CN111188744B - 风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组，包括机舱、风机和设于机舱的外部的换热器，风机设于换热器的背风端，且风机的至少一部分设于机舱的内部，并与外界连通，风机用于吸收换热器排出的热空气。风机的至少一部分设于机舱的内部，使得换热器背风端的阻挡物明显变小，即使风机与换热器之间的距离较小，在风机不运行时，风机对于外界冷空气流经换热器的阻挡作用都会一定程度地减弱，从而减少风机所阻挡的冷空气流经换热器的风量，保证流经换热器的风量大小。因此，风机与换热器之间可以设计较小的距离，以保证风机能够产生足够的效果，吸入足量的经过换热而温度升高的外界的热空气，保证换热器的换热效果。

Description

风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种风力发电机组。

背景技术

风力发电机组运行时各部件会由于机械损耗、电磁损耗等原因产生大量的热量，这些热量需要及时的排出，以保证各部件在安全温度限制以内的环境下运行，各部件如发电机、轴承、变流器和各种电子元器件如果长期在高温下运行，轻则影响部件的寿命，重则导致部件损坏或者失效，甚至引起机组烧毁等更严重的事故。其中较为常用一种机组冷却系统是通过在机组各发热部件通入循环的冷却液，将热量通过冷却液带走排出到机组外部的环境中。其中，将冷却液排出风力发电机组常用的方式是在机舱的外部布置一个被动式空-水换热器，单纯通过外界空气吹过换热器，达到将冷却液的热量耗散至外界的目的。

外界空气自风力发电机组的叶片向机舱流动，当外界空气较小时，纯被动冷却的方案可能无法满足冷却需求。为了克服上述缺陷，一种容易想到的方法是在换热器的迎风端加设风机，并将风机设置成出风模式，从而加强通过换热器的风量。但在风机不运行时，会阻挡外界空气流经换热器，减弱换热器的换热效果。

另一种可行的方式是在换热器的背风端设置风机来加强通过换热器的风量，并且换热器与风机之间的距离不宜过大，否则风机产生的效果会不明显。

如图1所示，一种可行的应对方案是在换热器3'的背部紧挨地布置风机2'，在外界风速较小时开启风机2'，用于加强通过换热器3'的风量。但如果该风机2'在风力发电机组发电过程中全程运行，容易浪费大量的能源，而风机2'不开启时，又会阻挡外界空气流过换热器3'，反而减小了冷却空气的风量。当风机2'直接设置在换热器3'的背部范围内，即风机2'与换热器3'的某部分在风力发电机组的同一轴向方向时，两者的距离不宜过小，否则风机2'不运行时会显著地阻挡至少一部分外界空气流过换热器3'，从而在该情况下减小冷却空气的总风量并且导致冷却效果不均匀；但两者距离也不宜过大，否则风机2'运行时产生的风量提升效果会非常微弱，大大降低其经济效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中风机的位置布局容易影响流经换热器的风量的缺陷，提供一种风力发电机组。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种风力发电机组，包括机舱、风机和设于所述机舱的外部的换热器，所述风机设于所述换热器的背风端，其特点在于，所述风机的至少一部分设于所述机舱的内部，所述风机与外界连通，所述风机用于吸收所述换热器排出的热空气。

在本方案中，风机的至少一部分设于机舱的内部，使得换热器背风端的阻挡物明显变小，即使风机与换热器之间的距离较小，在风机不运行时，风机对于外界冷空气流经换热器的阻挡作用都会一定程度地减弱，从而减少风机所阻挡的冷空气流经换热器的风量，保证流经换热器的风量大小。因此，风机与换热器之间可以设计较小的距离，以保证风机能够产生足够的效果，吸入足量的经过换热而温度升高的外界的热空气，保证换热器的换热效果。

