CN105386944A - 风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力发电设备(1，15，20，25)，具有：发电机(11)，该发电机具有利用冷却流体运行的发电机冷却系统(12，16，21，26)；以及传动装置(10)，该传动装置配备有具有再冷却单元(14，19，24，30)的并且利用冷却流体运行的传动装置冷却系统(13，18，33，29)，其中传动装置冷却系统(13，18，33，29)的再冷却单元(14，19，24，30)如下地设计和布置，即其在风力发电设备(1，15，20，25)的按规定的运行期间将热能由传动冷却系统(13，18，33，29)的冷却流体传递到存在于发电机(11)内部的空气处或者传递到发电机冷却系统(12，16，21，26)的冷却流体处。

Description

风力发电设备
技术领域
本发明涉及一种风力发电设备，具有：发电机，该发电机具有利用冷却流体运行的发电机冷却系统；以及传动装置，该传动装置配备有具有再冷却单元的并且利用冷却流体运行的传动装置冷却系统。
背景技术
这种类型的风力发电设备在现有技术中以不同的设计方案而公知。作为主要组成部件，该设备通常包括塔架、能转动地固定在塔架的上端部处的承载平台和布置在承载平台上的驱动系。驱动系包括由风驱动的旋转叶片，该旋转叶片固定在支承在轴承座处的旋转叶片轴处。旋转叶片轴通过至少一个连接件与传动装置输入轴连接。传动装置的输出轴与发电机连接，精确地讲是与布置在发电机壳体中的发电机转子连接。发电机又连接至变频器处，其设计用于控制发电机并且用于将发电机产生的电能馈送到电网中。
在风力发电设备的运行期间，通过旋转叶片从风流获得能量，旋转叶片由此被转动地驱动。旋转叶片的转动运动通过旋转叶片轴传递到传动装置处，该传动装置用于提高转速。该传动装置的输出轴又驱动了发电机，该发电机将机械能转化成电能，然后电能通过变频器馈送到电网中。
为了冷却发电机和传动装置，常规的风力发电设备通常包括彼此分开的发电机冷却系统和传动装置冷却系统。发电机冷却系统多数利用作为冷却流体的空气来运行并且配备了空气空气热交换器，其如下地设计，使得其在风力发电设备的按规定的运行期间将热能从存在于发电机内部的空气传递到发电机冷却系统的冷却流体处。多数使用油作为传动装置冷却系统的冷却流体，其在风力发电设备的按规定的运行期间从传动装置获取热能。获取的热能随后在传动装置冷却系统的再冷却单元中通过再冷却介质又从油中提取出，接下来油被导回传动装置。这样构造的风力发电设备的缺点在于，其构造复杂并且成本昂贵。
发明内容
由该现有技术出发，本发明的目的在于，实现一种具有简单的和价格低廉的替代性的构造的开头所述类型的风力发电设备。
为了实现该目的，本发明实现了一种开头所述类型的风力发电设备，其特征在于，传动装置冷却系统的再冷却单元如下地设计和布置，即其在风力发电设备的按规定的运行期间将热能由传动装置冷却系统的冷却流体传递到存在于发电机内部的空气处或者传递到发电机冷却系统的冷却流体处。换句话说，使用发电机内部空气或者发电机冷却系统的冷却流体作为用于传动装置冷却系统的冷却流体的再冷却介质。因此，传动装置冷却系统的再冷却单元与发电机或者发电机冷却系统耦合，这导致了成本降低，减少了组件并减小了体积。此外能够节省用于传动装置冷却系统的冷却流体的再冷却的能量。
根据本发明的一个设计方案，发电机冷却系统的冷却流体是空气并且传动装置冷却系统的冷却流体是油，其中，空气油热交换器作为传动装置冷却液系统的再冷却单元集成到发电机冷却系统中，该空气油热交换器如下地设计和布置，使得空气油热交换器在风力发电设备的按规定的运行期间将热能从传动装置冷却系统的冷却流体传递到发电机冷却系统的冷却流体处。因此，在该设计方案中，传动装置冷却系统的油直接通过发电机冷却系统的空气再冷却。
