CN108843524A - 用于风力发电机组的散热系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于风力发电机组的散热系统及风力发电机组。风力发电机组包括机舱罩、导流罩、轮毂和发电机定轴，发电机定轴为形成有贯通孔的空心轴，其中，散热系统包括：进风口，进风口形成在机舱罩上；出风口，出风口形成在导流罩上；导流装置，导流装置安装在贯通孔中，以使从进风口进入的空气流经贯通孔而进入到轮毂中，以对风力发电机组进行散热。根据本发明的散热系统，通过将导流装置安装在发电机定轴的贯通孔中，可避免导流装置与轮毂一起旋转，因此可延长导流装置的使用寿命，同时可便于对导流装置进行维护和更换。

Description

用于风力发电机组的散热系统及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种用于风力发电机组的散热系统及包括该散热系统的风力发电机组。

背景技术

轮毂是风力发电机组的重要部件之一，并且轮毂的内部通常安装有变桨控制柜等电控柜。安装在电控柜内的元件(例如，控制器、电容、通讯模块等)在风力发电机组运行时会产生热量，所产生的热量会散发到轮毂内。由于轮毂内的空间有限，因此随着元件不断产生热量，轮毂内的温度会随之升高。当风力发电机组在相对高的温度环境(例如，夏季)下运行时，轮毂内的温度会更高。

轮毂内温度过高会导致电控柜温度过高，因此导致电控柜内的元件的性能下降，甚至无法正常工作，从而严重影响风力发电机组的发电效率和可靠性。

目前，通常采用在轮毂前端形成进风口并且在轮毂内增加风道和散热风机利用外部空气对轮毂进行散热。然而，由于轮毂需要旋转，因此散热风机会随轮毂一起旋转。由于散热风机运行时存在振动，其安装螺栓可能会由于振动产生松动，因此散热风机有掉落的风险。一旦散热风机或其零部件掉落在轮毂内，可能会损坏电控柜，因此存在安全隐患。

此外，对散热风机进行维护时，需要将轮毂旋转到便于维护的位置并锁定，维护难度大且维护用时长。此外，在对轮毂进行散热时，需在进风口设置过滤器以防止外界灰尘进入轮毂，此时过滤器也与轮毂一起旋转。由于过滤器为易耗件且需要经常更换，因此存在维护不便的问题。

此外，虽然设置风道可将外部空气输送至电控柜的位置，但是风道会占用轮毂的内部空间而导致维护人员不便于对轮毂内其他部件进行维护。此外，设置风道还会增加风力发电机组的成本和安装维护难度。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于风力发电机组的散热系统及风力发电机组，以解决现有的散热系统存在诸如安装维护不便的问题。

根据本发明的一方面，提供一种用于风力发电机组的散热系统，风力发电机组可包括机舱罩、导流罩、轮毂和发电机定轴，发电机定轴为形成有贯通孔的空心轴，其中，散热系统可包括：进风口，进风口形成在机舱罩上；出风口，出风口形成在导流罩上；导流装置，导流装置安装在贯通孔中，以使从进风口进入的空气流经贯通孔而进入到轮毂中，以对风力发电机组进行散热。通过将导流装置安装在发电机定轴的贯通孔中，可避免导流装置与轮毂一起旋转，因此可延长导流装置的使用寿命，同时可便于对导流装置进行维护和更换。

优选地，导流装置可靠近风力发电机组的机舱侧设置。通过使导流装置靠近机舱侧设置，可便于对导流装置进行维护和更换。

优选地，导流装置可通过安装构件安装在贯通孔中，其中，安装构件可包括：支撑架，支撑架固定到发电机定轴的内壁，用于支撑导流装置；固定板，固定板设置在支撑架上，用于固持导流装置。

优选地，散热系统还可包括密封板，密封板可安装在发电机定轴中，用于密封贯通孔的径向截面的除了导流装置占据的部分之外的部分，以防止流入到轮毂中的空气回流。通过设置密封板，可防止空气回流，因此可提高轮毂的散热效果。

优选地，密封板可固定在支撑架上。

优选地，导流装置可与贯通孔同轴设置，并且支撑架可位于贯通孔的下部，其中，贯通孔的上部可安装有密封板安装架，密封板还可固定在密封板安装架上。通过支撑架和密封板安装架，可提高密封板的安装稳定性。

