CN105484947A - 风力发电机组用冷却装置、风力发电机组及运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风力发电机组用冷却装置、风力发电机组及运行控制方法。该冷却装置包括：风扇，其设置在所述进风口处；风管，其具有风道、与风道连通的进风口和与风道连通的至少一个出风口，出风口朝向被冷却物或伸入所述被冷却物内部；配流部，其设置在风管上，并控制各出风口的出风量。该冷却装置能够实现对不同发热功率的发热部件分配不同的冷却风量的目的，精确组织和控制风力发电机组内的冷空气流动，增大了对冷空气的利用效率，提高了风力发电机组的散热性能和散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及风力发电机组用冷却装置、风力发电机组及运行控制方法。
背景技术
随着风力发电机组单机容量的增大，其运行过程中各部件的发热量也大大增加，如何有效降低风力发电机组主要部件的运行温度已成为该领域内关键问题之一。
目前运行的风力发电机组主要采用风冷或者液冷的冷却方式，或者采用风冷和液冷结合的冷却方式，但不论采取哪种方式，均是对冷却介质进行集中传输或控制的方式，实现对处于高温状态的风力发电机组进行集中式的散热方式，并不能根据不同部件的发热功率和温控目标制定和实施散热策略，导致散热效率不高。
发明内容
本发明的实施例提供一种风力发电机组用冷却装置、风力发电机组及运行控制方法，以解决现有的散热方式中存在的不能根据不同发热部件的发热功率和温度目标实施散热策略的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例提供一种风力发电机组用冷却装置，包括：风扇，其设置在进风口处；风管，其具有风道、与风道连通的进风口和与风道连通的至少一个出风口，出风口朝向被冷却物或伸入所述被冷却物内部；配流部，其设置在风管上，并控制各出风口的出风量。
进一步地，风管包括主线风管和连接在主线风管上的支线风管，进风口设置在主线风管上，出风口设置在主线风管和/或支线风管上。
进一步地，配流部为流量控制阀或者散热风扇。
进一步地，至少一个出风口处设置有检测被冷却物温度的温度传感器，冷却装置还包括控制单元，控制单元与温度传感器连接，并根据温度传感器的检测温度控制配流部。
进一步地，出风口位于被冷却物外或出风口伸入被冷却物内。
本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，包括塔筒、机舱和设置塔筒或机舱内的被冷却物，风力发电机组还包括上述的冷却装置，风管的进风口穿出塔筒壁。
进一步地，塔筒的塔筒壁上设置有第一排风口。
本发明的另一方面，提供一种风力发电机组运行控制方法，用于控制上述的风力发电机组，其控制方法包括如下步骤：
根据各被冷却物的发热功率、目标温度以及冷却气体的温度计算各被冷却物所需的冷却风量；
根据计算得到的各被冷却物的冷却风量，控制并调整风管的配流部，使各配流部的输出风量达到各自对应的被冷却物所需冷却风量的要求。
进一步地，控制并调整风管的配流部，使各配流部的输出风量达到各自对应的被冷却物所需冷却风量的要求的步骤的具体处理方法还包括：根据温度传感器探测到的被冷却物的温度，动态控制配流部的排风量的大小。
本发明实施例提供的风力发电机组用冷却装置，具有可根据不同发热部件的需要，采用风管出风口配流部控制和调整相应出风量，对需求不同的发热部件输出不同的风量，此外还可通过动态监控的方式，及时调整工作过程中不同发热部件的输出风量。与传统的风力发电机组散热方式相比，能够精确组织和控制风力发电机组内的冷却气体流动，不仅满足了发热部件散热的基本要求，还避免了个别部件过度散热的情况发生，增大了对冷却气体的利用效率，提高了风力发电机组的散热性能和散热效率，同时提高了其可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一的风力发电机组用冷却装置结构示意图；
图2为本发明实施例二的风力发电机组用冷却装置结构示意图；
图3为本发明实施例二的支线风管排风方式一的处理示意图；
图4为本发明实施例二的支线风管排风方式二的处理示意图。
附图标记说明：
1-发电机；2-第一排风口；3-被冷却物；31-第一被冷却物；32-第二被冷却物；33-第三被冷却物；34-第四被冷却物；4-机舱；5-风管；51-第一支线风管；52-第二支线风管；53-第三支线风管；6、配流部；61-第一配流部；62-第二配流部；63-第三配流部；64-第四配流部；7-风扇；8-第二排风口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例的风力发电机组用冷却装置、风力发电机组及运行控制方法进行详细描述。