根据本发明的另一个设计方案，发电机冷却系统的冷却流体是空气并且传动装置冷却系统的冷却流体是油，其中，发电机冷却系统具有空气空气热交换器，该空气空气热交换器如下地设计和布置，使得空气空气热交换器在风力发电设备的按规定的运行期间将热能从存在于发电机内部的空气传递到发电机冷却系统的冷却流体处，并且其中，空气油热交换器作为传动装置冷却系统的再冷却单元集成到发电机中，空气油热交换器如下地设计和设置，使得空气油热交换器在风力发电设备的按规定的运行期间将热能从传动装置冷却系统的冷却流体传递到发电机的通过空气空气热交换器冷却的内部空气处。换句话说，在该设计方案中，传动装置冷却系统的油不直接通过发电机冷却系统的空气再冷却，而是间接地通过存在于发电机的内腔中的空气再冷却，该空气通过发电机冷却系统抽取热量。
按照根据本发明的风力发电设备的替代性的设计方案，传动装置冷却系统的冷却流体是油并且发电机冷却系统的冷却流体是水，其中水油热交换器作为传动装置冷却系统的再冷却单元集成到发电机冷却系统中，水油热交换器如下地设计和设置，使得水油热交换器在风力发电设备的按规定的运行期间将热能从传动装置的冷却流体传递到发电机的冷却流体处。相应地，在这种设计方案中，发电机冷却系统的水直接冷却了传动装置冷却系统的油。
根据本发明的另外的设计方案，发电机冷却系统的冷却流体是水并且传动装置冷却系统的冷却流体是油，其中，发电机冷却系统具有水空气热交换器，水空气热交换器如下地设计和布置，使得水空气热交换器在风力发电设备的按规定的运行期间将热能从存在于发电机内部的空气传递到发电机冷却系统的冷却流体上，并且其中，空气油热交换器集成到发电机中作为传动装置冷却系统的再冷却单元，空气油热交换器如下地设计和设置，使得空气油热交换器在风力发电设备的按规定的运行期间将热能从传动装置冷却系统的冷却流体传递到发电机的通过水空气热交换器冷却的内部空气处。换句话说，传动装置冷却系统的油通过在发电机内腔中的通过发电机冷却系统的水冷却的空气再冷却，由此使得传动装置冷却系统和发电机冷却系统间接地彼此热耦合。
附图说明
本发明的另外的特征和优点根据下面参考附图对根据本发明的实施方式的风力发电设备的说明变得明显。图中示出：
图1是根据本发明的第一实施方式的风力发电设备的示意图；
图2是根据本发明的第二实施方式的风力发电设备的示意图；
图3是根据本发明的第三实施方式的风力发电设备的示意图，
图4是根据本发明的第四实施方式的风力发电设备的示意图。
具体实施方式
图1示出了风力发电设备1，其连接到供电网2处。作为主要组成部件，风力发电设备1包括塔架3、能转动地固定在塔架3的上端部处的承载平台4、布置在承载平台4上的驱动系5、和变频器6，变频器多数情况下同样定位在承载平台4上并且通过变压器7连接至供电网2。驱动系5具有由风驱动的旋转叶片8，该旋转叶片固定在支承在轴承座处的旋转叶片轴9处。旋转叶片轴9伸入到传动装置10中，传动装置的输出轴与发电机11的发电机转子连接。发电机11又连接至变频器6，其设计用于控制发电机11并且将发电机11产生的能量馈送到电网2中。
发电机11包括发电机冷却系统12，其利用作为冷却流体的空气彻底冷却。换句话说，存在于发电机11内部的空气通过发电机冷却系统12的穿流了发电机11的冷却流体来形成并且相应地持续被交换。传动装置10具有带有再冷却单元14的传动装置冷却系统13并且利用作为冷却流体的油来运行。再冷却单元14现在是空气油热交换器，其不仅连接到发电机冷却系统12处并且连接到传动装置冷却系统13处。
在运行期间，发电机11通过穿流了发电机冷却系统12的空气来冷却，并且传动装置10通过油来冷却，油穿引过发电机冷却系统12。通过传动装置10变热的油输回给再冷却单元14，在该再冷却单元中吸收的热能输出到发电机冷却系统12的空气处，接下来被冷却的油又被引导给传动装置10。
在图1中示出的风力发电设备1的构造尤其具有优点，即通过将传动装置冷却系统13的再冷却单元14集成到发电机冷却系统12中能够节省组件和成本。此外，由发电机冷却系统12提供的冷却功率是取决于转速的并且进而取决于功率，这导致了，即对传动装置的冷却自动地也取决于功率地进行。在这种背景下，能够省弃用于取决于功率地控制传动装置冷却系统13的附加的控制装置。最终实现了风力发电设备1的简单和成本低廉的构造。
