系统8，空气处理系统8将入风端91与出风端92相隔离，入风端91通过导风管3与进风口17相连接，风机10设在出风端92上。风箱9优选设置在塔筒12内的主控平台13上。
风箱9可设计成方形或圆筒形，并具有一定的高度和宽度，使得在风箱9内部在空气处理系统8两侧形成空气聚集的空腔。
进风口17优选地设在主控平台13之下，导风管3向上倾斜地从进风口17延伸至入风端91，这样能够减小风机抽吸空气时的阻力，提高风机效率。
风机10可以是离心风机、轴流风机或混流风机，但优选使用离心风机，离心风机具有体积小，效率高，风量大，振动小，噪音低的优点。
空气处理系统8优选设计为两级过滤系统，包括第一级过滤装置和第二级过滤装置，第一级过滤装置和第二级过滤装置为分体式，可拆卸地水平地安装在风箱9中，例如均设计为可抽拔的抽屉形式。
第一级过滤装置设计为粗效过滤装置，用于过滤空气中所含的直径大于等于1um的颗粒(灰尘、盐雾等悬浮物)，例如可使用过滤级别为G4(G4表示过滤等级，其对粒径≥5.0μm的颗粒的过滤效率大于等于70％，小于90％)的粗效过滤器，其计数法过滤效率为30％左右，计重效率为90％左右。
盐雾颗粒的直径一般较小，大多在2um以下，有90％以上小于5um，为了确保能够过滤掉空气中所含的盐雾颗粒，第二级过滤装置采用亚高效过滤装置来过滤掉空气的盐雾，计数过滤效率为0.3～0.5um的颗粒能达到90％以上，例如可使用过滤级别为H10的亚高效过滤装置，其中H10表示过滤级别，其对粒径≥0.5μm的颗粒的过滤效率大于等于95％，小于99％。
通过空气处理系统8能够对来自导风管3的空气进行处理，去掉空气中所含的灰尘和盐雾颗粒等，防止灰尘和盐雾颗粒对风力发电机组的部件造成腐蚀、磨损等伤害。
进一步地，对空气处理系统8配设压差传感器7，压差传感器7包括两个压力感测探头，分别设在空气处理系统8上下两侧，通过压差传感器7检测空气处理系统8上下两侧空气压力的压力差。当压力差大于预先给定的边界压力时，说明空气处理系统8已经被污染到一定程度了，这时空气处理系统8的工作阻力增大，需要清理、清洗或更换空气处理系统8。
优选地，导风管3在风箱9正下方的区域中向上弯曲地延伸至风箱9的入风端91，在导风管3的该弯曲部位上设有优选构造成透明收集盒4的收集装置，收集盒4可拆卸地安装在导风管3上，这样被空气处理系统8的第一级粗效过滤装置过滤掉的由于重力作用而往下掉的灰尘，以及空气中的大颗粒雨滴能在重力作用下往下掉，通过导风管3的弯曲部进入并被收集在收集盒4中，防止对导风管3造成污染和堵塞。收集盒4设计成透明的，能方便地观察空气处理系统8的污染程度，便于根据污染程度决定在定期维护时是否需要清理收集盒4和更换空气处理系统8。
空气处理系统8将盐雾处理掉后相当于将盐分和风力发电机组进行了相对隔离，避免了盐雾中的盐颗粒作为电解质导电，促进氧气与金属发生反应，导致金属被腐蚀。但是空气处理系统8只能过滤掉0.3～0.5um颗粒，空气中所包含的水气不能被空气处理系统8过滤掉，而是随着空气进入塔筒12内。
为了确保进入塔筒12内的空气中的水气含量保持在安全的范围内，不对风力发电机组内电控元器件构成影响，整机散热系统还包括除湿系统6。
除湿系统6用于对塔筒12内部进行除湿，去除塔筒12内空气中所含的水气，降低风力发电机组内空气的相对湿度避免风力发电机组内金属部件的腐蚀，保障风力发电机组的正常运行，延长各部件使用寿命。除湿系统6优选安装在主控平台13上。
除湿系统6可采用已知的各种除湿系统，例如硅胶转轮除湿系统，其结构和原理对本领域技术人员来说都是熟知的，这里不再详细描述。
进一步地，在塔筒12的外壁上，进风口17处设有防雨罩2，防雨罩2优选构造为管，其背离进风口17的末端向下弯曲。
通过防雨罩2能够防止因刮大风或旋风等恶劣天气时，空气中夹杂的大颗粒雨点和沙尘进入导风管3，将防雨罩2设计成末端向下弯曲的管，空气中的大颗粒的雨点和沙尘经由弯曲段时会因为重力作用往下掉，而不会进入导风管3中。
