CN106471248A - 具有安装到塔架的热交换结构的风轮机 - Google Patents

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Abstract

一种风轮机，该风轮机具有：塔架；由所述塔架支撑的机舱；布置在所述塔架或所述机舱中的待冷却的至少一个单元；布置在所述机舱和塔架外部的安装到塔架的热交换结构；以及促使流体介质在所述至少一个单元和所述热交换结构之间流动的回路。为改善与周围空间的热对流，所述热交换结构包括一套面板，这些面板相互具有夹角并且从所述塔架向外延伸，使得周围空气流可以横穿所述面板，从而冷却所述单元。

Description

具有安装到塔架的热交换结构的风轮机
技术领域
本发明涉及一种风轮机，该风轮机包括塔架和由所述塔架支撑的机舱。机舱容纳转子，并且塔架和/或机舱包括待冷却的至少一个单元。交换结构布置在机舱和塔架的外部，并且回路提供了流体介质在单元和交换结构之间的流动。
背景技术
风轮机通常包括若干产生多余热量的单元。此类部件的实例是齿轮箱、变压器、轴承、发电机和电源转换器等。
这些单元通常容纳在塔架或机舱内的封闭空间中，并且与周围空间的热交换是受限的。通常，主动冷却(例如利用空气或冷却液在单元和热交换器之间的流动)是有必要的。
一种常用的用于电气部件的冷却结构包括风扇，所述风扇用于在电气部件周围产生气流或者用于产生穿过与所述部件联接的热交换器的气流。
特别地，非常大型的风轮机可包括附接在机舱外部(例如，固定到机舱顶板)的热交换器。由于机舱通常主动旋转，使得转子平面总是迎着风，所以这种安装在顶板上的热交换器也迎着风。热交换器因此向着同一方向(也就是相对于机舱和转子平面的前部)并排布置。
US7168251公开了一种将热交换器布置在塔架外部的液体冷却式风轮机。
由于热交换器设置在塔架旁边，与安装在顶板的热交换器相比，其会被塔架的壁部分地遮挡，因此这样的散热器通常效率低，而电动风扇通常必须被用来产生穿过热交换器的周围空气的强制流动。这增加了操作成本并且使风轮机更容易损坏。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种更简单、更便宜且潜在地更可靠的在风轮机中建立冷却的方式。
在第一方面中，本发明提供一种风轮机，其中安装到塔架的热交换结构包括至少一套大致平面形状的面板，这些面板的夹角介于5°到175°之间，并且其中所述面板被布置为从所述塔架延伸出的V形形状。所述面板由开放结构制成，使得周围的空气流可横向穿过所述面板。
根据本发明，通过将所述面板布置为从所述塔架延伸出的V形形状可获得非常有效的冷却。由此，无论风向如何，所述面板的最小组合区域都可以迎着风，此外，可以在各个面板的正面和背面都获得供风流过的至少一些自由空间。因此，当通过合适的方式将所述面板定位在所述塔架的外部时，所述面板可通过沿所述塔架外表面自然流动的空气进行冷却，而不需要使用例如从附接在所述面板附近的风扇或类似的动力通风机装置中产生的人为强制的空气流。
在第二方面中，本发明提供一种对位于风轮机的塔架或机舱中的单元进行冷却的方法，该方法包括如下步骤：引导流体从所述单元流动至热交换结构，所述热交换结构包括位于所述塔架和机舱外部的一套面板；以及通过沿着所述塔架的外表面的自然空气流来冷却所述一套面板，而不需要使用人为强制的空气流，其中，所述一套面板至少包括各自具有大致平面形状且夹角介于5°到175°之间的第一面板和第二面板，所述第一面板和所述第二面板被布置为从所述塔架延伸出的V形形状。
附图说明
接下来，本发明的实施方式将参考附图以举例的方式进行描述，其中：
图1示出了根据本发明实施方式的风轮机的一部分的立体图；
图2示出了图1中风轮机的横截面的俯视图；
图3示出了根据本发明实施方式的一套冷却面板；
图4示出了根据本发明实施方式用于风轮机的冷却系统的示意图；以及
图5示出了根据本发明实施方式包括用于分配清洁流体的喷嘴的面板的细节。
