CN109707574B

CN109707574B - 具有包括水排放装置的机舱的风力涡轮机

Info

Publication number: CN109707574B
Application number: CN201811251449.XA
Authority: CN
Inventors: G.埃罗尔迪
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: EP3477101A1; US20190120211A1; US10605234B2; EP3477101B1; CN109707574A

Abstract

本发明涉及具有包括水排放装置的机舱的风力涡轮机。一种具有机舱（10）的风力涡轮机（1）包括：发电机（11）；冷却回路（100），其包括至少两个冷却风扇（141、142），用于将流体冷却介质从发电机（11）引导到机舱（10）的外壁（134）；以及排放装置（200），其用于将来自冷却风扇（141、142）的排水引导到机舱（10）的外壁（134）。排放装置（200）包括：至少一个第一排放部分（201），其将冷却风扇（141、142）连接到机舱（10）的内部；以及至少一个第二排放部分（202），其用于接收来自第一相应排放管（201）的排水，并将所述排水引导到机舱（10）的外壁（134）。

Description

具有包括水排放装置的机舱的风力涡轮机

技术领域

本发明涉及具有机舱的风力涡轮机，该机舱包括水排放装置和由该风力涡轮机的叶片驱动的发电机。所述风力涡轮机还包括用于冷却所述发电机的冷却回路。

背景技术

在上述技术领域中，发电机可以是空气冷却的，这是利用通过两个风扇从发电机中抽出的空气。

具有两个冷却风扇的原因是冗余，即，在一个冷却风扇失效的情况下，另一个冷却风扇仍然可以运行并提供发电机所需的冷却功率。在具有低环境温度的大多数操作条件下，单独一个冷却风扇就能够提供全功率生产所需的冷却能力。

上述布置的一个不方便是由于风扇的短出口管道，这必然由在机舱中可获得的有限空间决定。这导致，特别是在暴风雨和高侧风期间，雨水进入风扇，并因此进入发电机。应防止水进入发电机，以避免发电机将会遭受的腐蚀和随之而来的损伤。

因此，期望在机舱中设置处于每个风扇和外部环境之间的排放管，以确保对进入风扇的任何水的完全排放，并防止雨水进入到发电机中。

然而，同时还期望这样的排放管不允许来自外部环境的脏空气到达风扇和发电机。例如，所述外部环境可以包括对风扇和发电机具有潜在危险的灰尘或其他污染物。

本发明的范围在于提供一种满足上述正面需求的机舱，所述需求即从机舱中的冷却风扇排水，并且同时避免所述的不便，即避免脏空气通过水排放系统进入机舱中。

发明内容

该范围可以通过根据独立权利要求的主题来实现。本发明的有利实施例通过从属权利要求来描述。

根据本发明，提供了一种具有机舱的风力涡轮机，其包括：

发电机；

冷却回路，其包括至少两个冷却风扇，所述至少两个冷却风扇用于将流体冷却介质从所述发电机引导到所述机舱的外壁；

排放装置，其用于将来自所述冷却风扇的排水引导到所述机舱的外壁；

其中，所述排放装置包括：至少一个第一排放部分，其将相应的冷却风扇连接到所述机舱的内部；以及至少一个第二排放部分，其用于接收来自第一相应排放管的排水，并将所述排水引导到所述机舱的所述外壁。

所述排放装置的第一排放部分确保了仅机舱内的清洁的冷却介质可以最终到达风扇和发电机，从而防止腐蚀。

所述排放装置的第二排放部分（second first draining portion）确保了排水被引导向机舱的外部。因此，本发明的排放装置实现了上面限定的范围。

在本发明的实施例中，所述排放装置包括置于第一排放部分和第二排放部分之间的至少一个水收集器。

有利地，该水收集器收集来自第一排放部分的水，从而防止机舱内部中的水溢出。

在本发明的其他实施例中，所述第一排放部分对于每个冷却风扇包括第一相应排放管，所述第一相应排放管将相应的冷却风扇连接到所述机舱的内部，并且所述第二排放部分包括第二相应排放管，所述第二相应排放管用于接收来自所述第一相应排放管的排水，并将所述排水引导到所述机舱的所述外壁。所述水收集器可以被直接设置在所述第一相应排放管和第二排放管之间。

