CN106640556A - 一种非能动风冷却风力发电机机舱 - Google Patents

一种非能动风冷却风力发电机机舱 Download PDF

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李兵
王尧新
宋振龙
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Abstract

本发明公开了一种非能动风冷却风力发电机机舱，其包括舱体(1)，在舱体(1)的进风面(11)和出风面(12)上分别独立地开设有截面呈圆形的直径渐缩的进风孔(111)和出风孔，在舱体(1)内设置有齿轮箱(2)和发电机(3)，在齿轮箱(2)和发电机(3)上分别设置有肋片(21)。本发明所述机舱非能动自然风就可以使其内部的齿轮箱和发电机进行冷却。

Description

一种非能动风冷却风力发电机机舱
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及风力发电机机舱，特别地，涉及一种非能动风冷却风力发电机。
背景技术
风力发电机发电的原理是风吹动风轮旋转，风轮带动主轴旋转，主轴的转速经过齿轮箱变速后，带动发电机转动，从而完成发电过程。
但是，齿轮箱、发电机等旋转副在转动过程中会产生大量的热量，如果不进行散热，会影响齿轮箱和发电机的正常工作。
在现有技术中，一般在机舱中都设有水冷系统和油冷系统，以保证发电机的正常工作。这种散热方式需要专门的设备(如泵、散热器、管路、阀门等)，结构复杂，而且故障几率较高，并因此发生了多起风机烧毁事故。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种非能动风冷却风力发电机机舱，在机舱进风面和出风面上设置有直径逐渐缩小的进风口和出风口，这样不仅加快了机舱内空气流通，并且使进入机舱的空气经压缩降温，对齿轮箱和发电机等实现非能动风冷却，从而完成本发明。
本发明一方面提供了一种非能动风冷却风力发电机机舱，具体体现在以下方面：
(1)一种非能动风冷却风力发电机机舱，其特征在于，所述机舱包括舱体1，其中，沿风流动方向，
所述舱体1呈渐缩流线型结构；
在所述舱体1的一端设置有进风面11、另一端设置有出风面12，其中，在进风面11上开设有截面呈圆形的进风孔111，在出风面12上开设有截面呈圆形的出风孔。
(2)根据上述(1)所述的风力发电机机舱，其中，沿风在舱体内的流动方向，所述进风孔111和所述出风孔的直径均逐渐缩小。
(3)根据上述(1)或(2)所述的风力发电机机舱，其中，
所述进风孔的最大直径为5～20cm，优选为10～15cm，更优选为12cm；
所述进风孔的最小直径为3～15cm，优选为为5～10cm，更优选为8cm；
和/或
所述出风孔的最大直径为5～20cm，优选为10～15cm，更优选为12cm；
所述出风孔的最小直径为3～15cm，优选为为5～10cm，更优选为8cm。
(4)根据上述(1)至(3)之一所述的风力发电机机舱，其中，所述进风孔在进风面上为梅花型错位排列，所述出风孔在出风面上为梅花型错位排列。
(5)根据上述(1)至(4)之一所述的风力发电机机舱，其中，
在舱体1的外部、进风面11的上端设置有进风罩13；和/或
在舱体1内部、在进风面上端设置有导流板14。
(6)根据上述(1)至(5)之一所述的风力发电机机舱，其中，
所述进风罩13采用多层不锈钢制成，在相邻两层不锈钢之间填充有泡沫材料，优选地，所述进风罩采用二至五层不锈钢制成，在相邻两层不锈钢之间填充有泡沫材料；和/或
所述导流板14由铝合金制成。
(7)根据上述(1)至(6)之一所述的风力发电机机舱，其中，在舱体1内设置有齿轮箱2和发电机3，其中，在齿轮箱2和发电机3的外表面均设置有肋片21，优选地，所述肋片为底面为等腰三角形的三棱柱结构。
(8)根据上述(1)至(7)之一所述的风力发电机机舱，其中，所述三棱柱结构包括底面211、第一侧面212和位于第一侧面212对面的第一侧棱213，其中，所述第一侧棱213位于齿轮箱2或发电机3的前端，所述第一侧面212位于齿轮箱2或发电机3的后端。
(9)根据上述(1)至(8)之一所述的风力发电机机舱，其中，