较佳地，所述风机临近所述风机的进风口设置。

在本方案中，风机靠近进风口设置能够吸收更多的热空气，增大流经换热器的冷空气的风量。

较佳地，所述风机与所述换热器之间沿所述换热器的厚度方向的距离小于或等于所述换热器的高度的一半，其中，所述换热器的厚度方向平行于所述风力发电组的轴向方向。

在本方案中，当风机与换热器之间的距离过大容易使风机吸收的热空气较少，从而影响流经换热器的冷空气的风量，减弱换热器的换热效果。

较佳地，所述风力发电机组包括多个风机，多个风机沿所述换热器的宽度方向设置，其中，所述换热器的宽度方向与所述风力发电组的轴向方向垂直。

在本方案中，对于宽度尺寸较大或换热需求较高的换热器，可以通过增加风机的数量来吸收更多的热空气，从而使更多的冷空气流经换热器，增强换热器的换热效果。

较佳地，相邻两个所述风机的距离大于所述风机的叶轮的直径的1.5倍。

在本方案中，相邻两个风机之间的距离不宜过近，以免相互产生干扰，从而最大化单个风机的吸风效果并提升风机的效能。

较佳地，所述风力发电机组还包括设于所述机舱的内部的通风管道，所述通风管道的两端均与外界贯通，所述风机设于所述通风管道内，所述通风管道的进风端的端口为所述风机的进风口，所述通风管道的出风端的端口为所述风机的出风口。

在本方案中，通风管道可以用于引导风机吸入的热空气的流向。

较佳地，所述通风管道为弯管。

在本方案中，通风管道的一端贯穿于机舱的上部，另一端贯穿于机舱的侧边或背风端，避免由通风管道的出风口流出的热空气回流到换热器，减弱换热器的换热效果。

较佳地，所述风机为离心风机。

在本方案中，离心风机用于改变热空气的流向。

较佳地，所述通风管道的弯折角为钝角。

在本方案中，弯折角为钝角的通风管道一方面能够有效降低管内风阻，另一方面能够避免雨水通过通风管道的出风口流入通风管道，从而提高通风管道的使用寿命。

较佳地，所述通风管道为直管。

在本方案中，通风管道的一端贯穿于机舱的上部，另一端贯穿于机舱的下部，避免由通风管道的出风口流出的热空气回流到换热器，减弱换热器的换热效果。

较佳地，所述风机为轴流风机。

在本方案中，轴流风机不改变热空气的流向。

较佳地，所述通风管道采用隔热材料或非隔热材料。

在本方案中，当热空气无法及时排出通风管道或者热空气的温度总高于机舱内部的温度时，需要避免热空气的热量通过通风管道传递到机舱的内部，造成机舱内部的温度更高，从而影响设于机舱内部的其他部件的正常使用。当通风管道内的热空气的温度总低于机舱内部的温度时，机舱内部可以通过温度较低的热空气对其进行进一步的冷却。

较佳地，所述风力发电机组还包括设于所述机舱的外部的盖板，所述盖板与所述机舱连接，所述盖板用于封闭所述风机的进风口。

在本方案中，风机不运行时使用盖板封闭进风口，防止雨雪进入而导致风机故障。

较佳地，所述盖板的其中一端与所述机舱连接，所述盖板能够以所述盖板与所述机舱的连接端为旋转轴旋转。

在本方案中，盖板采用翻盖设计，操作简单。

较佳地，所述盖板相对于所述风机的进风口可滑移。

在本方案中，通过滑动盖板来遮挡进风口，操作简单。

较佳地，所述风力发电机组还包括空-空换热器和换热管道，所述空-空换热器和所述换热管道均设于所述机舱的内部，所述通风管道内的空气与所述换热管道内的空气通过所述空-空换热器进行热交换。

在本方案中，风力发电机组的发电机等装置的运行容易造成机舱内部温度过高，有时会高于由机舱外部的换热器换热后排出的热空气的温度，进一步在机舱内部加设空-空换热器，通过空-空换热器将通风管道内的空气与机舱内的空气进行热交换，降低机舱内的温度。

本发明的积极进步效果在于：风机的至少一部分设于机舱的内部，使得换热器背风端的阻挡物明显变小，即使风机与换热器之间的距离较小，在风机不运行时，风机对于外界冷空气流经换热器的阻挡作用都会一定程度地减弱，从而减少风机所阻挡的冷空气流经换热器的风量，保证流经换热器的风量大小。因此，风机与换热器之间可以设计较小的距离，以保证风机能够产生足够的效果，吸入足量的经过换热而温度升高的外界的热空气，保证换热器的换热效果。

附图说明

图1为现有技术的风力发电机组的内部结构示意图。

图2为本发明实施例1的风力发电机组的立体结构示意图。

图3为本发明实施例1的风力发电机组的内部结构示意图。

图4为本发明实施例1的盖板的立体结构示意图。

图5为本发明实施例2的风力发电机组的内部结构示意图。

现有技术附图标记说明：

2'风机

3'换热器

本申请附图标记说明：

1 机舱

2 风机

3 换热器

4 叶片

51 进风口

52 出风口

6 通风管道

7 盖板

8 空-空换热器

91 进风管道

92 出风管道

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供了一种风力发电机组，如图2-3所示，风力发电机组包括机舱1、两个风机2和设于机舱1的外部的换热器3，两个风机2沿换热器3的宽度方向设置且均设于换热器3的背风端。其中，外界空气的流动方向是由风力发电机组的叶片4向机舱1流动，换热器3的宽度方向与风力发电组的轴向方向垂直，换热器3的厚度方向平行于风力发电组的轴向方向。