防雨罩2末端可设有网罩1，能防止小动物如鸟类进入导风管3内，同时也能防止空气中悬浮物、絮状物进入导风管3，对大体积的杂物起到初步过滤的作用。
进一步地，为了实现整机散热系统的自动化、智能化运行，还设有主控系统5、温度传感器11和湿度传感器(图中未示出)。
优选地，在风力发电机组内的机舱14和轮毂15中分别设置温度传感器11，用于检测机舱14和轮毂15内的温度。
对于湿度传感器，既可以选择自带湿度传感器的除湿系统6，也可以在塔筒12内单独设置湿度传感器，对塔筒12中的空气湿度进行检测。
主控系统5优选安装在主控平台13上，并与温度传感器11、湿度传感器和风机10电连接，主控系统5根据来自温度传感器11的温度信号对风机10进行控制，以及根据来自所述湿度传感器的湿度信号对除湿系统6进行控制。
本发明实施例的整机散热系统的基本工作过程如下：
当风力发电机组运行后，如果检测到风力发电机组内的空气温度超过预先设定的边界温度，则启动风机10，塔筒外部相对冷却的空气通过网罩1、防雨罩2和导风管3进入风箱9的入风端91，然后经空气处理系统8过滤处理，再经风箱9的出风端92、风机10进入塔筒12内部。塔筒12内的空气由于风机10形成的正压和空气上浮的自然规律，沿着塔筒12从下往上流动，首先冷却塔筒12内的电缆和电控柜，然后进入机舱14，冷却机舱14内的变频器柜和机舱柜等电气部件，再流向发电机，对发电机进行冷却，最后流向轮毂15，并从叶根挡雨环和导流罩之间的缝隙以及导流罩和发电机之间的缝隙排到外界，从而形成风力发电机组内外的空气循环，实现风力发电机组内的散热降温。
本发明实施例的整机散热系统，通过在风机和进风口之间设置导风管和风箱，并通过空气处理系统将风箱分隔为入风端和出风端，能避免含有灰尘和沙砾的空气进入塔筒内部，为风力发电机组内的散热降温提供干净的空气，同时，由于风箱有一定高度和宽度，在导风管与风机之间提供了空气中转聚集的场所，该场所使得从导风管流入的空气进入风箱后从湍流状态变成稳流状态，空气流速小且均匀，流动阻力小，被风机吸入的效率高，空气流的损失小，从而改善了风机的风量-风压性能，保证风机向塔筒内部始终提供稳定流量的冷却空气，而不受外部风沙的影响，从而对风力发电机组内发热部件进行及时散热，避免发热部件出现过温现象，保障风力发电机组的正常运行。
实施例二
实施例二为用于本发明整机散热系统的控制方法的实施例，包括下列步骤：
首先在步骤s1中，温度传感器11检测风力发电机组内的空气温度并将该温度信号传送给主控系统5；
然后在步骤s2中，主控系统5将风力发电机组内的空气温度与预先给定的第一边界温度T1比较，如果该空气温度大于第一边界温度T1，则执行步骤s3；
在步骤s3中，主控系统5启动风机10以执行散热处理。
进一步地，为了避免风机10的频繁启动，起到保护风机10的目的，在风机10启动后，还包括以下步骤：
步骤s4，使风机10运行预定的第一时间长度t1；
然后在步骤s5中，主控系统5将从温度传感器11接收的风力发电机组内的空气温度与预先给定的第二边界温度T2比较，如果该空气温度小于第二边界温度T2，则执行步骤s6，否则执行步骤s4，其中，第二边界温度T2小于第一边界温度T1；
在步骤s6中，控制风机10继续运行预定的第二时间长度t2，然后执行步骤s7，使风机10停机。
第一时间长度t1和第二时间长度t2的大小，本领域技术人员可以根据不同情况来确定，它们既可以相同，也可以不同。
在本实施例中，在步骤s1中优选地同时检测机舱14和轮毂15内的空气温度。在步骤s1中，除了检测机舱14和轮毂15内的空气温度，还可以检测本领域技术人员认为有意义的其它部位的温度，除了同时检测多个部位的温度，也可以仅检测一个部位的温度。
在同时检测机舱14和轮毂15内的空气温度情况下，在步骤s2中，主控系统5将机舱14和轮毂15内的空气温度与预先给定的第一边界温度T1比较，如果机舱14内空气温度和轮毂15内空气温度中的至少一个温度大于第一边界温度T1，则执行步骤s3，否则不执行步骤s3。