第一侧面212的宽度为2～20mm，优选为10～20mm，更优选为15mm；和/或
对于相邻的两个肋片21，相邻的两个第一侧棱213之间的距离为5～30mm，优选为5～20mm，更优选为10～15mm。
(10)根据上述(1)至(9)之一所述的风力发电机机舱，其中，
在肋片21的表面设置有多个弧形凹坑；和/或
在舱体1的内表面上设置有波形板。
附图说明
图1示出本发明所述非能动风冷却风力发电机机舱的结构示意图；
图2示出进风面的结构示意图；
图3示出图2在A-A处的截面示意图，在图3中，箭头表示舱体内空气(风)流动方向；
图4示出齿轮箱的左视示意图；
图5示出齿轮箱的俯视示意图，在图5中，箭头表示舱体内空气(风)流动方向；
图6示出肋片的结构示意图。
附图标号说明：
1-舱体；
11-进风面；
111-进风口
12-出风面；
13-进风罩；
14-导流板；
2-齿轮箱；
21-肋片；
211-底面；
212-第一侧面；
213-第一侧棱；
3-发电机；
4-热油管；
5-冷却器；
6-冷油管。
具体实施方式
下面通过附图对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供了一种非能动风冷却风力发电机机舱，如图1所示，所述机舱包括舱体1，在舱体1内设置有齿轮箱2和发电机3，还设置有齿轮箱冷却装置。如图1所示，所述齿轮箱冷却装置包括热油管4、冷却器5和冷油管6。
其中，所述冷却器采用空气冷却和水冷却相结合的方式，两种冷却方式采用串联的形式，一种冷却方式失效，另一种仍然能够运行。
在进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述舱体1呈渐缩流线型结构。
其中，渐缩结构使作用于舱体上的流动空气受到的阻力逐渐减小，流线型又进一步促进了空气在舱体上的流动。
在更进一步优选的实施方式中，如图1所示，在舱体1的前端设置有进风面11，在舱体1的后端设置有出风面12。
其中，进风面的朝向始终与发电机风轮的正面朝向相同，以最大限度地收集外界的冷风。
根据本发明一种优选的实施方式，如图1所示，在舱体1的外部、进风面11的上端设置有进风罩13。
其中，所述进风罩13的作用是导引舱体1外部的风力(流动空气)通过进风面进入舱体内，即在舱体1的外面对流动空气(风)进行引流，使其较多地进入舱体1内，带走舱体1内的部件的热量，进行冷却降温。
在进一步优选的实施方式中，所述进风罩13采用多层不锈钢制成，在相邻两层不锈钢之间填充有泡沫材料。
在更进一步优选的实施方式中，所述进风罩采用二至五层不锈钢制成，在相邻两层不锈钢之间填充有泡沫材料。
其中，进风罩设置在舱体1外部，而舱体1外部风力较大，因此，必须保证进风罩的强度。
根据本发明一种优选的实施方式，如图1所示，在舱体1内部、在进风面上端设置有导流板14。
其中，导流板的作用是对进入舱体1内的流动空气(风)进行导流，使其流向齿轮箱2和发电机3附近，对齿轮箱2和发电机3进行降温。
在进一步优选的实施方式中，所述导流板14由铝合金制成。
其中，所述导流板设置在舱体1内，其承受的风力相对于进风罩小很多，因此不需要其具有很高的强度，只要能对舱体1内的流动空气(风)进行引流即可。
根据本发明一种优选的实施方式，在进风面11和出风面12的外侧均设置有过滤网。
其中，所述过滤网具有防水、防尘的功能，可以保持舱体内部的洁净。
根据本发明一种优选的实施方式，如图2所示，在进风面11处开设有进风孔111。
在进一步优选的实施方式中，如图2所示，所述进风孔的截面呈圆形。
在更进一步优选的实施方式中，如图2所示，所述进风孔在进风面上为梅花型错位排列。
其中，所述梅花型错位排列是指所述进风孔的排与排之间相互平行，只是相邻两排错位一定间距，所述间距为位于同排的相邻两个进风孔的轴心之间的距离的一半。其中，以任意一个(边缘处的除外)进风孔为中心，其周围围绕有六个进风孔，形成梅花状。采用梅花型错位排列可以提高进风面的开孔率，增加进风面上的孔密度，进一步提高进入舱体内的空气流量。
根据本发明一种优选的实施方式，如图3所示，沿空气流动方向，所述进风孔的直径逐渐缩小。