本发明的实施例中的风力发电机组用冷却装置主要用于对风力发电机组塔筒或风力发电机组机舱内的被冷却物提供冷却气体。当然，在其他实施例中，该冷却装置还可以应用于任何其他需要冷却的环境中。
如图1所示，在本发明的实施例一中，风力发电机组用冷却装置对塔筒底部的被冷却物3进行散热。此时，风力发电机组用冷却装置包括风扇7，用于为风力发电机组用冷却装置提供冷却气体，冷却气体可以是冷空气。随着风力发电机组的功率逐步增大，自然通风已经无法满足机组的冷却要求，需要通过对风力发电机组设置风扇7，对其内各部件进行强制鼓风从而达到冷却效果，根据实际工况中的散热目标，通常选取混流风扇，为风力发电机组源源不断地提供冷空气来源。
风力发电机组用冷却装置还包括风管5，风管5包括风道、与风道连通的进风口以及与风道连通的至少一个出风口，出风口朝向被冷却物3。根据风力发电机组被冷却物3的实际散热需求，可将风管5架设于需要散热的部件处周围，并使其出风口朝向被冷却物3，对被冷却物3进行散热。风管5的数量和/或风管5的出风口的数量可以是一个，也可以是多个，主要根据被冷却物的数量而定(在本实施例一中，只需一个风管5对一个被冷却物3散热即可)，达到对被冷却物3充分实施冷却的目标即可。
风力发电机组用冷却装置还包括配流部6，配流部6设置在风管5上，并控制其出风口的出风量，对被冷却物3进行冷却。具体来说，当被冷却物3所需的散热风量较大时，可控制配流部6，使其输出的冷空气流量大一些，对被冷却物3提供更多的风量，满足被冷却物3的散热要求。另一方面，当被冷却物3被过度冷却的时候，可控制配流部6的输出流量小一些，避免被冷却物3出现冷却过度的现象。
如图2所示，在本发明的实施例二中，风力发电机组用冷却装置需要分别对塔筒内的三个被冷却物进行散热，同时还要对机舱内的被冷却物进行冷却。
为解决上述被冷却物的冷却问题，该风力发电机组用冷却装置的风管包括主线风管和支线风管，支线风管设置于主线风管的分支处，进风口设置在主线风管上，出风口设置在主线风管和/或支线风管上。
具体来说，风管包括主线风管5和第一支线风管51，其中第一支线风管51的进风口设置在主线风管5上。第一支线风管51的出风口设置有第一配流部61，且设置于第一被冷却物31所在位置处，为第一被冷却物31提供冷空气。风管还包括第二支线风管52，其进风口设置在主线风管5上，第二支线风管52设置有两个出风口，两个出风口上分别设置第二配流部62和第三配流部63，分别为第二被冷却物32和第三被冷却物33提供冷空气。为解决机舱内的第四被冷却物34的冷却问题，风管5还包括第三支线风管53，其进风口设置在主线风管5上，第三支线风管53的出风口上设置第四配流部64，并对准机舱内的第四被冷却物34，为第四被冷却物34提供冷空气。主线风管5和支线风管的出风口数量不少于被冷却物的数量，即可以是主线风管5和支线风管上一个出风口对应一个被冷却物，也可以是两个或多个出风口对应一个被冷却物，总之只要达到对被冷却物的散热目标即可，本发明的实施例在此不做限定。
进一步地，第一配流部61、第二配流部62、第三配流部63和第四配流部64，可以是散热风扇，也可以是流量控制阀，能够控制风管出风口的冷却空气的排出量，对被冷却物进行散热。一方面，风力发电机组内各被冷却物的发热功率、温控目标以及冷却气体的温度(冷却气体的出口温度以环境温度为准)可以预先得知，因此各被冷却物所需的冷却风量也可以预先计算出，因而可以根据各被冷却物所需的冷却风量设计好各自对应的配流部是选择流量控制阀或者是散热风扇。例如第二被冷却物32所需的冷却风量较大，对应的第二配流部62可以设置流量控制阀，并设定好较大的开口度，以满足第二被冷却物32的散热要求。第二配流部62还可以设置为散热风扇，在现有散热风的基础上，增大出风量，满足第二被冷却物32的散热要求。再例如，根据第三被冷却物33的发热功率和温控目标计算可知，第三被冷却物33所需的冷却风量较小，于是对应的第三配流部63可以设置开口度较小的流量控制阀，即可满足第三被冷却物33的散热要求，避免在冷却过程中，对第三被冷却物33的冷却风量提供的过大，使其产生过度冷却的情形。
