CN105402094A - 变桨柜冷却装置及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变桨柜冷却装置及风力发电机组，包括集热装置与冷凝器，所述集热装置设置在变桨柜发热部位，所述集热装置与冷凝器之间通过管路连通形成回路，在所述回路内设有冷却介质，所述冷却介质在集热装置内吸热汽化，在所述冷凝器内放热液化，所述冷却介质在所述回路内循环运动。本发明技术方案有效解决了变桨柜的过温问题，使风力发电机组不会因为变桨柜过温而停机，提高了风力发电机组的可利用率与整机收益，本发明技术方案使变桨柜整体处于较低温度，为柜体内电气元件提供了良好的工作环境，提高了电气元件的可靠性，延长了电器元件使用寿命；本装置结构简单，便于安装，具有较高的可靠性和较长的使用寿命。

Description

变桨柜冷却装置及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及变桨柜冷却装置及风力发电机组。

背景技术

变桨系统是变速变桨风力发电机组的重要组成部分，其在风力发电机的额定风速以上阶段，通过调节叶片的桨距角来实现风力发电机组功率的稳定输出，同时变桨系统也对风力发电机组的安全运行起着至关重要作用，因此变桨系统的稳定运行与维护是风力发电机组功率持续输出的重要保障。

变桨系统中的电控器件在运行过程中会产生热量，这些产生的热量需要被散掉以保障变桨系统正常工作。变桨柜作为变桨系统的外壳，一般安装在风力发电机组的叶轮轮毂内，而叶轮轮毂一般为相对封闭的结构，这种安装环境使变桨柜无法进行良好的冷却散热。风力发电机变桨柜温度过高而导致的风力发电机组停机问题在风电行业中属于较为关注的难点问题。经常发生由于变桨柜过温而导致的风力发电机组停机的问题，降低了风力发电机组的可利用率，浪费了大量的风能资源，直接影响风力发电机组的发电量，降低了风力发电机组的发电收益。

中国实用新型专利CN204539697U公开了一种变桨柜的散热结构及变桨柜，采用强制风冷的散热方式对变桨柜进行冷却。该专利中采用优化变桨柜外部结构的形式，增加散热翅片，设计风扇安装位置以及冷却风道方式对变桨柜进行强制通风冷却。但是，对变桨柜进行强制风冷存在着由于风量、风压不可控制等因素影响变桨柜冷却效果的弊端，同时，由于变桨柜处于轮毂与叶根之间的狭小且相对封闭的空间，该空间内部的空气只能在该狭小的空间内循环，散热效果有限，而且，由于变桨柜发热源的存在导致该部位空气温度持续升高，因此在该处采用强制风冷的冷却方式作用甚微，无法达到对变桨柜冷却降温的目的。

发明内容

本发明目的在于提供一种变桨柜冷却装置及风力发电机组，以提高变桨柜的冷却散热效果。

为达到上述目的，本发明提供了一种变桨柜冷却装置，包括集热装置与冷凝器，所述集热装置设置在变桨柜发热部位，所述集热装置与冷凝器之间通过管路连通形成回路，在所述回路内设有冷却介质，所述冷却介质在集热装置内吸热汽化，在所述冷凝器内放热液化，所述冷却介质在所述回路内循环运动。

优选地，所述管路包括集气管与回液管，所述集气管与所述回液管均设置在所述集热装置与所述冷凝器之间。

优选地，在所述变桨柜的发热部位设置有散热翅片，所述集热装置为热管，所述热管设置在所述散热翅片缝隙中。

优选地，在所述变桨柜的发热部位设置有集热箱。

优选地，在所述变桨柜上设置有温度传感器，所述温度传感器将温度信号传送至风力发电机控制单元。

进一步地，在所述变桨柜的发热部位设置有散热翅片，所述温度传感器设置在所述散热翅片上。

优选地，所述冷凝器设置在风力发电机组导流罩内。

进一步地，在所述冷凝器上还设置有风扇。

进一步地，所述风扇通过风力发电机控制单元控制。

本发明还提供了一种风力发电机组，包括任一上述的变桨柜冷却装置。

有益效果：

上述变桨柜冷却装置及风力发电机组，采用管道内蒸发冷却的换热方式对变桨柜进行冷却，从根本上克服了对变桨柜进行强制风冷过程中由于风量、风压不可控制等因素影响变桨柜冷却效果的弊端，该技术方案冷却效果远远超过强制风冷的冷却效果。

同时，本发明技术方案解决了变桨柜所处狭小且相对封闭环境的空气循环散热问题。由于解决了变桨柜的过温问题，风力发电机组不会因为变桨柜过温而导致停机，提高了风力发电机组的可利用率，使风力发电机组运行更加持续，吸收更多的风能，提高了整机的收益。

本发明技术方案对变桨柜的冷却方式可以使变桨柜整体处于较低温度，从而为柜体内电气元件提供了良好的工作环境，提升了电气元件的可靠性和使用寿命；本发明技术方案装置结构简单，便于安装，基本无需日常维护，具有较高的可靠性和较长的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例一中变桨柜冷却装置的结构示意主视图；

