CN111336069A - 一种空冷式风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开的属于风力发电技术领域，具体为一种空冷式风力发电机组，包括叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱和塔架，所述叶片安装在轮毂上，所述轮毂转动安装在机舱的一端，所述齿轮箱、发电机位于机舱的内腔，所述齿轮箱的输出转轴与发电机的转子轴通过联轴器连接，所述齿轮箱的输入转轴与轮毂连接，所述机舱横向安装在塔架的顶端，所述塔架的内部还设置有第一换热器、第二换热器、第三换热器、机组换热器和循环管路，可以很好的实现机组的散热，实现温度水平进一步的降低；充分利用自然资源的机组区域温度控制方式，从而实现系统性的温度控制以及机组更低的能耗；从上至下对塔架内的热量进行调控，使得塔架内部的热量调控均匀。

Description

一种空冷式风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体为一种空冷式风力发电机组。

背景技术

风力发电机组是一种将大自然中的风能转换为电能的设备，对应的电能属于绿色清洁能源。伴随着风力发电机组机组容量日趋增加，机组自身各个子系统、部件的热损耗日益增加，据不完全统计，机组自身热损耗几乎占机组单机容量的约8％～10％，举例说明：如单机容量为10MW的机组，机组自身热损耗值高达将近1MW,由此可见热损耗值相当可观。巨大的热损耗直接带来的一个问题就是散热问题，如何高效的、快速的将机组自身发热散去。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空冷式风力发电机组，以解决上述背景技术中提出的如何高效的、快速的将机组自身发热散去的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种空冷式风力发电机组，包括叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱和塔架，所述叶片安装在轮毂上，所述轮毂转动安装在机舱的一端，所述齿轮箱、发电机位于机舱的内腔，所述齿轮箱的输出转轴与发电机的转子轴通过联轴器连接，所述齿轮箱的输入转轴与轮毂连接，所述机舱横向安装在塔架的顶端；

所述塔架内部设置有风能转换组件，所述塔架的内部还设置有第一换热器、第二换热器、第三换热器、机组换热器和循环管路，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器和机组换热器在塔架的内部从上至下安装，所述循环管路在机舱、塔架内呈连通的循环管状，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、机组换热器的两侧分别与循环管路的两侧管路连通，所述机组换热器的底端连接有盘管，所述盘管的进口和出口分别与循环管路的两侧连通，所述盘管延伸至土壤层中，所述塔架的底端支撑在土壤层上，所述循环管路还设置有膨胀阀、压缩机、第一增压泵和第二增压泵。

作为上述技术方案的改进，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、机组换热器内部的液体为去离子水、纯水、纯水+乙二醇、丙二醇、制冷剂或者冷却液体介质。

作为上述技术方案的改进，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器采用并联、串联或串联、并联混合使用的形式。

作为上述技术方案的改进，所述第二增压泵和第一增压泵分别位于第一换热器、第二换热器之间和第二换热器、第三换热器之间。

作为上述技术方案的改进，所述膨胀阀、第一增压泵和第二增压泵均为双向调控的方式。

作为上述技术方案的改进，所述盘管呈螺旋状，且所述盘管的外壁上均匀设置有热交换翅片，所述热交换翅片分布在土壤层内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)可以很好的实现机组的散热，实现温度水平进一步的降低；

2)充分利用自然资源的机组区域温度控制方式，从而实现系统性的温度控制以及机组更低的能耗；

3)从上至下对塔架内的热量进行调控，使得塔架内部的热量调控均匀。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明塔架内部的风冷部件结构示意图；

图3为本发明冷却模式的控制原理图；

图4为本发明加热模式的控制原理图。

图中：1叶片、2轮毂、3齿轮箱、4发电机、5机舱、6塔架、7第一换热器、8第二换热器、9第三换热器、10机组换热器、11膨胀阀、12盘管、13土壤层、14压缩机、15第一增压泵、16第二增压泵、17循环管路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