较优地，冷却装置还可以在各出风口处设置温度传感器(未示出)，用于检测被冷却物的工作温度，冷却装置还包括控制单元(未示出)，控制单元与温度传感器连接，并根据温度传感器的检测温度控制配流部。举例来说，一旦发现被冷却物的温度过高，可以通过控制单元控制其对应的流量控制阀或风扇，提供更大的排风量，带走过高的热量，以免被冷却物因散热不足而损坏。反之，如果动态监控到被冷却物的工作温度过低，也可以通过主控控制其对应的流量控制阀或风扇，减小相应的排风量，避免被冷却物过度冷却。
作为一种可实施方式，风管5可以是PVC(聚氯乙烯，英文名称是Polyvinylchloride)材质的风管，具有加工性能良好，制造成本低，耐腐蚀等特点，也可以是金属材质的风管，其中金属风管就是用各种金属材料制作的风管，常用包括镀锌铁皮和不锈钢等，具有良好的强度和刚性均匀的特点，且密封性能较好。
风管的截面面积可以是圆形风管，矩形风管，扁圆风管或者其他形状的风管，具体根据实际工作环境设计选型。
如图3所示，作为实施例二的一种可实施方式，第二支线风管52的出风口设置于第二被冷却物32的外部的周围，对第二被冷却物32进行散热，即第二支线风管52的出风口对准第二被冷却物32的外部进行鼓风，带走第二被冷却物32产生的热量。
如图4所示，作为实施例二的另一种可实施方式，第二支线风管52的出风口伸入第二被冷却物32的内部，对第二被冷却物32进行冷却，此种方式可实现对第二被冷却物32内部的关键零部件或高热区有针对性的散热，使散热效果更好。较优地，在第二被冷却物32的底部开设第二排风口8，以便于散热过后的热空气能及时排出。
作为还可实施方式，冷却装置的配流部为分配风管，分配风管与风管连接，也可以通过调整分配风管的横截面积或形状来实现对风管出风流量的控制，进而达到对不同发热部件输出不同流量的冷空气进行散热的目的。
本发明实施例提供的风力发电机组用冷却装置，具有可根据不同被冷却物的需要(根据目标部件的散热要求和发热功率的需要)，采用风管出风口配流部控制和调整相应出风量，对需求不同的被冷却物输出不同的风量，此外还可通过动态监控的方式，及时调整工作过程中不同被冷却物的输出风量。与传统的风力发电机组散热方式相比，能够精确组织和控制风力发电机组内的冷空气流动，不仅满足了被冷却物散热的基本要求，还避免了个别部件过度散热的情况发生，增大了对冷空气的利用效率，提高了风力发电机组的散热性能和散热效率，同时提高了其可靠性。
本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，包括塔筒、机舱和设置所述塔筒或所述机舱内的被冷却物，风力发电机组还包括上述的冷却装置，风管的进风口穿出塔筒壁。
进一步地，塔筒的塔筒壁上设置有第一排风口2，可以是一个或者多个，具体地，第一排风口2的位置高于设置在塔筒内的被冷却物，且低于机舱，或者第一排风口2设置在塔筒壁上的其他位置，主要目的是便于塔筒内部的气体散热。
如图2所示，作为一种可实施方式，风管5的进风口设置于塔筒底部，其进风口穿出塔筒壁，以便能够对塔筒底部的重要零部件进行冷却。风管5分支出的第一支线风管51的出风口即可对设置在塔筒底部的第一被冷却物31进行冷却，随着风管5的铺设路径逐步延伸至塔筒上部，该风力发电机组用冷却装置可以对塔筒任何位置的零部件进行冷却。在本发明的实施例中，风管5的第二支线风管52的出风口即分别对塔筒中部的第二被冷却物32和第三被冷却物33进行冷却。风管5的出风口还可以设置在塔筒上部，并延伸至风力发电机组机舱，这样可以对机舱内的部件进行冷却。在本发明的实施例中，风管5的第三支线风管53上的出风口即对机舱内的第四被冷却物34进行冷却。较优地，塔筒上部还设置有相应的第一排风口2，第一排风口2的位置高于设置在塔筒内的被冷却物，且低于机舱。使得冷却完后的空气能及时排出，以免在塔筒内造成热量堆积的现象。
当然，风管的铺设和布局的方式还可以是其他形式，具体可根据被冷却物的所在位置及数量灵活设置，不限于本发明实施例所给出的布局方式。
本发明的另一方面，提供一种风力发电机组运行控制方法，用于控制上述的风力发电机组，其控制方法包括如下步骤：
根据各被冷却物的发热功率、目标温度以及冷却气体的温度计算各被冷却物所需的冷却风量；
风力发电机组内的被冷却物，通常在出厂后，其发热功率(额定功率)及目标温度(额定温度)就已经确定了。可根据被冷却物的发热功率、目标温度以及冷却气体的温度计算出被冷却物所需的冷却风量。其中风管出风口冷却气体的出口温度以环境温度为准。计算方法可以用仿真模拟计算方法，也可以用经验公式计算。考虑风管压头压降损失等因素，最终得到的计算结果乘以相应系数，如110％，作为被冷却物所需流量值。