图2为本发明实施例一中变桨柜冷却装置的结构示意右视图；

图3为本发明实施例二中变桨柜冷却装置的结构示意主视图；

图4为本发明实施例二中变桨柜冷却装置的结构示意右视图；

图5为本发明实施例三中风力发电机组的结构示意图；

图6为本发明实施例三中变桨柜安装位置A的放大结构示意图。

附图标记：

10-变桨柜，20-集热装置，30-管路，40-冷凝器，50-风扇，21-散热翅片，22-热管，23-集热箱，31-集气管，32-回液管，1-导流罩，2-叶轮，3-发电机，4-机舱，5-塔架，6-轮毂，7-主轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的变桨柜冷却装置及配置有该冷却装置的风力发电机组进行详细描述。

在变桨柜内部存在的较多电器元件，其中主要的发热部件为绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，简称IGBT模块)，IGBT模块持续不断发出热量导致变桨柜温度逐渐升高，最终达到报警温度，致使风力发电机组停机。因此，本发明实施例的变桨柜冷却装置主要针对于IGBT模块安装位置相对应的变桨柜发热部位进行冷却，保证变桨柜整体处于合理温度范围，使风力发电机组不会因为变桨柜温度过高而停机，从而提高风力发电机组的可利用率，使风力发电机组工作更持续，利用更多的风能资源，提升整机的经济效益。同时，该变桨柜冷却装置可以使变桨柜内部的电气元件处于相对低温的环境，有利于提升电器元件的稳定性与使用寿命。

本发明的实施例主要是基于蒸发冷却传热方式的管内冷却技术，以当地气压作为该冷却装置的工作环境，通过填充在冷却装置回路中的冷却介质在回路不同位置进行相变完成吸热与放热，进而实现对变桨柜的冷却降温。在本发明的实施例中，冷却介质为市售产品，最为重要的物性参数为沸点和汽化潜热，在本实施例中，该冷却介质为氟碳化合物，例如：FF31L。依据风力发电机组运行特性，结合变桨柜温度控制策略，选择的冷却介质的沸点为46℃(常压下)，汽化潜热141.8J/kg。此外，冷却介质还具有高绝缘性、无毒环保，低粘度等特点。

实施例一

下面首先介绍一下本发明实施例的变桨柜冷却装置，图1为本实施例中变桨柜冷却装置的结构示意主视图；图2为图1的右视图。

如图1所示，本发明实施例中变桨柜冷却装置主要包括集热装置20、冷凝器40、以及设置在集热装置20与冷凝器40之间的管路30，管路30包括集气管31与回液管32，上述管路30使集热装置20与冷凝器40之间形成回路，在回路内填充冷却介质。

如图2所示，集气管31与回液管32均为双管结构，这种双管结构能够使冷却介质在回路中得到更为充分的流动，使冷却效果更佳。为加强冷凝效果，在冷凝器40的一侧还安装有低功率的风扇50，在本例中，风扇50为轴流风扇。

IGBT模块设置在变桨柜10内底部，因此，变桨柜10的发热部位为变桨柜10的底板位置，为更好的保证变桨柜10进行散热，在变桨柜10底板外侧，设置有多个散热翅片21，热源IGBT模块传出的热量通过设置在变桨柜10底板下方的散热翅片21向外扩散。同时，为了提高本发明实施例中变桨柜冷却装置的智能化与低能耗，在散热翅片21表面还安装有Pt100温度传感器，Pt100温度传感器对散热翅片21的温度进行实时监测，并将监测到的温度信号传递给风力发电机组的控制单元，进而通过风力发电机组远程监控系统对变桨柜冷却装置的运行情况进行实时掌控。

如图2所示，为了更好的实现热传递，集热装置20由多根热管22组成，每根热管都设置在散热翅片21的缝隙中，并且与散热翅片21紧密贴合，各热管22均与集气管31连通，当然，根据具体的设计需要，也可以将各热管22之间互相连通后统一与集气管31进行连通。同时，在本发明实施例中，对于热管22的形状并没有非常严格的显示，其可以为横截面为圆形、椭圆形、方形、三角形、多边形等任何形状的管状体，只要能够实现与散热翅片21的良好热传递即可。

本实施例中变桨柜冷却装置的具体工作过程如下：

散热翅片21将IGBT模块产生的热量传递给热管22，当热管22内的温度到达冷却介质的沸点温度50℃时，热管22内的冷却介质会发生汽化，从液态转变为气态，同时吸收大量的汽化潜热，气态的冷却介质经集气管31流入冷凝器40中，风扇50对冷凝器40进行辅助风冷。冷凝器40中的气态冷却介质遇冷后再次发生相变冷凝为液体，同时释放大量的热量。冷凝后的液体冷却介质通过回液管32再次流回到集热装置20的热管22内，完成一次冷却循环。