实施例：

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种空冷式风力发电机组，包括叶片1、轮毂2、齿轮箱3、发电机4、机舱5和塔架6，叶片1安装在轮毂2上，轮毂2转动安装在机舱5的一端，齿轮箱3、发电机4位于机舱5的内腔，齿轮箱3的输出转轴与发电机4的转子轴通过联轴器连接，齿轮箱3的输入转轴与轮毂2连接，机舱5横向安装在塔架6的顶端；

风力发电机组主要由叶片1、轮毂2、发电机4、机舱5、塔架6、齿轮箱3、变流器等部件组成。叶片1吸收来流风能，将风能转化为叶轮系统的旋转机械能，从而带动同轴的齿轮箱3经过增速后，发电机4将机械能转换为电能，该部分电能经过变流器整流、逆变等处理后并网，从而实现电能的传输。

塔架6内部设置有风能转换组件，塔架6的内部还设置有第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9、机组换热器10和循环管路17，第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9和机组换热器10在塔架6的内部从上至下安装，循环管路17在机舱5、塔架6内呈连通的循环管状，第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9、机组换热器10的两侧分别与循环管路17的两侧管路连通，机组换热器10的底端连接有盘管12，盘管12的进口和出口分别与循环管路17的两侧连通，盘管12延伸至土壤层13中，塔架6的底端支撑在土壤层13上，循环管路17还设置有膨胀阀11、压缩机14、第一增压泵15和第二增压泵16。

进一步地，第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9、机组换热器10内部的液体为去离子水、纯水、纯水+乙二醇、丙二醇、制冷剂或者冷却液体介质。

进一步地，第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9采用并联、串联或串联、并联混合使用的形式，空冷式冷却形式为了保证机组不同区域位置温度水平，针对性地布局第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9等，考虑到不同区域位置处热负荷大小不同，从而使得第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9能够更好的换热作用。

进一步地，第二增压泵16和第一增压泵15分别位于第一换热器7、第二换热器8之间和第二换热器8、第三换热器9之间，考虑到不同空间区域第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9等所处不同位置处高度因素，因此在不同循环之间添加第二增压泵16和第一增压泵15等，从而保证了各个空间区域第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9供给液体温度的一致性。

进一步地，膨胀阀11、第一增压泵15和第二增压泵16均为双向调控的方式，空冷式风力发电机组及温度控制装置可以在保证硬件配置不变前提下，实现冷却模式和加热模式，此时只需改变膨胀阀11的流通方向即可；从原理上来讲，冷却模式、加热模式均遵循热力学第二定律，在消耗一定电能的前提下，实现了热量从低温环境中吸热，向高温环境中放热。

进一步地，盘管12呈螺旋状，且盘管12的外壁上均匀设置有热交换翅片，热交换翅片分布在土壤层13内，能够与土壤层13更好的接触作用，实现良好的热交换。

空冷式风力发电机组换热循环一侧为大地的土壤层13，土壤层13是一个大的热沉，且无论夏季、冬季，土壤层13的温度至少要比外部环境温度低或高1-2℃，因此，通过该温度控制装置与系统可以较传统空冷式换热装置获得更好的换热效果、更高的热效率。

机组内部的各个空间位置处均布局有换热器，例如第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9以及机组产热部位，换热器的形式为液体-空气换热器，通过空气侧实现对机组不同空间部位温度的控制，而被加热的空气在第一换热器7、第二换热器8、第三换热器9内部与液体侧进行换热，液体侧温度升高，此时经过进行压缩机14、膨胀阀11、机组换热器10组成的换热循环，热量通过机组换热器10，将热量传递至盘管12，通过盘管12内部的液体传递至土壤层13。土壤是一个巨大的热沉，可以容纳相当多的热量，同时具有很慢的温升效应，从而保证了盘管12内部液体温度，进而保证了机组换热器10的液体温度，从而实现了机组的温度的控制，实现了冷却和散热。

空冷式风力发电机组实现了风力发电机组封闭式空冷循环方式，在保证机组密封的前提下，空冷式温度控制系统(冷却/加热)无需考虑外部因素沙尘、相对湿度等因素；

由于空冷式风力发电机组实现了风力发电机组封闭式空冷循环方式，与空冷系统相关的一切硬件都处于机组内部，从而避免了传统空冷方式散热风扇机组外置，从而避免了机组散热系统对周边环境带来的噪声污染。