在同时检测机舱14和轮毂15内的空气温度情况下，在步骤s5中，主控系统5将机舱14和轮毂15内的空气温度与预先给定的第二边界温度T2比较，如果机舱14和轮毂15内的空气温度都小于第二边界温度T2，才执行步骤s6，否则执行步骤s4。
请参阅图3，进一步地，为了将塔筒12内的空气湿度控制在一定范围内，还包括对除湿系统6进行控制的步骤：
首先，在步骤s8中通过湿度传感器检测塔筒12内的空气湿度并将检测的湿度信号传送给主控系统5。接着在步骤s9中，主控系统5将塔筒12内的湿度与预先给定的第一边界湿度n1比较，如果该湿度大于第一边界湿度n1，则主控系统5执行步骤s10，启动除湿系统6，然后在步骤11中，使除湿系统6运行预定的第三时间长度t3；
接着在步骤12中，主控系统5将从湿度传感器接收的塔筒12内的湿度与预先给定的第二边界湿度n2比较，如果该湿度小于第二边界湿度n2，则执行步骤s13，否则执行步骤s11，其中，第二边界湿度n2小于第一边界湿度n1；
在步骤s13中，控制除湿系统6继续运行预定的第四时间长度t4，然后执行步骤s14，使除湿系统6停止运行。
第三时间长度t3和第四时间长度t4的大小，本领域技术人员可以根据不同情况来确定，它们既可以相同，也可以不同。
进一步地，为了能及时了解空气处理系统8的污染情况，以便必要时更换空气处理系统8，该实施例的控制方法还包括下列步骤：
通过压差传感器7获取空气处理系统8前后空气压力的压力差；主控系统5将该压力差与预先给定的边界压力比较；如果该压力差大于边界压力，主控系统5发出更换空气处理系统8的警报。
本发明实施例的控制方法，能全自动地智能控制整机散热系统运行，确保了对风力发电机组整机能够实现自动温度控制和湿度控制，无需人力值守，节约人力，在避免发热部件出现过温现象，保障风力发电机组的正常运行的同时，还能降低风力发电机组的运行成本，并且还能将风力发电机组主要部位的温度数据和湿度数据传送到风力发电机组的SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition：监控与数据采集)系统，能够通过网络随时随地查看风力发电机组的温度和湿度情况，同时也能将温度信息和湿度信息存入风电场的大数据库，为整个风电场机组运行温度和湿度情况进行分析提供强大的数据支撑。
实施例三
本实施例三提供一种风力发电机组，其包括根据实施例一的整机散热系统。
该风力发电机组的散热系统的结构、原理及有益效果如前述实施例一所述，这里不再重复。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种风力发电机组整机散热系统，所述风力发电机组包括塔筒(12)，其特征在于，所述风力发电机组整机散热系统包括：
进风口(17)，设置于所述塔筒(12)壁上；
风机(10)，设置于所述塔筒(12)内，用于将外部空气经由所述进风口(17)引入所述塔筒(12)内；
风箱(9)，所述风箱(9)具有朝下敞开的入风端(91)和与所述入风端(91)相对的出风端(92)，在所述风箱(9)中设有空气处理系统(8)，所述空气处理系统(8)将所述入风端(91)与所述出风端(92)相隔离，所述入风端(91)通过导风管(3)与所述进风口(17)相连接，所述风机(10)设在所述出风端(92)上。
2.根据权利要求1的风力发电机组整机散热系统，其特征在于，
所述空气处理系统(8)水平地设置在所述风箱(9)中，所述导风管(3)在所述风箱(9)下方向上弯曲地连接至所述入风端(91)，在所述导风管(3)的所述弯曲处设有收集装置。
3.根据权利要求2的风力发电机组整机散热系统，其特征在于，
所述收集装置构造为透明的收集盒(4)并可拆卸地安装在所述导风管(3)上。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的风力发电机组整机散热系统，其特征在于，