其中，在图3中，箭头方向为舱体内空气流动方向，在本发明中，利用渐缩喷管原理，通过进风孔进入舱体内的空气在流动过程中被逐渐压缩，空气的温度逐渐降低，最终，进入舱体内的空气的温度相较于舱体外的空气的温度低很多，并且，这种方式可以使空气流通速度加快，因此，可以实现对舱体内部件的降温。
在本发明中，通过渐缩进风孔使空气降温，实现非能动风冷却、增加其换热。
在进一步优选的实施方式中，所述进风孔的最大直径为5～20cm，最小直径为3～15cm。
其中，按空气流动方向有前往后流动，最大直径是指进风孔的前端的直径，最小直径是指进风孔的后端的直径。其中，进风孔的前端的直径大于进风孔的后端的直径。
在更进一步优选的实施方式中，所述进风孔的最大直径为10～15cm，例如12cm，最小直径为5～10cm，例如8cm。
根据本发明一种优选的实施方式，在出风面12处开设有出风孔。
在进一步优选的实施方式中，所述出风孔的截面呈圆形。
在更进一步优选的实施方式中，所述出风孔在出风面上为梅花型错位排列。
根据本发明一种优选的实施方式，沿空气流动方向，所述出风孔的直径逐渐缩小。
其中，出风孔和进风孔均设置为渐缩结构的圆孔状，这样，加速了舱体内的空气流通，即增强了舱体内的换热。
在进一步优选的实施方式中，所述出风孔的最大直径为5～20cm，最小直径为3～15cm。
在更进一步优选的实施方式中，所述出风孔的最大直径为10～15cm，例如12cm，所述出风孔的最小直径为5～10cm，例如8cm。
根据本发明一种优选的实施方式，如图4、图5所示，在齿轮箱2和发电机3的外表面均设置有肋片21。
在进一步优选的实施方式中，在齿轮箱2的上表面、前侧面和后侧面上以及发电机3的上表面、前侧面和后侧面上分别设置有肋片21。
在更进一步优选的实施方式中，所述肋片采用铝合金制成。
其中，在齿轮箱和发电机上设置有肋片可以增大齿轮箱和发电机的换热面积，使其快速冷却。
根据本发明一种优选的实施方式，如图6所示，所述肋片为底面为等腰三角形的三棱柱结构。
在进一步优选的实施方式中，如图6所示，所述三棱柱结构包括底面211、第一侧面212和位于第一侧面212对面的第一侧棱213。
其中，所述第一侧面为由截面等腰三角形的底边形成的侧面，所述第一侧棱为由截面等腰三角形的顶点形成的侧棱。
根据本发明一种优选的实施方式，如图5所示，所述三棱柱的底面211设置于齿轮箱或发电机的外表面上。
其中，三棱柱的底面与齿轮箱或发电机的外表面接触，使三棱柱的各侧面均与齿轮箱或发电机的外表面垂直。
在进一步优选的实施方式中，如图5所示，所述第一侧棱位于齿轮箱或发电机的前端，所述第一侧面位于齿轮箱或发电机的后端。
其中，沿空气流动方向，肋片的厚度逐渐增大，这样，相邻两个肋片之间的空隙也是随着空气流动方向逐渐减小。这样，流经肋片件的空气被压缩，从肋片出来的空气温度降低，提高其对机舱的降温冷却效果。
在现有技术中，舱体内的冷风流经齿轮箱后带走齿轮箱上的热量，会使机舱内的冷风温度升高、进而影响其对机舱后面部件(例如发电机)的冷却效果。而在本发明中，冷风在经过肋片时，再一次被压缩，冷风的温度降低，再对发电机进行冷却。
根据本发明一种优选的实施方式，第一侧面212的宽度为2～20mm。
在进一步优选的实施方式中，第一侧面212的宽度为10～20mm。
在更进一步优选的实施方式中，第一侧面212的宽度为15mm。
根据本发明一种优选的实施方式，对于相邻的两个肋片，相邻的两个第一侧棱之间的距离为5～30mm。
在进一步优选的实施方式中，对于相邻的两个肋片，相邻的两个第一侧棱之间的距离为5～20mm。
在更进一步优选的实施方式中，对于相邻的两个肋片，相邻的两个第一侧棱之间的距离为10～15mm。
根据本发明一种优选的实施方式，在肋片的表面设置有多个弧形凹坑。
其中，所述弧形凹坑在图4～6中未表现出来，在本发明中，设置有弧形凹坑一方面增加了肋片的表面积，即增大了肋片的换热面积，另一方面当冷风流经肋片时，尤其是在相邻两肋片之间时，弧形凹坑使其肋片之间的流动的冷风发生湍流，延长了冷风在肋片上的停留时间，即增强了肋片的换热效果。
根据本发明一种优选的实施方式，在舱体1的内表面上设置有波形板。
其中，波形板可以使舱体内的冷风发生湍流，进而提高散热效果。