本发明的进一步适用范围通过下面的详细描述和具体实例将更加清楚。然而，应当理解的是，虽然指出了本发明的优选实施方式，但是详细描述和具体实例仅通过例证的方式给出，因为通过该详细描述，在本发明范围内进行的各种变化和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
当提到两个面板以夹角沿不同方向延伸时，在此指的是面板的表面相对于彼此是倾斜的，使得表面不会彼此齐平。该夹角绕两个面板公共的旋转中心测量，使得彼此相邻定位的两个面板具有180°的夹角，而彼此叠放的两个面板具有0°的夹角。
图1示出了风轮机1的一部分。风轮机包括承载机舱(未在任何附图中示出)的塔架2。风轮机还包括转子(未示出)，该转子由风驱动并连接至发电机，从而利用风力发电。
风轮机包括位于塔架内部的需要冷却的不同单元。例如，这种单元可能是转换器和/或变压器。这两个电气部件与提供冷却流体流动的回路相连，使得热能可经由布置在塔架外部的由面板3a、3b组成的一套面板3释放至周围空间。可从塔架的正面看到一套面板，而另一套面板的一部分可从右侧看到。这种分布可以更详细地在图2中看到，图2示出了图1的一部分的俯视图。
在所示的实施方式中，塔架装配有围绕塔架的圆形横截面相对于彼此移位120度的三套面板。这样，无论风向如何，风都能直接吹过至少一些面板的开放结构。
图3示出了由一套面板3的放大图。每套面板均包括第一面板3a和第二面板3b。每一面板均形成外围框架并具有开放结构，使得周围空气可横向流经面板。
所示的两个面板3a和3b大致为平面形状并以V形夹角在不同平面内延伸。根据本发明的各种实施方式，该角度可以介于5°至175°之间变化，最优选的角度约为120°，如附图所示。相比于由两个面板彼此邻近地放置在同一平面(对应于180°的角度)中而形成的单个平坦面板，夹角小于180°的组合的两个面板具有很多优势。随着风向的变化，总有至少最小的面板表面区域向着风是非常重要的。因为这个原因，适合于将两个面板定位为小于180°的不同角度。同时，如果该角度太小，使得两个面板或多或少地叠放(对应于接近0°的角度)，则同样的风将至少在一定程度上是经过两个面板的，从而不能提供理想的冷却效果。已发现最佳结果出现在夹角约为120°时。
此外，该套面板包括固定结构30，并包括协助相对于彼此支撑这两个面板的支撑梁31。从图3还可以看出，固定结构30包括用于将这套面板安装至风轮机塔架的附接构件32。在所示的实施方式中，每个固定结构均包括两个附接构件，每个附接构件均需要塔架中的孔。在其它实施方式中，这些附接构件中的至少一个可以是磁体。本发明的优势是，可以限制在塔架结构中制作的孔的数量，以避免削弱塔架结构。当成套安装面板时，可能只需要一或两个孔来安装一套面板，从而相比于现有技术具有巨大的优势。
由于面板不与塔架表面齐平，而是在一定程度上从塔架向外取向，所以风可以吹过开放结构而不需要采用动力风扇或其它装置来产生强制空气流；并且由于面板在不同的方向上延伸，所以任何风向都将至少会产生经过一些面板的空气流。
这套面板在塔架上的垂直定位可以位于转子平面的下方或后方，换句话说，位于在风轮机操作过程中叶片所掠过的塔架区域的后方或下方。两种定位都具有各自的优势。
图4以示意图示出了多套面板、变压器和转换器(包括例如蓄能罐、泵等的外围设备)之间的连接。系统形成回路，该回路促使流体介质经由流管系统5在热产生单元4和这些套面板33(这里示出四套)之间流动。热产生单元4位于塔架的内部。
图5进一步详细地示出了一个实施方式中的一个面板3a或3b，在该实施方式中该面板包括清洁系统。面板形成了刚性边缘12和在该边缘内居中的开放结构13。开放结构允许空气横向流经面板。开放结构可以包括用于流体介质的流道。为了一直保持良好的流动性能，可能有必要清洁面板，特别是清洁开放结构。出于该目的，风轮机包括带有喷嘴14的清洁系统，该喷嘴布置成在开放结构上分配清洁流体。清洁流体可以为淡水或用于溶解昆虫、盐和其它污染物的特定清洁剂。喷嘴可以特别地固定到边缘12，并且可以适于由例如容纳在塔架中的泵15所提供的高压。为了节省水，面板可在面板的底部处收集使用过的清洁流体。