优选地，散热系统还可包括挡风板，挡风板可设置在轮毂的前部，用于改变通过导流装置进入到轮毂中的空气的流向。

优选地，进风口可形成在机舱罩尾部，并且设置有进风口风阀和过滤器。通过在机舱罩尾部的侧部和/或底部形成进风口，可防止雨水等进入机舱，并且可便于对设置在进风口上的过滤器进行维护和更换。

优选地，轮毂的靠近风力发电机组的发电机侧的部分上可形成有排风口，并且排风口上可设置有排风口风阀。通过在轮毂上设置排风口风阀，可在散热系统不运行时防止未经过滤的外部空气流入轮毂。

优选地，出风口可形成在导流罩与风力发电机组的叶片的根部之间。

优选地，散热系统还可包括散热控制柜和温度传感器，温度传感器设置在轮毂内，其中，散热控制柜可基于温度传感器感测到的温度值控制进风口风阀、排风口风阀和导流装置的开启和关闭。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，其中，风力发电机组包括如上所述的散热系统。

根据本发明的散热系统，通过将导流装置安装在发电机定轴的贯通孔中，可避免导流装置与轮毂一起旋转，因此可延长导流装置的使用寿命，同时可便于对导流装置进行维护和更换。

此外，根据本发明的散热系统，通过在发电机定轴的贯通孔中设置导流装置并且通过在轮毂前端设置挡板来改变气流流向以使空气流经轮毂内的热源，而无需额外设置通风管道，因此可降低风力发电机组的成本。

此外，根据本发明的散热系统，外部空气在流入机舱后可流经底座、发电机定轴和轮毂，因此可同时对机舱、底座、发电机定轴及轮毂进行散热，并且可以为设置在气流通路上的电气部件及其他组件提供适宜的温度环境，从而可延长上述电气部件及其他组件的使用寿命并且可提高可靠性。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述以及其他目的和特点将会变得更加清楚，在附图中：

图1是示出根据本发明的实施例的用于风力发电机组的散热系统的示意图。

图2是示出根据本发明的实施例的散热系统的导流装置安装在贯通孔中的示意图。

图3和图4是示出图2的侧视图。

附图标号说明：10：机舱罩；11：进风口风阀；12：过滤器；20：导流罩；30：轮毂；31：变桨控制柜；32：排风口风阀；33：挡风板；34：温度传感器；40：塔筒；50：底座；60：发电机；61：发电机定轴；61a：结合突起；62：密封板；62a：支撑杆；62b：连接杆；62c：把手；70：叶片；80：导流装置；81：支撑架；81a：支撑杆；81b：固定杆；81c：连接杆；81d：增强杆；82：固定板；90：散热控制柜。

具体实施方式

现在，将参照附图详细地描述根据本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的组件。

如图1所示，风力发电机组可包括机舱罩10、导流罩20、轮毂30、塔筒40、底座50、发电机60和叶片70等。机舱罩10可形成用于容纳风力发电机组的各种组件的机舱。底座50可设置在机舱内，并且可形成有供运维人员通过的底座开口。叶片70可安装在轮毂30上并且与轮毂30一起旋转。导流罩20可安装在机舱的前侧，用于保护轮毂30。轮毂30内可安装有变桨控制柜31等内部元件，用于控制风力发电机组的运行。发电机60可包括发电机定轴61，发电机定轴61可以为沿形成有贯通孔的空心轴，该贯通孔为发电机定轴61原有的供运维人员通行的通孔。机舱罩10、导流罩20、轮毂30、底座50、发电机60和叶片70可由塔筒40支撑。

根据本发明的散热系统可包括进风口、出风口和导流装置80。进风口可形成在机舱罩10上。出风口可形成在导流罩20上。导流装置80可安装在贯通孔中。发电机定轴61的原有通孔可用于安装导流装置80，并且可用作空气流通的通道，而无需另外形成其他风道。导流装置80可使从进风口进入的空气流经贯通孔而进入轮毂30中，从而对风力发电机组进行散热。

也就是说，根据本发明的散热系统可以为风冷系统，其采用外部空气对风力发电机组进行散热。具体地，外部空气可通过进风口流入机舱内，并且可在导流装置80的作用下流经底座开口和贯通孔而进入轮毂30内。流入轮毂30内的外部空气与轮毂30内的空气进行热交换，热交换后的空气可通过出风口被排放，从而可对轮毂30以及设置在轮毂30内的变桨控制柜31等内部元件进行散热。