在其他可替代的实施方式中，风机2的数量也可以为一个或更多个，风机2的数量与换热器3的实际尺寸、风机2的实际尺寸以及风机2功率等因素相关，技术人员可根据实际需求进行调整。对于宽度尺寸较大或换热需求较高的换热器3，可以通过增加风机2的数量来吸收更多的热空气，从而使更多的冷空气流经换热器3，增强换热器3的换热效果。其中，当风机2的数量为多个时，多个风机2既可以沿换热器3的宽度方向设置也可以沿换热器3的厚度方向设置。

风机2完全设于机舱1的内部且与外界连通，换热器3固定在机舱1的上部，风机2的进风口51也位于机舱1的上部，风机2的进风口51与换热器3的下端面在同一平面(即机舱1的上端面)上。在其他可替代的实施方式中，若换热器3相对于机舱1的设置位置发生变化，风机2的进风口51相对于机舱1的位置也应该发生变化，换热器3和风机2的进风口51应该在机舱1的同一侧。

风机2完全设于机舱1的内部，使得换热器3的背风端没有阻挡物，即使风机2与换热器3之间的距离较小，在风机2不运行时，都不会阻挡没有经过换热的外界的冷空气流经换热器3，从而减少风机2所阻挡的冷空气流经换热器3的风量，保证流经换热器3的风量大小。因此，风机2与换热器3之间可以设计较小的距离，以保证风机2能够产生足够的效果，吸入足量的经过换热而温度升高的外界的热空气，保证换热器3的换热效果。

在其他可替代的实施方式中，也可以仅一部分风机2设置在机舱1的内部，此时风机2的进风口51略高于换热器3的下端面，但为了使风机2尽可能不阻挡流经换热器3的风量，进风口51和换热器3的下端面之间的距离不宜过大。进风口51也可略低于换热器3的下端面，但为了使风机2能够吸收足够的热空气，两者的距离同样不宜过大。

当外界风速较低时，通过运行风机2来加快外界空气的风速，风机2设于换热器3的背风端且同时位于换热器3的下部，冷空气由换热器3的迎风端进入换热器3，在换热器3的作用下进行热交换后，冷空气的温度升高变为热空气，热空气由换热器3的背风端排出，风机2用于吸收换热器3排出的热空气。

风机2因为吸入热空气导致被吸收的区域气压较低，从而使换热器3迎风端的更多的冷空气流向换热器3，增加流经换热器3的风量，还能使换热器3上方没有经过换热的冷空气向下流动，进一步增加流经换热器3的冷空气的风量，增强换热器3的换热效果。需要说明的是，为方便外界空气穿过换热器3，换热器3的迎风端和背风端均采用栅格结构，外界空气由栅格间的缝隙流入或流出换热器3。

风机2虽然设置在机舱1的内部，但优选不与机舱1的内部连通，因此由风机2吸收的热空气依然会排向外界，而不会流入机舱1的内部，保证机舱1内部运行的稳定性。

一些情况下，外界空气通过风力发电机组的前端，例如发电机时，外界空气会发生强烈的分离流动，外界空气向风力发电机组的上下两侧流动，因此导致靠近机舱1的上端面即换热器3的下部的风量较少，该区域可能发生空气逆行的情况，即外界空气由换热器3的背风端流向迎风端。空气逆行不利于换热器3的换热效果，由于换热器3背风端的部分空气是经过换热器3换热后排出的热空气，这部分热空气再次流经换热器3进行热交换，并由换热器3的迎风端排出后与其他外界空气混合，进而流向换热器3的上部，导致换热器3的整体换热效果下降。

一般情况下，风机2越靠近进风口51设置，风机2运行时对进风口51处的热空气产生的吸力越大，从而能吸收更多的热空气，增大流经换热器3的冷空气的风量。风机2与换热器3之间沿换热器3的厚度方向的距离应该控制在合适的范围之内，过大和过小都有可能造成换热器3的冷却效果减少，特别是两者距离过大，容易使风机2吸收的热空气较少，影响流经换热器3的冷空气的风量，减弱换热器3的换热效果。且随着两者距离的进一步增大，会使换热器3的换热效果越来越差。两者的距离过小也可能会导致风机2吸收的热空气较少，且随着两者距离的进一步缩小，也会使换热器3的换热效果越来越差。但风机2与换热器3之间沿换热器3的厚度方向的距离过大产生的影响通常情况下大于两者之间的距离过小所造成的影响，较为优选的是风机2与换热器3之间沿换热器3的厚度方向的距离小于或等于换热器3的高度的一半。