冷却：通过不同位置处配置液-空换热器，在冷却模式下可以在对应换热器末端获得低温的空气，低温的空气对热源部件如变桨柜体、发电机等部件进行冷却，而换热器另一侧的液体被加热，高温的液体经过压缩机的压缩，通过液-液换热器，实现了与低温土壤的换热。

加热：由于机组所处低温环境如冬季或严寒地带，以及一定温度下如温度25℃有利于部件及原器件的使用寿命及可靠性，因此不同部件对加热模式有着不同的需求。此时大地土壤侧为高温环境，通过液-液换热器从土壤中吸热，进而通过压缩机、膨胀阀可将高温的液体，通过液-空换热器传递至低温的机组不同空间区域；从而在不同空间区域温度得到一定的提高，实现了机组不同区域空间温度的整体均匀性；

考虑到不同换热部件对加热量需求不同，以及不同换热部件所处空间位置不同，为了兼顾不同换热器末端温度的一致性，因此采用不同的组合方式进行换热，如图4中为其中一种组合方式，遵循的原则为：不同部件之间距离相近、且换热量较少时换热器可采用串联方式；不同部件之间距离远、单部件换热量较大时换热器采用并联方式。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种空冷式风力发电机组，包括叶片(1)、轮毂(2)、齿轮箱(3)、发电机(4)、机舱(5)和塔架(6)，其特征在于：所述叶片(1)安装在轮毂(2)上，所述轮毂(2)转动安装在机舱(5)的一端，所述齿轮箱(3)、发电机(4)位于机舱(5)的内腔，所述齿轮箱(3)的输出转轴与发电机(4)的转子轴通过联轴器连接，所述齿轮箱(3)的输入转轴与轮毂(2)连接，所述机舱(5)横向安装在塔架(6)的顶端；

所述塔架(6)内部设置有风能转换组件，所述塔架(6)的内部还设置有第一换热器(7)、第二换热器(8)、第三换热器(9)、机组换热器(10)和循环管路(17)，所述第一换热器(7)、第二换热器(8)、第三换热器(9)和机组换热器(10)在塔架(6)的内部从上至下安装，所述循环管路(17)在机舱(5)、塔架(6)内呈连通的循环管状，所述第一换热器(7)、第二换热器(8)、第三换热器(9)、机组换热器(10)的两侧分别与循环管路(17)的两侧管路连通，所述机组换热器(10)的底端连接有盘管(12)，所述盘管(12)的进口和出口分别与循环管路(17)的两侧连通，所述盘管(12)延伸至土壤层(13)中，所述塔架(6)的底端支撑在土壤层(13)上，所述循环管路(17)还设置有膨胀阀(11)、压缩机(14)、第一增压泵(15)和第二增压泵(16)。

2.根据权利要求1所述的一种空冷式风力发电机组，其特征在于：所述第一换热器(7)、第二换热器(8)、第三换热器(9)、机组换热器(10)内部的液体为去离子水、纯水、纯水+乙二醇、丙二醇、制冷剂或冷却液体介质。

3.根据权利要求1所述的一种空冷式风力发电机组，其特征在于：所述第一换热器(7)、第二换热器(8)、第三换热器(9)采用并联、串联或串联、并联混合使用的形式。

4.根据权利要求1所述的一种空冷式风力发电机组，其特征在于：所述第二增压泵(16)和第一增压泵(15)分别位于第一换热器(7)、第二换热器(8)之间和第二换热器(8)、第三换热器(9)之间。

5.根据权利要求1所述的一种空冷式风力发电机组，其特征在于：所述膨胀阀(11)、第一增压泵(15)和第二增压泵(16)均为双向调控的方式。

6.根据权利要求1所述的一种空冷式风力发电机组，其特征在于：所述盘管(12)呈螺旋状，且所述盘管(12)的外壁上均匀设置有热交换翅片，所述热交换翅片分布在土壤层(13)内。

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