应该指出的是，在图1中示出的发电机11也能够配备有封闭的冷却系统来取代贯穿冷却，其中，在发电机11的内部中存在的空气和传动装置冷却系统12的冷却流体彼此分开。在这种封闭的冷却系统中，发电机11的内部空气通过发电机冷却系统12的冷却流体来冷却，为此，根据本发明将空气空气热交换器在传动装置冷却系统13的再冷却单元14的上游或者下游集成到发电机冷却系统12中，然而在图1中并未示出该空气空气热交换器。
图2示出了根据本发明的第二实施方式的风力发电设备15，其基本上与在图1中示出的风力发电设备1的部分相符，因此相同的部件配以相同的参考标号并且不再重新说明。风力发电设备15包括发电机冷却系统16，其以作为冷却流体的空气来运行并且具有空气空气热交换器17，其如下地设计和布置，使得空气空气交换器在风力发电设备15的按规定的运行期间将热能从在发电机11的内部中存在的空气传递到发电机冷却系统16的冷却流体处。风力发电设备15的传动装置冷却系统18以作为冷却流体的油来运行并且包括再冷却单元19，其在此是空气油热交换器，该空气油热交换器设计和设置为，使得空气油热交换器在风力发电设备15的按规定的运行期间将热能从传动装置冷却系统18的油传递到发电机11的通过发电机冷却系统16的空气空气热交换器17冷却的内部空气处。相应地，传动装置冷却系统18的再冷却单元19类似于第一实施方式地集成到发电机冷却系统16中，由此实现了之前描述的优点。
图3示出了根据本发明的第三实施方式的风力发电设备20，其基本上与图1中示出的风力发电设备1的部分相符，因此相同的部件配以相同的参考标号并且不再重新说明。风力发电设备20包括发电机冷却系统21，其使用水作为冷却流体并且配备了再冷却单元22，热量至少部分地输出到环境空气中。风力发电设备20的传动装置冷却系统33利用作为冷却流体的油来运行并且包括集成到发电机11中的再冷却单元24。再冷却单元24设计为水油热交换器，其不仅由发电机冷却系统21的冷却流体穿流而且也由传动装置冷却系统33的冷却流体穿流，从而在这些介质之间能够进行热能交换。
在风力发电设备20的运行期间，发电机11由穿流了发电机冷却系统21的水冷却。变热了的水输送给发电机冷却系统21的再冷却单元22，在该再冷却单元中从水中提取热能，该热能由发电机11所吸收。接下来，水又引导给发电机11。传动装置10通过传动装置冷却系统33的油冷却。变热的油输送给布置在发电机11中的再冷却单元24，在该再冷却单元中，在传动装置10中吸收的热能传递到发电机冷却系统21的水处。之后，油被导回给传动装置10。
与之前的两个实施方式中的风力发电设备1和15类似，风力发电设备20的特征在于，传动装置冷却系统33的再冷却单元24集成到发电机冷却系统21中，这又产生了之前描述的优点。
图4示出了根据本发明的第四实施方式的风力发电设备25，其构造与图1中示出的风力发电设备1的大部分相符，因此相同的或者同类的部件配以相同的参考标号并且在接下来不再重新描述。风力发电设备25的发电机冷却系统26以水运行并且包括水空气热交换器，其如下地设计和布置，即其在风力发电设备25的按规定的运行期间将热能从存在于发电机的内部中的空气传递到发电机冷却系统26的冷却流体处。此外，发电机冷却系统26包括再冷却单元28，在该再冷却单元中从发电机冷却系统26的冷却流体中提取热量，该热量然后至少部分地输出到周围环境中。风力发电设备25的传动装置冷却系统29以作为冷却流体的油来运行并且具有再冷却单元30，该再冷却单元现在是空气油热交换器，该空气油热交换器如下地设计和设置，使得空气油热交换器在风力发电设备25的按规定的运行期间将热能从传动装置冷却系统29的冷却流体传递到发电机11的内部空气处。
在风力发电设备25的运行期间，发电机11通过以下方式由穿流了发电机冷却系统26的水来冷却，即在水空气热交换器27的内部从发电机内部空气提取热量，该热量传递到发电机冷却系统26的冷却流体上。变热的水输送给再冷却单元28，在该再冷却单元中，再次提取热量并且将其至少部分地输送到周围环境中。随后，被冷却的水再次输送给发电机11。
传动装置通过油来冷却，该油穿流了传动装置冷却系统29。变热的油输送给再冷却单元30，在该再冷却单元中，油将热能传递到发电机11的通过发电机冷却系统26水空气热交换器27冷却的内部空气处。被冷却的油随后再次传导给传动装置10。