两个风机2沿换热器3的宽度方向的距离大于风机2的叶轮的直径的1.5倍，以免两个风机2相互产生干扰，从而最大化单个风机2的吸风效果并提升风机2的效能。当风机2的数量大于2个且沿换热器3的宽度方向设置时，相邻的两个风机2沿换热器3的宽度方向的距离均应该大于风机2的叶轮的直径的1.5倍。若多个风机2是沿换热器3的厚度方向设置，相邻的两个风机2沿换热器3的厚度方向的距离不仅应该大于风机2的叶轮的直径的1.5倍，而且任意一个风机2与换热器3之间沿换热器3的厚度方向的距离都应该小于或等于换热器3的高度的一半，防止与换热器3距离较远的风机2吸入的热空气过少，从而最大化单个风机2的吸风效果并提升风机2的效能。

风力发电机组还包括设于机舱1的内部的通风管道6，通风管道6的两端均与外界贯通，风机2设于通风管道6内，通风管道6的进风端的端口为风机2的进风口51，通风管道6的进风端的端口为风机2的出风口52。热空气在风机2的作用下由进风口51流入，并由出风口52排出，防止热空气回流降低换热器3的换热效果。通风管道6的进风端的尺寸可以略大于通风管道6其他部分的尺寸，方便风机2吸入热空气。

正常情况下，通风管道6和机舱1的内部空间是不连通的，但长期使用可能会发生腐蚀老化或通风管道6和机舱1装配时存在问题，会使得通风管道6和机舱1的连接处可能会产生缝隙，从而使外界空气流入机舱1的内部空间，影响风力发电机组的正常运行。所以还可以在通风管道6和机舱1之间，特别是通风管道6和机舱1的连接处采用密封结构加强密封效果，例如可以采用橡胶条进行密封，提升机舱1防腐的可靠性。

通风管道6为弯管，通风管道6的进风端贯穿与机舱1的上部，通风管道6的出风端贯穿于机舱1的侧边。因为流入通风管道6的热空气的流向发生变化，所以风机2优选采用离心风机2，方便热空气的流向发生变化。在其他可替代的实施方式中，风机2也不局限于采用离心风机2，但所选用的风机2应该能够保证通风管道6内的热空气及时排出。

在其他可替代的实施方式中，当通风管道6为弯管时，通风管道6的出风端还可以贯穿于机舱1的背风端，此时通风管道6内的热空气的流向也会发生变化，所以风机2还是优选离心风机2。通风管道6除弯管外还可以采用直管，此时通风管道6的出风端贯穿于机舱1的下部，热空气在通风管道6内的流向不会发生变化，此时风机2优选轴流风机2。

为避免雨水通过出风口52进入通风通道，当通风管道6为弯管时，通风管道6的弯折角为钝角，即通风管道6的出风端设计成沿机舱1的斜向下方向延伸，减少雨水进入的可能性，弯折角为钝角的通风管道6还能够有效降低管内风阻，增加通风管道6内的热空气的流速，保证热空气能够及时排出。

出风口52可以加设一个与通风管道6连接的挡板(图中未示出)，挡板不是一个封闭结构，设置挡板依然能够使热空气从挡板之间的缝隙流出通风管道6。挡板主要用于防止鸟类或风沙等通过出风口52进入出风通道，影响热空气的排出。

热空气的热量会通过通风管道6传入机舱1内部，导致机舱1内的温度升高，不利于风力发电机组的散热。当机舱1内部热源较小，热空气的温度总高于机舱1内部的温度时，为保证通风管道6中热空气的热量不会传递到机舱1而影响设于机舱1内部的其他部件的正常使用，通风管道6可以采用隔热材料，例如气凝胶毡，从而有效防止通风管道6内的热空气的热量的传递。

在其他可替代的实施方式中，当机舱1内部热源较大，通风管道6内的热空气的温度总低于机舱1内的温度时，通风管道6也可以不选用隔热材料，从而机舱1内的部分热量可以经由通风管道6散热，降低机舱1内部的温度。