在本发明的另外的实施例中，所述冷却回路包括至少一个入口风扇，其用于将所述流体冷却介质从所述机舱的外部引导到所述机舱的内部。所述入口风扇和所述冷却风扇可以被操作，以便提供所述机舱的所述内部中和所述机舱的相对于所述机舱的所述外部的正压差。有利地，这允许保护机舱的内部免遭来自外部环境的脏空气的进入，所述脏空气可包括对风扇和发电机具有潜在危险的灰尘或其他污染物。

本发明的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。

附图说明

图1示出了包括根据本发明的机舱的风力涡轮机的上部的示意性横截面图。

图2示出了图1的风力涡轮机的上部的正交于图1的截面的示意性截面的后视图。

图3示出了处于操作状态下的图2的相同后视图。

具体实施方式

附图中的图例是示意性的。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件或特征配有相同的附图标记，或者配有仅在第一数位内与相对应的附图标记不同的附图标记。为了避免不必要的重复，已关于先前描述的实施例说明过的元件或特征不会在本说明书的稍后位置处再次说明。

图1示出了风力涡轮机1，其具有根据本发明的机舱10。风力涡轮机1包括塔架2，其被安装在未描绘出的基础部上。机舱10被布置在塔架2之上。在塔架2和机舱10的主体8之间设置有偏摆角调整装置，该偏摆角调整装置能够使机舱10围绕未描绘出的竖直轴线旋转，该竖直轴线基本上与塔架2的纵向延伸部对准。通过以适当的方式控制该偏摆角调整装置，可以确保在风力涡轮机1的正常操作期间，机舱10总是与当前风向适当地对准。

在机舱10的主体8的前端上，设置有具有三个叶片（未在附图中呈现）的轮毂9。

轮毂9被刚性地耦接到可旋转轴6。示意性地描绘的轴承组件7被设置在机舱10中，以便支撑可旋转轴6和耦接到该可旋转轴6的轮毂9的相对于机舱10的主体8的旋转。

机舱10包括发电机11，其位于轮毂9和机舱10的主体8之间的机舱10的前端处。根据电气工程的基本原理，发电机11包括定子组件20和转子组件30。

转子组件30被刚性地耦接到可旋转轴6，并且牢固地与它一起围绕轴承组件7旋转。相反，定子组件20被刚性地固定到机舱10的主体8。围绕定子组件20的周向边界，气隙31被设置在定子组件20和转子组件30之间。在操作中，气隙31中的温度升高。该温度必须被控制为超过一定限度，以确保将发电机的效率保持在可接受的值内。

为了实现这样的范围，在机舱10的主体8内设置冷却回路100，用于将流体冷却介质引导到气隙31，并且在它于气隙31中被加热之后引导相同的流体冷却介质远离气隙31。以这样的方式，该流体冷却介质从气隙31抽取热。根据本发明的典型实施例，所述流体冷却介质是机舱10周围的环境空气。

冷却回路100包括用于将流体冷却介质引导到气隙31的第一入口部分110。

入口部分110从机舱10的主体8的外壁134中的入口开口130延伸。在入口开口130上设置有空气处理单元133，用于消除通过入口开口130进入机舱10的主体8的流体冷却介质中的污物和雾状内容物。例如，污物可包括灰尘、盐、固体颗粒或其他污染物。

在空气处理单元133下游设置有入口风扇140，用于使流体冷却介质在机舱10的主体8中朝向发电机11的定子组件20流动（图1中的箭头F1、F2、F3）。

所述流体冷却介质按照基本上平行于可旋转轴6的轴向流继续行进。该流在下游分成两个子流，一个直接流动到气隙31（通过图1中的箭头F2表示），并且另一个（通过图1中的箭头F3表示）通过设置在定子组件20的内部环形支撑板21上的多个入口孔115流动到气隙31。