实施例二

如图3、图4所示，本实施例与实施例一的区别在于，集热装置20的结构不同。

在本例中，集热装置20为紧紧贴合于变桨柜10发热部位的集热箱23，集热箱23为箱体结构，当然也可以为圆柱体等其他形状，只要能够实现与变桨柜10有效的热传递，同时使其内部填充的冷却装置实现汽化即可。通过与变桨柜10的接触，使变桨柜10的热量传递至集热箱23。集热箱23通过管路30与冷凝器40形成回路，其中，管路30包括集气管31与回液管32。同时，在变桨柜10与集热箱23的接触表面还安装有Pt100温度传感器，Pt100温度传感器对变桨柜10发热部位的温度进行实时监测，并将监测到的温度信号传递给风力发电机的控制单元，进而通过风力发电机的远程监控系统对变桨柜冷却装置的运行情况进行实时掌控。

另外，为了降低变桨柜冷却装置的能耗，风扇50与风力发电机控制单元之间连接有控制信号线，控制单元通过风力发电机组叶轮的旋转速度来控制风扇50的启动、低速、高速运行状态，从而使风扇50与风力发电机组的运行工况做到较好的匹配，降低系统的整体能耗。

本实施例中变桨柜冷却装置的具体工作过程如下：

变桨柜10表面将IGBT模块产生的热量传递至集热箱23，当集热箱23内的温度到达冷却介质的沸点温度时，集热箱23内的冷却介质会发生汽化，从液态转变为气态，同时吸收大量的汽化潜热，气态的冷却介质经集气管31流入冷凝器40中，风扇50对冷凝器40进行辅助风冷。冷凝器40中的气态冷却介质遇冷后再次发生相变冷凝为液体，同时释放大量的热量。冷凝后的液态冷却介质通过回液管32再次流回到集热箱23内，完成一次冷却循环。

实施例三

下面介绍包含上述变桨柜冷却装置的风力发电机组。

图5为本发明实施例公开的一种带有变桨柜冷却装置的风力发电机组示意图，包括塔架5，在塔架5上方设置有机舱4、发电机3以及叶轮2与导流罩1，上述结构均为现有技术，在此不再赘述。

如图6所示，变桨柜10设置在叶轮2的轮毂6与主轴7所构成的狭小空间内，在本实施例中，为了使变桨柜冷却装置达到更好的冷却效果，将集热装置20设置在变桨柜10发热部位，冷凝器40及风扇50设置在导流罩1内的大空间低温区，在集热装置20与冷凝器40之间，通过管路30连接形成回路，在回路内填充冷却介质。

这种布局安排的优点在于：一方面，能够克服由于安装位置狭小而导致的变桨柜冷却装置结构过于拥挤，使冷却介质循环过程较短，无法充分进行冷却，进而影响冷却装置对变桨柜的冷却效果的问题；另一方面，将冷凝器40设置在导流罩1内的大空间低温区，能够通过冷却介质将变桨柜10内部热量从叶轮2根部的轮毂6的小小空间有效转移到导流罩1内部空间，同时由于导流罩1内部空间温度较低，也能够有效促进冷凝器内冷却介质的液化。同时，变桨柜冷却装置结合风力发电机组的运转特性，利用风力发电机组叶轮旋转效应可以促进变桨柜冷却装置内部冷却介质液体和气体的自循环，并且一定程度上强化了冷却装置内部的冷却循环，使系统的散热效果更佳。

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 (10)

1.一种变桨柜冷却装置，其特征在于：包括集热装置(20)与冷凝器(40)，所述集热装置(20)设置在变桨柜(10)发热部位，所述集热装置(20)与冷凝器(40)之间通过管路(30)连通形成回路，在所述回路内设有冷却介质，所述冷却介质在集热装置(20)内吸热汽化，在所述冷凝器(40)内放热液化，所述冷却介质在所述回路内循环运动。

2.根据权利要求1所述的变桨柜冷却装置，其特征在于：所述管路(30)包括集气管(31)与回液管(32)，所述集气管(31)与所述回液管(32)均设置在所述集热装置(20)与所述冷凝器(40)之间。

3.根据权利要求1所述的变桨柜冷却装置，其特征在于：在所述变桨柜(10)的发热部位设置有散热翅片(21)，所述集热装置(20)为热管(22)，所述热管(22)设置在所述散热翅片(21)缝隙中。

4.根据权利要求1所述的变桨柜冷却装置，其特征在于：在所述变桨柜的发热部位设置有集热箱(23)。

5.根据权利要求1所述的变桨柜冷却装置，其特征在于：在所述变桨柜(10)上设置有温度传感器，所述温度传感器将温度信号传送至风力发电机控制单元。

6.根据权利要求5所述的变桨柜冷却装置，其特征在于：在所述变桨柜(10)的发热部位设置有散热翅片(21)，所述温度传感器设置在所述散热翅片(21)上。

7.根据权利要求1所述的变桨柜冷却装置，其特征在于：所述冷凝器(40)设置在风力发电机组导流罩(1)内。

8.根据权利要求7所述的变桨柜冷却装置，其特征在于：在所述冷凝器(40)上还设置有风扇(50)。

9.根据权利要求8所述的变桨柜冷却装置，其特征在于：所述风扇(50)通过风力发电机控制单元控制。

10.一种风力发电机组，其特征在于：包括权利要求1-9任意一项所述的变桨柜冷却装置。