可选地，进风口可形成在机舱罩10尾部(具体地，侧部或下部)，以防止雨水等流入机舱。另外，进风口可设置有进风口风阀11和过滤器12。进风口风阀11可例如通过法兰等安装在机舱罩10的进风口处。进风口风阀11可以为电动风阀或机械式止回阀等，并且可与导流装置80联动控制。进风口风阀11可在散热系统启动时打开以使外部空气流入机舱，并且可在散热系统停止时关闭以防止外部空气流入机舱内。优选地，进风口风阀11可在导流装置80启动前打开，并且可在导流装置80停止后关闭。过滤器12可通过法兰等安装在进风口风阀11上。过滤器12可用于过滤外部空气中的颗粒物，以避免引入灰尘对风力发电机组的内部环境及电控部件产生影响。过滤器12可通过进风口风阀11的关闭而避免与外部空气长时间接触，因此过滤器12的使用寿命可被延长。

如上所述，出风口可形成在导流罩20上。具体地，出风口可形成在导流罩20与叶片70的根部之间。也就是说，出风口可以为导流罩20与叶片70的根部之间原有的间隙，而无需另外形成。

另外，轮毂30的靠近发电机侧的部分上可形成有排风口，以使流入轮毂30内的空气平稳地流经轮毂30而流向出风口。该排风口可以是轮毂30为减重而形成的现有开口。也就是说，轮毂30上的原有开口可用作排风口，而无需另外形成。排风口上可设置有排风口风阀32。排风口风阀32可通过例如法兰等安装在轮毂30上。与进风口风阀11类似，排风口风阀32也可以为电动风阀或机械式止回阀等，并且可与导流装置80联动控制。排风口风阀32可在散热系统启动时打开以使空气从轮毂30内流出，并且可在散热系统停止时关闭以防止外部空气进入轮毂30内。优选地，排风口风阀32可在导流装置80启动前打开，并且可在导流装置80停止后关闭。

此外，为了使流入轮毂30内的空气平稳地流经轮毂30后通过出风口被排放，轮毂30的前部可设置有挡风板33，用于改变空气的流向。流向被改变的空气可流经设置在轮毂30内的变桨控制柜31而通过出风口被排放。

可选地，为了联动地控制导流装置80与进风口风阀11和排风口风阀32，散热系统还可包括散热控制柜90。散热控制柜90可设置在机舱内，以避免使轮毂30内的温度升高，但不限于此。

另外，散热系统还可包括温度传感器34，温度传感器34可设置在轮毂30内，用于实时感测轮毂30内的温度。散热控制柜90可根据温度传感器34感测的温度值而控制导流装置80以及进风口风阀11和排风口风阀32开启和关闭。

当温度传感器34感测的温度值高于设定值时，散热控制柜90可控制导流装置80以及进风口风阀11和排风口风阀32开启，当温度传感器34感测的温度值低于设定值时，散热控制柜90可控制导流装置80以及进风口风阀11和排风口风阀32关闭。

这里，术语“开启”包括根据温度传感器34感测的温度值而控制进风口风阀11和排风口风阀32的开启度和导流装置80的运行功率。例如，上述的设定值可细分为第一设定值和第二设定值，第二设定值大于第一设定值。当温度传感器34感测的温度值大于第一设定值且小于第二设定值，控制器可控制进风口风阀11和排风口风阀32部分开启并且控制导流装置80以第一运行功率运行；当温度传感器34感测的温度值大于第二设定值，控制器可控制进风口风阀11和排风口风阀32完全开启并且控制导流装置80以比第一运行功率大的第二运行功率运行。因此，根据温度传感器34感测的温度值而适当地调节进入到轮毂30内的空气的量，可节约能源。当然，上述的设定值不限于第一设定值和第二设定值，进风口风阀11和排风口风阀32的开启度和导流装置80的运行功率可根据实际情况适应地设计。

导流装置80可以为散热系统的空气流动的动力部件，其作用是克服整个散热气流通路的阻力，带动空气流动，并且在压差的作用下，将外部空气引入轮毂30内，并使与轮毂30内的空气进行热交换后的空气排放到风力发电机组外。优选地，导流装置80的进风和出风的方向可一致，以更好地引导气流。导流装置80可以为风机，优选地，可以为轴流风机。导流装置80的结构不限于此，还可以为离心风机等，或者还可以为除了风机之外的其他装置，只要能够使气流流经贯通孔进入轮毂30即可。