类似于之前描述的实施方式，风力发电设备25的特征也在于，传动装置冷却系统29的再冷却单元30集成到发电机冷却系统26中，这又实现了之前描述的优点。
尽管在细节上通过优选的实施例详细地阐述和说明了本发明，但是本发明并不局限于公开的实例并且本领域技术人员能够由此推导出另外的变体，而不脱离本发明的保护范畴。

Claims (5)

1.一种风力发电设备(1，15，20，25)，具有：发电机(11)，所述发电机具有利用冷却流体运行的发电机冷却系统(12，16，21，26)；以及传动装置(10)，该传动装置配备有具有再冷却单元(14，19，24，30)的并且利用冷却流体运行的传动装置冷却系统(13，18，33，29)，
其特征在于，所述传动装置冷却系统(13，18，33，29)的所述再冷却单元(14，19，24，30)设计和布置成，使得所述再冷却单元在所述风力发电设备(1，15，20，25)的按规定的运行期间将热能由所述传动装置冷却系统(13，18，33，29)的所述冷却流体传递到存在于所述发电机(11)的内部中的空气处或者传递到所述发电机冷却系统(12，16，21，26)的所述冷却流体处。
2.根据权利要求1所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述发电机冷却系统(12)的所述冷却流体是空气并且所述传动装置冷却系统(13)的所述冷却流体是油，并且空气油热交换器作为所述传动装置冷却系统(13)的所述再冷却单元(14)集成到所述发电机冷却系统(12)中，所述空气油热交换器设计和布置成，使得所述空气油热交换器在所述风力发电设备(1)的按规定的运行期间将热能从所述传动装置冷却系统(13)的所述冷却流体传递到所述发电机冷却系统(12)的所述冷却流体处。
3.根据权利要求1所述的风力发电设备(15)，其特征在于，所述发电机冷却系统(16)的所述冷却流体是空气并且所述传动装置冷却系统(18)的所述冷却流体是油，并且所述发电机冷却系统(16)具有空气空气热交换器(17)，所述空气空气热交换器设计和布置为，使得所述空气空气热交换器在所述风力发电设备(15)的按规定的运行期间将热能从存在于所述发电机(11)内部的空气传递到所述发电机冷却系统(16)的所述冷却流体处，并且空气油热交换器作为所述传动装置冷却系统(18)的再冷却单元(19)集成到所述发电机(11)中，所述空气油热交换器设计和设置为，使得所述空气油热交换器在所述风力发电设备(15)的按规定的运行期间将热能从所述传动装置冷却系统(18)的所述冷却流体传递到所述发电机(11)的通过所述空气空气热交换器(17)冷却的内部空气处。
4.根据权利要求1所述的风力发电设备(20)，其特征在于，所述传动装置冷却系统(33)的所述冷却流体是油并且所述发电机冷却系统(21)的所述冷却流体是水，并且水油热交换器作为所述传动装置冷却系统(33)的再冷却单元(24)集成到所述发电机冷却系统(21)中，所述水油热交换器设计和设置为，使得所述水油热交换器在所述风力发电设备(20)的按规定的运行期间将热能从所述传动装置冷却系统(33)的所述冷却流体传递到所述发电机冷却系统(21)的所述冷却流体处。
5.根据权利要求1所述的风力发电设备(25)，其特征在于，所述发电机冷却系统(26)的所述冷却流体是水并且所述传动装置冷却系统(29)的冷却流体是油，并且所述发电机冷却系统(26)具有水空气热交换器(27)，所述水空气热交换器设计和布置为，使得所述水空气热交换器在所述风力发电设备(25)的按规定的运行期间将热能从所述发电机冷却系统(26)的所述冷却流体传递到存在于所述发电机(11)内部的空气处，并且空气油热交换器作为所述传动装置冷却系统(29)的再冷却单元(30)集成到所述发电机(11)中，所述空气油热交换器设计和设置为，使得所述空气油热交换器在所述风力发电设备(25)的按规定的运行期间将热能从所述发电机(11)的通过所述水空气热交换器(27)冷却的内部空气传递到所述传动装置冷却系统(29)的所述冷却流体处。
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