CN107420273A - 海上风力发电机组环境控制机构、系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风力发电机组环境控制机构、系统及应用，本发明采用风机将外部空气吸入加热去除盐雾和水分的除湿机，一部分干燥后的空气排入机组内部补充缝隙泄露，一部分返回过滤设备反向带走过滤器上的水和盐分并排出机舱和塔筒外部；内外循环独立的散热系统为内部热空气通过内置风机进入换热核心，外部冷空气通过与机组独立的管道在风机作用下进入换热核心，机组内部环境温度通过换热核心内外空气热交换实现降温控制。

Description

海上风力发电机组环境控制机构、系统及应用

技术领域

本发明涉及一种海上风力发电机组环境控制机构、系统及应用。

背景技术

海上环境有着湿度高、盐雾重等特点，大风情况下外界湿空气会通过缝隙侵蚀进入机组内部，受上述环境特点影响，海上机组面临着机组防腐等级高，易损件失效加快，机械和电气系统故障率上升等海上风电特有的问题，而风力发电机组的密封性要求、机舱罩的隔热性要求和内部设备所产生的大量热量也成为机舱、塔筒、轮毂内设备工作温度超限的不利因素。

因此，如何准确的控制机舱、塔筒、轮毂内的湿度、温度，保证机组的防腐环境和运行温度环境成为了迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种海上风力发电机组环境控制机构、系统及应用。

本发明的第一目的是提供一种海上风力发电机组环境控制机构，该机构通过除湿除盐雾装置和散热装置的相互配合，能够实现有效的湿度和温度控制，并抵抗外部含盐湿空气的侵蚀。

本发明的第二目的是提供一种海上风力发电机组环境控制系统，该系统将海上风力发电机组的机舱和塔筒形成两个相对独立的密闭空间，在每个密闭空间使用上述环境控制机构，能够有效地保证机组的防腐环境和运行温度环境。

本发明的第三目的是提供一种应用上述环境控制系统的海上风电机组，其具有防腐和温控能力，能够更好更合适的应用于兆瓦级海上风力发电。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种海上风力发电机组环境控制机构，包括散热装置和除湿除盐装置，所述除湿除盐装置设置于散热装置的下端，其中：

所述散热装置，包括外循环风机、内循环风机、换热器、风道和温度传感器，内循环风机保持工作，利用风道进行散热，当所述温度传感器检测周围环境温度达到预设值时，外循环风机工作，将外部的冷风送至换热器，进行冷热交换；

所述除湿除盐装置，包括壳体，所述壳体内设置有涡轮风机、除湿转轮和集盐盘，所述壳体的一侧设置有进气口和出气口，所述除湿转轮设置于涡轮风机后端，壳体下端设置有集盐盘，且壳体的另一侧还设置有排气口。

进一步的，所述进气口对应位置处设置有过滤器，对进气口流入的高湿高盐空气进行初步晶体过滤。

进一步的，在涡轮风机的作用下，高盐高湿的空气，从塔筒外通过进气口流入，经过过滤器，对空气中的盐分进行初步滤除，之后空气会进入除湿转轮，对空气中的水分进行吸附干燥，水份由空气转移到除湿转轮上。

进一步的，经过涡轮风机后，干燥的空气分成三部分：第一部分的干燥空气会从出气口流出，第二部分的干燥空气与进气口的高盐高湿空气混合，降低进气口空气的湿度，从而使晶体盐析出，并掉落到集盐盘；第三部分的空气干燥空气加热后吹过除湿转轮的回制部分，将除湿转轮上吸附的水分烘干，将全部转移到高湿干燥的空气中，由排气口排出。

进一步的，热空气实时通过散热装置内循环风机强制循环，热风通过内循环风通道；当温度传感器检测机舱内温度升至预设值时，外循环风机启动，将室外冷风强制送至换热器，冷风通过换热器的外循环风通道，环境冷风将在换热器的两个风道进行热交换，将产生的多余热量通过热交换的形式散到外界环境中。