根据本发明的其他实施例（附图中未示出），对流体冷却介质的流的任何其他布置都可以在机舱10的主体8内执行，只要流体冷却介质被高效地引导到气隙31。

在于气隙31中被加热之后，流体冷却介质径向地、即按照基本上正交于可旋转轴6的方向进入定子组件20。

冷却回路100包括用于引导加热的流体介质远离气隙31的第二出口部分120。第二出口部分120包括至少两个出口孔125（在图1的示意图中仅呈现出一个），其布置在附接到定子组件20的环形支撑板21的周向外部中空结构22上。中空结构22和出口孔125使加热的流体介质远离气隙31流动，以便从发电机11抽取热。

在每个出口孔125下游，冷却回路100的出口部分120包括将相应的出口孔125连接到相应的出口开口131、132的管道160，用于使加热的流体介质离开机舱10。

冷却回路100的出口部分120包括至少两个出口冷却风扇141、142（在图1的示意图中仅呈现出一个），用于将流体冷却介质从发电机11引导至机舱10的外部。在相应的出口孔125和相应的出口开口131、132之间设置有相应的出口冷却风扇141、142，用于使加热的介质在冷却回路100的出口部分120中朝向相应的出口开口131、132流动。

需要至少两个出口冷却风扇141、142来为冷却回路100提供冗余：在一个冷却风扇141、142失效的情况下，另一个冷却风扇142、141仍将运行。冷却风扇141、142以如下方式来设计，即：使得在大多数操作条件（低环境温度）下，每个冷却风扇141、142都能够提供全功率生产所需的冷却能力。

如在图2和图3中更好地示出的，根据附图的实施例，设置两个出口风扇141、142，其相对于机舱10的纵向平面Z对称地布置。当机舱10被安装在塔架2上时，纵向平面Z竖直定向。

出口开口131、132也相对于机舱10的纵向平面Z对称地布置。

入口风扇140和出口冷却风扇141、142被操作，以便产生流体冷却介质的相应流率，该相应流率提供机舱10的内部中和机舱10的相对于机舱10的外部的正压差。这允许保护机舱10的内部免遭来自外部环境的脏空气的进入，特别是通过设置在机舱10中的轴承和/或密封件的进入。

机舱10还包括用于将来自冷却风扇141、142的排水引导至机舱10的外壁134的排放装置200。根据本发明的不同实施例，排放装置200一般包括：至少一个第一排放部分201，其将冷却风扇141、142连接到机舱10的内部；以及至少一个第二排放部分202，其用于接收来自第一相应排放管201的排水，并将该排水引导至机舱10的外壁134。根据本发明的不同实施例，排放装置200还包括置于第一排放部分201和第二排放部分202之间的至少一个水收集器203。

在附图1至3的实施例中，第一排放部分201对于每个冷却风扇141、142包括第一相应排放管，该第一相应排放管将相应的冷却风扇141、142的壳体的最下部连接到机舱10的内部，并且第二排放部分202包括第二相应排放管，该第二相应排放管用于接收来自第一相应排放管201的排水并将该排水引导至机舱10的外壁134。

相应的水收集器203被设置在第一相应排放管201和第二排放管202之间。水收集器203接收来自第一排放管201的排水。第二排放管202将水收集器203连接到机舱10的外壁134，以便使排水离开机舱10。

特别参照图3，在下文中描述运行的排放装置200。

通常在暴风雨和高侧风期间，雨水可能进入冷却风扇141、142。为了防止排水到达发电机11，设置排放装置200。从每个出口风扇141、142的壳体的最下部，排水在第一排放管201中流动，然后它被收集在水收集器203中，并最终通过第二排放管202到达外部环境。