每个面板均可以包括用于流体介质的入口和出口，其中面板在入口和出口之间平行延伸。此外，每个面板均可以具有近端部分朝向塔架且远端部分背离塔架的边缘，所述入口和出口布置在该边缘中。
在此，“面板”指的是用于在流体介质和周围空气之间进行热能交换并具有基本二维形状的热交换器，即面板的最大尺寸比对应的最小尺寸大得多。如果面板为方形或矩形，则面板的长度和高度中的至少一者比面板的厚度大得多。在此，面板的“边缘”指的是面板的具有最小尺寸的边，而面板的“表面”由面板的其它较大尺寸界定。
应当指出的是，优选地，由面板限定的平面大致平行于塔架的垂直纵向轴线取向。因此，优选地，面板的平面具有大致垂直的取向。
例如，面板的最大尺寸可以大于最小尺寸至少5倍，例如10-100倍。
面板可以具有对应于本领域中出于加热或冷却目的而公知的传统散热器的结构。特别地，面板可以形成例如由多个流体介质的导管形成的开放结构。
由于面板位于塔架的外部，所以面板可能直接与海水接触。因此可期望抗腐蚀特性。因此，面板可以部分或全部由非金属材料制成，例如由复合材料或涂有密封或抗腐涂层的金属材料制成。
为了无论风向如何都提供有效的冷却，根据本发明的风轮机可以包括(例如，围绕塔架等间距地)设置在塔架周围的不同位置的至少两套面板、优选为至少三套面板。如果采用三套面板，则这三套面板可以间隔120度地设置在塔架周围。
每个面板均可以包括用于流体介质的入口和出口，并且面板可以在入口和出口之间平行延伸。入口和出口可以位于面板的边缘中，例如，位于边缘的朝向塔架的那部分中。
在每个面板中，通道结构可以引导流体介质，以建立热能在面板的表面上的扩散。特别地，流体介质可以在面板中沿着从塔架向外、背离塔架的方向被引导。
面板中的至少一个面板的宽度可以至少为塔架直径的二十分之一，或甚至是塔架直径的十分之一。
这些套面板可以固定到共同的框架(例如，采取围绕塔架沿周向延伸的凸缘的形状)。框架可以沿着塔架移动，或者可以围绕塔架旋转直到框架的期望位置，因此获得了面板相对于塔架的期望位置。框架可以包括用于锁定位置从而将框架刚性地附接至塔架的附接装置。在该实施方式中，塔架的壁中需要用来紧固的孔的所需数量可能甚至进一步地减少。
为了获得塔架内部的热产生单元和面板之间的短距离，至少一套面板可以在单元的特定高度处直接设置在塔架外部，使得流体介质应该基本上在水平平面中流动，或至少主要在水平平面中流动。
至少一套面板可以通过铰链接头固定到塔架，允许相对于塔架旋转。由此，该套面板可以移动至这样的取向，在该取向上可以获得通过面板的良好流动性能。该套面板可以包括用于将该套面板相对于塔架移动的动力装置，并且该动力装置可以例如基于风向、塔架周围不同位置测得的温度、太阳入射角等被自动控制。
至少一套面板中的各个面板是可以对尺寸进行扩展的。这样，面板的容量就可以依据冷却的需要和/或依据通过该套面板的自然空气流进行调整。面板可以包括用于对面板进行扩展的调整装置，并且该调整装置可以例如基于风向、塔架周围不同位置测得的温度、太阳入射角等被自动控制。
蓄能罐可以设置在塔架的内部，以形成流体介质的缓冲存储。蓄能罐可以垂直设置在面板上方，以增加流体介质在面板中的压力。
为了保持良好的对流并使空气流过面板，风轮机可以包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴布置成使之可以在至少一个面板上分配清洁流体。例如，风轮机可以包括为每个面板设置的一排喷嘴，例如包括邻近地或直接地布置在面板上方的喷嘴。喷嘴可以从压力系统供给清洁流体，使得喷嘴充当高压水清洁器。
清洁流体可以是水，例如从海上风轮机的基部泵送的海水；或者可以是在风轮机附近收集的雨水；或者可以是在风轮机中或风轮机处的储存罐中储存的任何类型的流体。

Claims (15)