一种海上风力发电机组环境控制系统，包括两套上述控制机构，且分别设置于塔筒和机舱内部，对塔筒和机舱内部进行散热和除湿除盐。

进一步的，所述塔筒和机舱之间设置有密封系统，保证塔筒和机舱之间的相互独立。

所述密封系统包括密封隔板等多种形式。

一种海上风力发电机组，包括相互独立的机舱和塔筒，且机舱和塔筒均设置有环境控制机构，保证机组内部环境的温度、湿度在设定范围内。

进一步的，所述塔筒的环境控制机构设置于其底部，且塔筒内上侧设置有若干的风机，以形成热流循环。

进一步的，所述机舱的环境控制机构设置于其尾部，且机舱内设置有若干导流风机，以辅助实现外部引风和内部热流循环，通过导风筒将冷风输送到热源部件位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明从海上风力发电机组安全性、可靠性设计要求出发，采用环境控制机构能够有效提高了环境控制的效果，降低了机组内部环境防腐等级，降低了产品成本，保证了元件使用寿命；、

(2)本发明充分考虑到海上风力发电机停机成本问题，采用可靠性设计理念，使得大部分结构和模块免维护，部分结构可以在风机正常运转的情况下维修；

(3)本发明解决了机组大风情况下外界空气侵入机组内部的问题，并通过参数监测实现变功率运行，节能环保。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的整体环控系统示意图；

图2为本发明的除湿设备设计原理及结构示意图；

图3为本发明的内外循环独立的散热系统结构示意图；

其中：1、进气口，2、集盐盘，3、过滤器，4、除湿转轮，5、涡轮风机，6、出气口，7、混合区域，8、排气口，9、外循环风机，10、内循环风机，11、换热核心，12、温度探头。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在海上机组面临着机组防腐等级高，易损件失效加快，机械和电气系统故障率上升等海上风电特有的问题，而风力发电机组的密封性要求、机舱罩的隔热性要求和内部设备所产生的大量热量也成为机舱、塔筒、轮毂内设备工作温度超限的不利因素的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种兆瓦级海上风力发电机环境控制系统。本系统通过对整个机舱和塔筒两个相对独立的密闭空间，采用内外循环独立的空空散热方式对机舱和塔筒进行散热，采用对外界空气加热循环处理的除湿除盐雾设备向机舱和塔筒内部输入干燥的空气，通过合理的布置及管路连接，实现了机舱、塔筒、轮毂内的湿度和温度控制。通过进行工程计算和仿真分析，本发明能够有效抵抗外部含盐湿空气的侵蚀，保证机组的防腐环境和运行温度环境。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种兆瓦级海上风力发电机环境控制系统，包括以下几个部分的创新设计：

除湿抗盐雾侵蚀模块设计：采用将外部湿空气干燥处理后引入系统内部，有效的补充大风情况下，内部气体从缝隙结构中的泄漏量，从而实现内部干燥空气充盈，外部湿空气无法侵入的良性循环。

内外循环独立的散热模块设计：实践证明空气湿度和盐雾过滤系统的过滤效率会随着使用降低，考虑到海上机组维护困难且费用较高，采用内外循环独立的空空散热系统，既避免了上述问题的产生，又解决了系统散热问题。

突破传统的密封性越好越有效抵抗外界侵蚀的理念，人为进行间隙设计，采用将密封系统与机舱内部散热循环系统、除湿系统结合起来，通过合理的设置间隙面积和间隙位置，使得传统密封不可避免的缺口变成我们整个环境控制系统的热流场循环和抵抗外部侵蚀的一部分，既有效的降低了密封件结构的工作负担，提高了其使用寿命，又有效引导了整个内部空气的流动，避免出现局部高温、湿度偏高的情况。

基于热流场仿真的结构布置和管路系统设计：合理的布置管路进出风口位置和风量大小，合理的布置热源部件是前面三个系统集成的关键，是实现整个环境控制最优控制结果的关键。

除湿抗盐雾侵蚀系统为采用风机将外部空气吸入加热去除盐雾和水分的除湿机，一部分干燥后的空气排入机组内部补充缝隙泄露，一部分返回过滤设备反向带走过滤器上的水和盐分并排出机舱和塔筒外部。