还包括设置在所述塔筒(12)内部的除湿系统(6)，用于对所述塔筒(12)内部空气进行除湿。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的风力发电机组整机散热系统，其特征在于，在所述进风口(17)上设有防雨罩(2)，所述防雨罩(2)构造为管，所述管的背离所述进风口(17)的末端向下弯曲。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的风力发电机组整机散热系统，其特征在于，
所述空气处理系统(8)设有压差传感器(7)，通过所述压差传感器(7)检测所述空气处理系统(8)入风侧和出风侧空气压力的压力差。
7.根据权利要求4所述的风力发电机组整机散热系统，其特征在于，还包括：
温度传感器(11)，用于检测所述风力发电机组内的温度；
湿度传感器，用于检测所述风力发电机组内的湿度；
主控系统(5)，与所述温度传感器(11)、所述湿度传感器和所述风机(10)电连接，所述主控系统(5)根据来自所述温度传感器(11)的温度信号对所述风机(10)进行控制，以及根据来自所述湿度传感器的湿度信号对所述除湿系统(6)进行控制。
8.一种用于根据权利要求7的风力发电机组整机散热系统的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
所述温度传感器(11)检测所述风力发电机组内的温度并传送给所述主控系统(5)；
所述主控系统(5)将所述风力发电机组内的温度与预先给定的第一边界温度比较；
如果所述风力发电机组内的温度大于所述第一边界温度，所述主控系统(5)启动所述风机(10)以执行散热处理。
9.根据权利要求8的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括下列步骤：
在启动所述风机(10)运行预定的第一时间长度后，所述主控系统(5)将从所述温度传感器(11)接收的所述风力发电机组内的温度与预先给定的第二边界温度比较，如果所述风力发电机组内的温度小于所述第二边界温度，则控制所述风机(10)继续运行预定的第二时间长度后停机，其中，所述第二边界温度小于所述第一边界温度。
10.根据权利要求8的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括下列步骤：
所述湿度传感器检测所述塔筒(12)内的湿度传送给所述主控系统(5)；
所述主控系统(5)将所述塔筒(12)内的湿度与预先给定的第一边界湿度比较；
如果所述塔筒(12)内的湿度大于所述第一边界湿度，所述主控系统(5)启动所述除湿系统(6)，对所述塔筒(12)内空气进行除湿；
使所述除湿系统(6)运行预定的第三时间长度；
所述主控系统(5)将从所述湿度传感器接收的湿度与预先给定的第二边界湿度比较，如果所述塔筒(12)内的湿度小于所述第二边界湿度，则控制所述除湿系统(6)继续运行预定的第四时间长度后停止运行，其中，所述第二边界湿度小于所述第一边界湿度。
11.根据权利要求8-10中任意一项的控制方法，其特征在于，所述整机散热系统还包括配设给所述空气处理系统(8)的压差传感器(7)，所述控制方法还包括下列步骤：
所述主控系统(5)从所述压差传感器(7)获取所述空气处理系统(8)入风侧和出风侧空气压力的压力差；
所述主控系统(5)将所述压力差与预先给定的边界压力比较；
如果所述压力差大于所述边界压力，所述主控系统(5)发出更换所述空气处理系统(8)的警报。
12.一种风力发电机组，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任意一项所述的风力发电机组整机散热系统。
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