1.一种风轮机(1)，该风轮机包括：塔架(2)；由所述塔架支撑的机舱；由所述机舱支撑的转子；布置在所述塔架或所述机舱中的待冷却的至少一个单元；布置在所述机舱和塔架外部的安装到塔架的热交换结构；以及促使流体介质在所述至少一个单元和所述热交换结构之间流动的回路，
其中，所述热交换结构包括至少一套面板(3)，所述一套面板至少包括各自具有大致平面形状且夹角介于5°到175°之间的第一面板(3a)和第二面板(3b)，所述第一面板和所述第二面板被布置为从所述塔架延伸出的V形形状。
2.根据权利要求1所述的风轮机，其中，所述第一面板和所述第二面板以介于40°到160°之间的夹角在不同平面中延伸，所述夹角优选地介于75°到145°之间，更优选地介于110°到130°之间。
3.根据权利要求1或2所述的风轮机，其中，所述第一面板和所述第二面板以约120°的夹角在不同平面中延伸。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机，其中，所述第一面板(3a)和所述第二面板(3b)安装在同一固定结构(30)上。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机，其中，所述第一面板(3a)和所述第二面板(3b)彼此邻近地安装在同一固定结构(30)上，间距小于所述第一面板和所述第二面板之一的宽度的一半。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机，其中，所述第一面板和所述第二面板具有开放结构(13)，该开放结构允许空气流横向穿过所述面板，由此所述面板能被沿着所述塔架的空气流冷却。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的风轮机，其中，所述固定结构(30)包括至少一个附接构件(32)，所述至少一个附接构件用于穿过所述塔架的壁中的孔以将所述一套面板固定至所述塔架。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的风轮机，其中，所述固定结构(30)适于通过利用所述塔架的壁中的两个以下的孔将至少两个面板固定至所述塔架。
9.根据权利要求4至8中的任一项所述的风轮机，其中，所述固定结构(30)包括用于协助将所述一套面板固定至所述塔架的磁体。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机，其中，所述热交换结构包括在所述塔架周围沿周向基本上等间隔分布的至少三套面板。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机，其中，至少一套面板和所述单元位于大致同一垂直高度。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机，其中，至少一套面板通过铰链结合至所述塔架，该铰链允许该至少一套面板相对于所述塔架旋转。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机，所述风轮机包括用于所述流体介质的蓄能罐(11)，所述蓄能罐位于所述塔架中。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机，所述风轮机包括用于在所述至少一套面板之上分配清洁流体的至少一个喷嘴(14)。
15.一种对位于风轮机(1)的塔架(2)或机舱中的单元进行冷却的方法，该方法包括如下步骤：引导流体从所述单元流动至热交换结构，所述热交换结构包括位于所述塔架和机舱外部的一套面板(3)；以及通过沿着所述塔架的外表面的自然空气流来冷却所述一套面板，而不需要使用人为强制的空气流，其中，所述一套面板至少包括各自具有大致平面形状且夹角介于5°到175°之间的第一面板(3a)和第二面板(3b)，所述第一面板和所述第二面板被布置为从所述塔架延伸出的V形形状。
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