内外循环独立的散热系统为内部热空气通过内置风机进入换热核心，外部冷空气通过与机组独立的管道在风机作用下进入换热核心，机组内部环境温度通过换热核心内外空气热交换实现降温控制。

密封系统在合适的位置进行间隙结构设计有效的控制机组内部空气的泄漏量和泄露位置，在需要的位置进行密封结构设计。间隙起到了引导内部空气循环的作用，配合除湿机实现了抗盐雾侵蚀的功能。

基于热流场仿真的结构布置和管路系统为一种优化设计方法，为避免局部空气不流通导致局部过热、湿度过高等问题提供了进一步的设计依据。

一种兆瓦级海上风力发电机组环境控制系统，本系统通过对整个机舱和塔筒两个相对独立的密闭空间，进行工程计算和仿真分析，采用内外循环独立的空空散热方式对机舱和塔筒进行散热，采用对外界空气加热循环处理的除湿除盐雾设备向机舱和塔筒内部输入干燥的空气，通过合理的布置及管路连接，实现了机舱、塔筒、轮毂内的湿度、温度控制，并有效抵抗外部含盐湿空气的侵蚀，保证机组的防腐环境和运行温度环境。

如图1所示，将整个机组分为机舱和塔筒两部分，通过密封结构实现两者的隔离，塔筒和机舱分别集成散热系统、除湿系统、密封系统、管路及导风系统、间隙结构设计，从而保证机组内部环境的温度、湿度在合理范围内，保证机组内部形成可以抵抗20m/s风速下的外部湿空气侵蚀的微正压环境，保证机组内部温、湿度均匀，无局部过热、湿度过高的情况。

将整个机组分为机舱和塔筒两部分，通过密封结构实现两者的隔离，形成机舱和塔筒两套独立的环境控制循环系统。

塔筒底部设置D除湿散热设备，通过B管路和C、G、E风机实现整个塔筒的热流循环。

机舱尾部设置散热除湿系统，通过导流风机实现外部引风和内部热流循环，通过导风筒将冷风输送到热源部件位置。

如图2所示通过有限元仿真软件进行除盐雾和除湿的仿真计算，利用除湿机干燥后的部分干燥空气与除湿机入口的盐雾进行混合，将盐雾快速的烘干，使盐分全部以固体的形式析出，从根本上降低氯离子沉积率和内部空气湿度。

具体工作原理：在涡轮风机5的作用下，高盐高湿的空气，从塔筒外通过进气口1流入，经过晶体盐过滤器3，对空气中的盐分进行初步滤除，之后空气会进入除湿转轮的工作部分4，对空气中的水分进行吸附干燥。水份在这个过程中由空气转移到除湿转轮上4。经过涡轮风机5后，干燥的空气分成三部分。第一部分：将近2/3的干燥空气会从出气口6进入机组内部，为机组内部持续提供干燥空气。第二部分：有一少部分干燥空气与进气口1的高盐高湿空气混合，降低进气口空气的湿度，从而使晶体盐析出，并掉落到集盐盘中2。第三部分：将近1/3的空气干燥空气会被加热棒加热，使其本身的可含水度大大提高，之后，将这部分高温干燥的空气吹过除湿转轮4的回制部分，将除湿转轮4上吸附的水分烘干，将全部转移到高湿干燥的空气中，由排气口8排到塔筒之外。

如图3所示温控系统主要包含如下组件，外循环风机9、内循环风机10、换热核心11、温度探头12及风管组件。其中，换热核心11具备独立内外空气循环通道。当机舱设备正常运行时，其辐射及散发的热量会使机舱内的温度上升，高于环境温度。同时，机舱热空气实时通过散热器内循环风机10强制循环，热风通过散热器内循环风通道；当散热器温度探头12检测机舱内温度升至预设值时，散热器外循环风机9启动，将室外冷风强制送至散热器换热核心11，冷风通过换热核心11外循环风通道。此时，机舱内热风，机舱外环境冷风将在换热核心11的两个风道进行热交换，进而将机舱内产生的多余热量通过热交换的形式散到外界环境中。当内循环温度探头检测温度回落至预设温度值，此时机组控制停止散热器外循环风机9，无冷风换热核心11热交换终止。当机舱温度再次升至预设启动温度点时机组再次启动外循环风机9，如此循环。换热核心11可以为换热器或其它散热件。