导流装置80可设置在贯通孔中。优选地，导流装置80可靠近机舱侧设置，以便于安装和维护。例如，导流装置80的进风口可与发电机定轴61的靠近机舱侧的端表面平齐。然而，导流装置80的设置位置不被具体限制，只要能够使从进风口进入的空气流经贯通孔进入轮毂30内即可。

导流装置80可通过安装构件安装在贯通孔中。优选地，安装构件可被构造为使得导流装置80与贯通孔同轴布置，以更有效地引导空气。具体地，参照图2至图4，安装构件可包括支撑架81和固定板82。支撑架81可设置在贯通孔的下部，并且固定到发电机定轴61的内壁。固定板82可设置在支撑架81上。

作为示例，支撑架81可包括两个支撑杆81a、两个固定杆81b和两个连接杆81c。两个固定杆81b可相对布置，两个连接杆81c可相对布置，并且两个固定杆81b和两个连接杆81c首尾相连，以形成四边形框架。两个支撑杆81a的第一端可结合到该四边形框架同侧的两个顶点，两个支撑杆81a的第二端可固定到发电机定轴61的内壁上的两个结合突起61a。导流装置80可例如通过螺栓等紧固件固定在两个固定杆81b上。

固定板82可设置在两个固定杆81b上。固定板82可具有与导流装置80的外表面相对应的边缘部，以固持导流装置80。另外，为了增强支撑架81的稳定性，安装构件还可包括两个增强杆81d。增强杆81d可连接支撑杆81a和连接杆81c，以形成类似于三角形的结构，因此可增强稳定性。

以上虽然描述了安装构件的具体结构，但其不限于此，可以使用能够将导流装置80安装在贯通孔中的其他结构的安装构件。

此外，为了防止流入到轮毂30内的空气回流到贯通孔中，根据本发明的散热系统还可包括密封板62。密封板62可安装在发电机定轴61中，并且可密封贯通孔的径向截面的除了导流装置80占据的部分之外的部分。优选地，密封板62可与导流装置的进风口平齐，以便于安装和维护。通过设置密封板62，可防止流入到轮毂30内的空气回流到贯通孔，因此可提高轮毂30的散热效果。

可选地，密封板62可通过支撑架81安装在贯通孔中。密封板62可安装到支撑杆81a。另外，为了稳定地安装密封板62，还可设置有密封板安装架。密封板安装架可与支撑架81在发电机定轴61的周向上相对布置，即，安装在贯通孔的上部。

作为示例，密封板安装架可包括两个支撑杆62a和连接杆62b。两个支撑杆62a的第一端可与连接杆62b相连，两个支撑杆62a的第二端可固定到发电机定轴61的内壁上的两个结合突起61a。密封板62可通过紧固件安装在两个支撑杆62a上。

如图3和图4所示，支撑架81和密封板安装架将贯通孔的截面分为多个部分，密封板62可具有多个相应的部分，以密封贯通孔的径向截面的除了导流装置80占据的部分之外的部分。另外，密封板62上可设置有把手62c，以便于安装和拆卸。

以上虽然描述了密封板62通过支撑架81和密封板安装架安装在贯通孔处，但不限于此，密封板62还可采用其他形式安装。例如，密封板62上可形成有结合部，该结合部可与发电机定轴61的内壁上的结合突起61a结合，从而将可密封板62安装在发电机定轴61中。

下面，将参照图1具体地描述根据本发明的散热系统的操作，图1中以箭头的方式示出了空气的流向。

当温度传感器34感测到的温度值高于设定值时，散热控制柜90发出控制导流装置80以及进风口风阀11和排风口风阀32开启的控制信号。进风口风阀11和排风口风阀32开启，导流装置80开始运行。导流装置80运行后，由于前后压差的作用，外部空气可从进风口流经进风口风阀11和过滤器12而进入机舱和底座50，并且可通过导流装置80增压后流经发电机定轴61的贯通孔而流入轮毂30内。通过导流装置80增压，从发电机定轴61的贯通孔流出的空气可具有预定大小的压力和风速，并且可直接流向挡风板33。通过挡风板33的阻挡，气流可改变流向，从而可流经轮毂30上的排风口风阀32被排放到轮毂30外。被排放到轮毂30外的空气可由形成在导流罩20与叶片70的根部之间的出风口排放到风力发电机组的外部。外部空气进入轮毂30内并且在轮毂30内流动的过程中，可与轮毂30内的空气进行热交换，因此可降低轮毂30内的空气的温度，从而可对轮毂30以及设置在轮毂30内的诸如变桨控制柜31等的内部组件进行散热。