根据计算得到的各被冷却物的冷却风量，控制并调整风管的配流部，使各配流部的输出风量达到各自对应的被冷却物所需冷却风量的要求。
对各被冷却物所需的风量值求和，得到总的被冷却物所需的风量值，考虑到风管阻力带来的流量损失，可取120％的风量作为入口风量。总和所有支线的压损，可取其150％作为入口风扇的压头设计要求。根据入口风扇的风量及支线的压头设计选择支线风管配流部，支线风管配流部处设置风扇或流量控制阀。根据各被冷却物的目标温度控制并调整风管各出风口配流部的风扇或流量控制阀，使各风扇或流量控制阀的输出风量达到各自对应的被冷却物所需冷却风量的要求。
较优地，控制并调整风管的配流部，使各配流部的输出风量达到各自对应的被冷却物所需冷却风量的要求的步骤的具体处理方法还包括：根据温度传感器探测到的被冷却物的温度，动态控制所述配流部的排风量的大小。
配流部温度传感器用于动态监控被冷却物的工作温度。一旦发现被冷却物的温度过高，可以通过主控控制调整(单调或联调)其配流部对应的流量控制阀或风扇，提供更大的排风量，带走过高的热量，以免被冷却物因散热不足而损坏。反之，如果动态监控到被冷却物的工作温度过低，也可以通过控制单元控制其对应的流量控制阀或风扇，减小相应的排风量，避免被冷却物过度冷却。
本发明实施例提供的一种风力发电机组用冷却装置运行控制方法，具有可根据不同发热部件的需要(根据目标部件的散热要求和发热功率的需要)，控制风管出风口风量，对需求不同的发热部件输出不同的风量，此外还可通过动态监控的方式，及时调整工作过程中不同发热部件的输出风量，实现对发热部件的智能控制。与传统的风力发电机组散热方式相比，能够精确组织和控制风力发电机组内的冷空气流动，不仅满足了发热部件散热的基本要求，还避免了个别部件过度散热的情况发生，增大了对冷空气的利用效率，提高了风力发电机组的散热性能和散热效率，同时提高了其可靠性。
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 (9)
1.一种风力发电机组用冷却装置，其特征在于，包括：
风扇(7)，其设置在进风口处；
风管(5)，其具有风道、与所述风道连通的进风口和与所述风道连通的至少一个出风口，所述出风口朝向被冷却物或伸入所述被冷却物内部；
配流部(6)，其设置在所述风管(5)上，并控制各所述出风口的出风量。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组用冷却装置，其特征在于，所述风管(5)包括主线风管和连接在所述主线风管上的支线风管，所述进风口设置在所述主线风管上，所述出风口设置在所述主线风管和/或所述支线风管上。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组用冷却装置，其特征在于，所述配流部(6)为流量控制阀或者散热风扇。
4.根据权利要求1或3所述的风力发电机组用冷却装置，其特征在于，至少一个所述出风口处设置有检测所述被冷却物温度的温度传感器，所述冷却装置还包括控制单元，所述控制单元与所述温度传感器连接，并根据所述温度传感器的检测温度控制所述配流部(6)。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组用冷却装置，其特征在于，所述出风口位于所述被冷却物外或所述出风口伸入所述被冷却物内。
6.一种风力发电机组，包括塔筒、机舱(4)和设置所述塔筒或所述机舱(4)内的被冷却物，其特征在于，所述风力发电机组还包括权利要求1至5中任一项所述的冷却装置，所述风管(5)的进风口穿出塔筒壁。
7.根据权利要求6所述的风力发电机组，其特征在于，所述塔筒的塔筒壁上设置有第一排风口(2)。
8.一种风力发电机组运行控制方法，其特征在于，用于控制权利要求6或7所述的风力发电机组，其控制方法包括如下步骤：
根据各被冷却物的发热功率、目标温度以及冷却气体的温度计算各被冷却物所需的冷却风量；
根据计算得到的各被冷却物的冷却风量，控制并调整风管的配流部，使各配流部的输出风量达到各自对应的被冷却物所需冷却风量的要求。
9.根据权利要求8所述的风力发电机组运行控制方法，其特征在于，控制并调整风管的配流部，使各配流部的输出风量达到各自对应的被冷却物所需冷却风量的要求的步骤的具体处理方法还包括：根据温度传感器探测到的被冷却物的温度，动态控制所述配流部的排风量的大小。
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