本系统通过对整个机舱和塔筒进行隔离设计，通过工程计算和仿真分析，采用内外循环独立的空空散热方式对机舱和塔筒进行散热，采用对外界空气加热循环处理的除湿除盐雾设备向机舱和塔筒内部输入干燥的空气，通过合理的布置及管路连接，实现了机舱、塔筒、轮毂内的湿度、温度控制，并有效抵抗外部含盐湿空气的侵蚀，保证机组的防腐环境和运行温度环境。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种海上风力发电机组环境控制机构，其特征是：包括散热装置和除湿除盐装置，所述除湿除盐装置设置于散热装置的下端，其中：

所述散热装置，包括外循环风机、内循环风机、换热器、风道和温度传感器，内循环风机保持工作，利用风道进行散热，当所述温度传感器检测周围环境温度达到预设值时，外循环风机工作，将外部的冷风送至换热器，进行冷热交换；

所述除湿除盐装置，包括壳体，所述壳体内设置有涡轮风机、除湿转轮和集盐盘，所述壳体的一侧设置有进气口和出气口，所述除湿转轮设置于涡轮风机后端，壳体下端设置有集盐盘，且壳体的另一侧还设置有排气口。

2.如权利要求1所述的一种海上风力发电机组环境控制机构，其特征是：所述进气口对应位置处设置有过滤器，对进气口流入的高湿高盐空气进行初步晶体过滤。

3.如权利要求1所述的一种海上风力发电机组环境控制机构，其特征是：在涡轮风机的作用下，高盐高湿的空气，从塔筒外通过进气口流入，经过过滤器，对空气中的盐分进行初步滤除，之后空气会进入除湿转轮，对空气中的水分进行吸附干燥，水份由空气转移到除湿转轮上。

4.如权利要求1所述的一种海上风力发电机组环境控制机构，其特征是：经过涡轮风机后，干燥的空气分成三部分：第一部分的干燥空气会从出气口流出，第二部分的干燥空气与进气口的高盐高湿空气混合，降低进气口空气的湿度，从而使晶体盐析出，并掉落到集盐盘；第三部分的空气干燥空气加热后吹过除湿转轮的回制部分，将除湿转轮上吸附的水分烘干，将全部转移到高湿干燥的空气中，由排气口排出。

5.如权利要求1所述的一种海上风力发电机组环境控制机构，其特征是：热空气实时通过散热装置内循环风机强制循环，热风通过内循环风通道；当温度传感器检测机舱内温度升至预设值时，外循环风机启动，将室外冷风强制送至换热器，冷风通过换热器的外循环风通道，环境冷风将在换热器的两个风道进行热交换，将产生的多余热量通过热交换的形式散到外界环境中。

6.一种海上风力发电机组环境控制系统，其特征是：包括两套如权利要求1-5中任一项所述的控制机构，且分别设置于塔筒和机舱内部，对塔筒和机舱内部进行散热和除湿除盐。

7.如权利要求6所述的一种海上风力发电机组环境控制系统，其特征是：所述塔筒和机舱之间设置有密封系统，保证塔筒和机舱之间的相互独立。

8.一种海上风力发电机组，其特征是：包括相互独立的机舱和塔筒，且机舱和塔筒均设置有如权利要求1-5中任一项所述的环境控制机构，保证机组内部环境的温度、湿度在设定范围内。

9.如权利要求8所述的一种海上风力发电机组，其特征是：所述塔筒的环境控制机构设置于其底部，且塔筒内上侧设置有若干的风机，以形成热流循环。

10.如权利要求8所述的一种海上风力发电机组，其特征是：所述机舱的环境控制机构设置于其尾部，且机舱内设置有若干导流风机，以辅助实现外部引风和内部热流循环，通过导风筒将冷风输送到热源部件位置。