当温度传感器34感测到的温度值低于设定值时，散热控制柜90发出控制导流装置80以及进风口风阀11和排风口风阀32关闭的控制信号。进风口风阀11和排风口风阀32关闭，导流装置80停止。

根据本发明的散热系统，通过将导流装置安装在发电机定轴的贯通孔中，可避免导流装置与轮毂一起旋转，因此可延长导流装置的使用寿命，同时可便于对导流装置进行维护和更换。

此外，根据本发明的散热系统，通过在机舱罩尾部形成进风口，可防止雨水等进入机舱，并且可便于对设置在进风口上的过滤器进行维护和更换。

此外，根据本发明的散热系统，通过在轮毂上设置排风口风阀，可在散热系统不运行时防止未经过滤的外部空气流入轮毂。

此外，根据本发明的散热系统，通过在发电机定轴的贯通孔中设置导流装置并且通过在轮毂前端设置挡板来改变气流流向以使空气流经轮毂内的热源，而无需额外设置通风管道，因此可降低风力发电机组的成本。

此外，根据本发明的散热系统，外部空气在流入机舱后可流经底座、发电机定轴和轮毂，因此可同时对机舱、底座、发电机定轴及轮毂进行散热，并且可以为设置在气流通路上的电气部件及其他组件提供适宜的温度环境，从而可延长上述电气部件及其他组件的使用寿命并且可提高可靠性。

虽然上面已经详细描述了本发明的实施例，但本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本发明的实施例的精神和范围内。

Claims (12)

1.一种用于风力发电机组的散热系统，所述风力发电机组包括机舱罩(10)、导流罩(20)、轮毂(30)和发电机定轴(61)，所述发电机定轴(61)为形成有贯通孔的空心轴，其特征在于，所述散热系统包括：

进风口，所述进风口形成在所述机舱罩(10)上；

出风口，所述出风口形成在所述导流罩(20)上；

导流装置(80)，所述导流装置(80)安装在所述贯通孔中，以使从所述进风口进入的空气流经所述贯通孔而进入到所述轮毂(30)中，以对所述风力发电机组进行散热。

2.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述导流装置(80)靠近所述风力发电机组的机舱侧设置。

3.根据权利要求1或2所述的散热系统，其特征在于，所述导流装置(80)通过安装构件安装在所述贯通孔中，

其中，所述安装构件包括：

支撑架(81)，所述支撑架(81)固定到所述发电机定轴(61)的内壁，用于支撑所述导流装置(80)；

固定板(82)，所述固定板(82)设置在所述支撑架(81)上，用于固持所述导流装置(80)。

4.根据权利要求3所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括密封板(62)，所述密封板(62)安装在所述发电机定轴(61)中，用于密封所述贯通孔的径向截面的除了所述导流装置(80)占据的部分之外的部分，以防止流入到所述轮毂(30)中的空气回流。

5.根据权利要求4所述的散热系统，其特征在于，所述密封板(62)固定在所述支撑架(81)上。

6.根据权利要求5所述的散热系统，其特征在于，所述导流装置(80)与所述贯通孔同轴设置，并且所述支撑架(81)位于所述贯通孔的下部，

其中，所述贯通孔的上部安装有密封板安装架，所述密封板(62)还固定在所述密封板安装架上。

7.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括挡风板(33)，所述挡风板(33)设置在所述轮毂(30)的前部，用于改变通过所述导流装置(80)进入到所述轮毂(30)中的空气的流向。

8.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述进风口形成在所述机舱罩(10)尾部，并且设置有进风口风阀(11)和过滤器(12)。

9.根据权利要求8所述的散热系统，其特征在于，所述轮毂(30)的靠近所述风力发电机组的发电机侧的部分上形成有排风口，并且所述排风口上设置有排风口风阀(32)。

10.根据权利要求9所述的散热系统，其特征在于，所述出风口形成在所述导流罩(20)与所述风力发电机组的叶片(70)的根部之间。

11.根据权利要求10所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括散热控制柜(90)和温度传感器(34)，所述温度传感器(34)设置在所述轮毂(30)内，

其中，所述散热控制柜(90)基于所述温度传感器(34)感测到的温度值控制所述进风口风阀(11)、所述排风口风阀(32)和所述导流装置(80)的开启和关闭。

12.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求1至11中任一项所述的散热系统。