在本发明中，以风在舱体内的流动方向为从左到右，即进风面位于机舱的左侧，出风面位于机舱的右侧。在图3、图5和图6中，箭头方向为舱体内风的流动方向。发电机上肋片的设置与齿轮箱类似。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明所所述风力发电机机舱巧妙地利用渐缩喷管的特性，加速并降温进入机舱内的空气(风)；
(2)本发明所所述风力发电机机舱，在其内的齿轮箱和发电机上设置有肋片，增大齿轮箱和发电机的换热面积，使其快速冷却；
(3)本发明所述风力发电机机舱，在齿轮箱和发电机的肋片间再次形成渐缩空间，使流通空气被逐渐压缩，不仅加快了其流动，并且使流通空气再次降温，提高了齿轮箱和发电机的换热效果；
(4)本发明所述风力发电机机舱，在肋片表面设置有弧形凹坑，使流经的空气形成湍流现象，增强齿轮箱和发电机的换热效果。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”、“前”和“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，术语“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于空气(风)在舱体内的流动方向确定，其中风从左向右流，所述术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种非能动风冷却风力发电机机舱，其特征在于，所述机舱包括舱体(1)，其中，沿风流动方向，
所述舱体(1)呈渐缩流线型结构；
在所述舱体(1)的一端设置有进风面(11)、另一端设置有出风面(12)，其中，在进风面(11)上开设有截面呈圆形的进风孔(111)，在出风面(12)上开设有截面呈圆形的出风孔。
2.根据权利要求1所述的风力发电机机舱，其特征在于，沿风在舱体内的流动方向，所述进风孔(111)和所述出风孔的直径均逐渐缩小。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机机舱，其特征在于，
所述进风孔的最大直径为5～20cm，优选为10～15cm，更优选为12cm；
所述进风孔的最小直径为3～15cm，优选为为5～10cm，更优选为8cm；
和/或
所述出风孔的最大直径为5～20cm，优选为10～15cm，更优选为12cm；
所述出风孔的最小直径为3～15cm，优选为为5～10cm，更优选为8cm。
4.根据权利要求1至3之一所述的风力发电机机舱，其特征在于，所述进风孔在进风面上为梅花型错位排列，所述出风孔在出风面上为梅花型错位排列。
5.根据权利要求1至4之一所述的风力发电机机舱，其特征在于，
在舱体(1)的外部、进风面(11)的上端设置有进风罩(13)；和/或
在舱体(1)内部、在进风面上端设置有导流板(14)。
6.根据权利要求1至5之一所述的风力发电机机舱，其特征在于，
所述进风罩(13)采用多层不锈钢制成，在相邻两层不锈钢之间填充有泡沫材料，优选地，所述进风罩采用二至五层不锈钢制成，在相邻两层不锈钢之间填充有泡沫材料；和/或
所述导流板(14)由铝合金制成。
7.根据权利要求1至6之一所述的风力发电机机舱，其特征在于，在舱体(1)内设置有齿轮箱(2)和发电机(3)，其中，在齿轮箱(2)和发电机(3)的外表面均设置有肋片(21)，优选地，所述肋片为底面为等腰三角形的三棱柱结构。
8.根据权利要求1至7之一所述的风力发电机机舱，其特征在于，所述三棱柱结构包括底面(211)、第一侧面(212)和位于第一侧面(212)对面的第一侧棱(213)，其中，所述第一侧棱(213)位于齿轮箱(2)或发电机(3)的前端，所述第一侧面(212)位于齿轮箱(2)或发电机(3)的后端。
9.根据权利要求1至8之一所述的风力发电机机舱，其特征在于，
第一侧面(212)的宽度为2～20mm，优选为10～20mm，更优选为15mm；和/或
对于相邻的两个肋片(21)，相邻的两个第一侧棱(213)之间的距离为5～30mm，优选为5～20mm，更优选为10～15mm。
10.根据权利要求1至9之一所述的风力发电机机舱，其特征在于，
在肋片(21)的表面设置有多个弧形凹坑；和/或
在舱体(1)的内表面上设置有波形板。
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