如图4所示，风力发电机组还包括设于机舱1的外部的盖板7，盖板7与机舱1连接，盖板7用于封闭风机2的进风口51，防止雨雪进入而导致风机2故障。盖板7的其中一端与机舱1连接，盖板7能够以盖板7与机舱1的连接端为旋转轴旋转，翻盖的结构使操作更加方便，此时盖板7可以是树脂或金属材料。盖板7和机舱1的连接端优选为盖板7远离换热器3的一端，避免翻动盖板7时和换热器3之间发生干涉，盖板7也不会遮挡冷空气和/或热空气的流动。

在其他可替代的实施方式中，盖板7还可以实施成相对于风机2的进风口51可滑移，从而对进风口51进行封闭，此时盖板7优选是金属材料。通过滑动盖板7的方式来遮挡进风口51，操作也十分简单，盖板7的滑动方向优选是从远离换热器3的一侧向靠近换热器3的一侧进行滑动，避免与换热器3发生干涉。

风力发电机组还包括设于机舱1上的密封件，密封件为橡胶条(图中未示出)，橡胶条围绕进风口51设置，橡胶条用于密封盖板7与风机2的进风口51之间的缝隙，防止风机2在没有运行的情况下，雨水或灰尘等通过缝隙进入风机2，影响风机2的正常运行，橡胶条能减少与盖板7之间的磨损，加长盖板7的使用寿命。对进风口51进行封闭时，翻转盖板7，使盖板7落在橡胶条的上方，能够起到更好的密封效果。

在其他可替代的实施方式中，可以采用其他密封件来密封盖板7与风机2的进风口51之间的缝隙，防止风机2在没有运行的情况下，雨水或灰尘等通过缝隙进入风机2，影响风机2的正常运行。

技术人员还可以在风力发电机组上设置检测控制装置，通过检测风力发电机组的温度来选择性地打开或关闭风机2，进而还可以控制盖板7的启动和关闭，节省人工成本。

实施例2

本实施例的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于，风力发电机组还包括空-空换热器8和换热管道。

如图5所示，空-空换热器8和换热管道都设于机舱1的内部，换热管道和通风管道6不连通，通风管道6内的空气与换热管道内的空气通过空-空换热器8进行热交换。换热管道包括进风管道91和出风管道92，进风管道91用于吸收机舱1内部的热空气，出风管道92用于将进行换热冷却后的空气重新排向机舱1内部，从而降低机舱1的内部温度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于装置或元件被正常使用时的放置位置，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在任何时刻都具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，除非文中另有说明。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种风力发电机组，包括机舱、风机和设于所述机舱的外部的换热器，所述风机设于所述换热器的背风端，其特征在于，所述风机的至少一部分设于所述机舱的内部，所述风机与外界连通，并用于吸收所述换热器排出的热空气，所述风力发电机组还包括设于所述机舱的内部的通风管道，所述通风管道的两端均与外界贯通，所述风机设于所述通风管道内，所述通风管道的进风端的端口为所述风机的进风口，所述通风管道的出风端的端口为所述风机的出风口。

2.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述风机临近所述风机的进风口设置。

3.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述风机与所述换热器之间沿所述换热器的厚度方向的距离小于或等于所述换热器的高度的一半，其中，所述换热器的厚度方向平行于所述风力发电组的轴向方向。

4.如权利要求1或2所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括多个风机，多个风机沿所述换热器的宽度方向设置，其中，所述换热器的宽度方向与所述风力发电组的轴向方向垂直。

5.如权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于，相邻两个所述风机的距离大于所述风机的叶轮直径的1.5倍。

6.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述通风管道为弯管。

7.如权利要求6所述的风力发电机组，其特征在于，所述风机为离心风机。

8.如权利要求6所述的风力发电机组，其特征在于，所述通风管道的弯折角为钝角。

9.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述通风管道为直管。

10.如权利要求9所述的风力发电机组，其特征在于，所述风机为轴流风机。

11.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述通风管道采用隔热材料或非隔热材料。

12.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括设于所述机舱的外部的盖板，所述盖板与所述机舱连接，所述盖板用于封闭所述风机的进风口。

13.如权利要求12所述的风力发电机组，其特征在于，所述盖板的其中一端与所述机舱连接，所述盖板能够以所述盖板与所述机舱的连接端为旋转轴旋转。

14.如权利要求12所述的风力发电机组，其特征在于，所述盖板相对于所述风机的进风口可滑移。

15.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括空-空换热器和换热管道，所述空-空换热器和所述换热管道均设于所述机舱的内部，所述通风管道内的空气与所述换热管道内的空气通过所述空-空换热器进行热交换。

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