当仅一个冷却风扇141、142处于操作中时（例如，如图3中所示，右侧处的冷却风扇141在操作中，而左侧处的冷却风扇142不活动），在定子组件20的中空结构22中产生相对负压。因此，在不活动的冷却风扇142、141的壳体中也产生相对负压，该壳体通过相应的管道160来连接到中空结构22。这样的相对负压迫使来自机舱内部的空气通过相应的第二排放管202到达不活动的冷却风扇142、141的壳体。通过连接到不活动的冷却风扇142、141的相应的管道160，来自机舱10的内部的这种气流可到达定子组件20的中空结构22。然而，这并不构成问题，因为设置在入口开口130处的空气处理单元133消除了进入机舱10的主体8的流体冷却介质中的污物（例如，灰尘、盐、固体颗粒）和雾状内容物。因此，特别是与机舱10外部的空气相比，机舱10内的空气足够清洁，是以对发电机11而言不构成问题。

Claims

1.一种具有机舱（10）的风力涡轮机（1），包括：

发电机（11），

冷却回路（100），其包括至少两个冷却风扇（141、142），所述至少两个冷却风扇（141、142）用于将流体冷却介质从所述发电机（11）引导到所述机舱（10）的外部，

排放装置（200），其用于将来自所述冷却风扇（141、142）的排水引导到所述机舱（10）的外壁（134），

其中，所述排放装置（200）包括：至少一个第一排放部分（201），其将所述冷却风扇（141、142）连接到所述机舱（10）的内部；以及至少一个第二排放部分（202），其用于接收来自第一相应排放部分（201）的排水，并将所述排水引导到所述机舱（10）的所述外壁（134）。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机（1），其特征在于，所述排放装置（200）包括置于所述第一排放部分（201）和所述第二排放部分（202）之间的至少一个水收集器（203）。

3.如权利要求1或2所述的风力涡轮机（1），其特征在于，所述第一排放部分（201）对于每个冷却风扇（141、142）包括第一相应排放管，所述第一相应排放管将相应的冷却风扇（141、142）连接到所述机舱（10）的内部，并且所述第二排放部分（202）包括第二相应排放管，所述第二相应排放管用于接收来自所述第一相应排放管（201）的排水，并将所述排水引导到所述机舱（10）的所述外壁（134）。

4.如权利要求2所述的风力涡轮机（1），其特征在于，所述第一排放部分（201）对于每个冷却风扇（141、142）包括第一相应排放管，所述第一相应排放管将相应的冷却风扇（141、142）连接到所述机舱（10）的内部，并且所述第二排放部分（202）包括第二相应排放管，所述第二相应排放管用于接收来自所述第一相应排放管（201）的排水，并将所述排水引导到所述机舱（10）的所述外壁（134），其中相应的水收集器（203）被设置在所述第一相应排放管（201）和第二排放管（202）之间。

5.如权利要求1或2所述的风力涡轮机（1），其特征在于，所述冷却回路（100）包括至少一个入口风扇（140），所述至少一个入口风扇（140）用于将所述流体冷却介质从所述机舱（10）的外部引导到所述机舱（10）的内部。

6.如权利要求5所述的风力涡轮机（1），其特征在于，所述入口风扇（140）和所述冷却风扇（141、142）被操作，以便在所述机舱（10）的所述内部提供相对于所述机舱（10）的所述外部的正压差。

7.如权利要求1或2所述的风力涡轮机（1），其特征在于，所述冷却回路（100）包括用于将所述流体冷却介质引导到所述发电机（11）的第一入口部分（110）。

8.如权利要求7所述的风力涡轮机（1），其特征在于，第一入口部分（110）包括用于清洁进入所述机舱（10）的所述流体冷却介质的空气处理单元（133）。

9.如权利要求7所述的风力涡轮机（1），其特征在于，所述冷却回路（100）包括用于使来自所述发电机（11）的流体介质离开所述机舱（10）的第二出口部分（120），所述第二出口部分（120）包括管道（160），所述管道（160）将所述发电机（11）的定子组件（20）中的相应的出口孔（125）连接到相应的出口开口（131、132），相应的出口风扇（141、142）被设置在所述相应的出口孔（125）和所述相应的出口开口（131、132）之间。