CN112431730A - 一种海上水电风冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海上水电风冷系统，包括：集成式海水冷却器，设置在海水内，且集成了海水循环泵和海水冷却器，用于系统的冷却和海水循环；机舱冷却管路，用于机舱区域循环冷却；塔筒冷却管路，用于塔筒区域循环冷却；防海洋生物过滤器，设置在集成式海水冷却器进口处，用于防止海洋生物在集成式海水冷却器和管路内积聚；机舱冷却管路和塔筒冷却管路并联设置，机舱冷却管路包括并联设置的发电机冷却管路、齿轮箱冷却管路和空气冷却管路，塔筒冷却管路包括并联设置的变流器冷却管路和变压器冷却管路。该系统设备更少、可靠性更高，且发电机冷却系统、齿轮箱冷却系统、变流器变压器冷却系统构成一个有机整体，有利于冷却的整体进行。

Description

一种海上水电风冷系统
技术领域
本发明涉及水电风冷技术领域，尤指一种海上水电风冷系统。
背景技术
风电机组的主要发热设备为发电机、齿轮箱、变流器、变压器等设备，冷却系统设计的优劣直接关系到以上设备工作的可靠性和安全性。当单个风电机组的发电功率达到MW级以上后，设备的发热量均比较大，如不能及时将设备内的热量及时传导出去，严重影响设备的安全性，尤其是近年来风电机组单机功率普遍达到了5MW以上，且逐步由陆上风电场向海上风电场发展，因此，风电机组的冷却系统设计的优劣不仅关系到风电机组运行的安全性可靠性，也同时关系到风电机组的建设安装和运行成本。
通常的海上风电冷却系统的热量一般是空气直接冷却，或者通过强制油-空冷却系统、水-空冷却系统等方式将风电机组相关设备内的热量传递出去，其缺点是设备多、可靠性低、设备体积重量大，发电机舱内受海上盐雾、风沙直接侵袭，使得机舱内的设备工作环境恶化，降低设备使用可靠性。此外，现有的海上风电冷却系统的发电机冷却系统、滑油冷却系统、变流器变压器冷却系统都是分别独立的，使得系统设备数量多，备用设备重复设置，增大了设备的安装成本。因此，需要一种设备更少、可靠性更高、安装成本更低，且能够使发电机冷却系统、齿轮箱冷却系统、变流器变压器冷却系统构成一个有机整体的冷却系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种海上水电风冷系统，该系统的设备更少、可靠性更高、安装成本更低，且能够使发电机冷却系统、齿轮箱冷却系统、变流器变压器冷却系统构成一个有机整体，有利于冷却的整体进行。
本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种海上水电风冷系统，包括：
集成式海水冷却器，且集成了海水循环泵和海水冷却器，用于系统的冷却和海水循环；
机舱冷却管路，与所述集成式海水冷却器通过第一循环泵组连接，用于机舱区域的循环冷却；
塔筒冷却管路，与所述集成式海水冷却器通过第二循环泵组连接，用于塔筒区域的循环冷却；
防海洋生物过滤器，设置在所述集成式海水冷却器的进口处，用于防止海洋生物在所述集成式海水冷却器和管路内积聚；
其中，所述机舱冷却管路和所述塔筒冷却管路并联设置，
所述机舱冷却管路包括并联设置的发电机冷却管路、齿轮箱冷却管路和空气冷却管路，
所述塔筒冷却管路包括并联设置的变流器冷却管路和变压器冷却管路。
防海洋生物过滤器，具备自动清洁功能，用于防止海洋生物在集成式海水冷却器和海水管路内积聚，大幅延长系统运行时间，降低维护成本。
通过将冷却系统分为机舱冷却管路和塔筒冷却管路，且机舱冷却管路和塔筒冷却管路均与集成式海水冷却器连接，机舱冷却管路包括并联设置的发电机冷却管路、齿轮箱冷却管路和空气冷却管路，塔筒冷却管路包括并联设置的变流器冷却管路和变压器冷却管路，使得发电机、齿轮箱、空冷器三个设备能够共用一个循环泵组，形成了发电机冷却子系统，而变流器和变压器能够共用一个循环泵组，形成了变流器冷却子系统，且两个子系统是相对独立的，可以避免因两个子系统的冷却要求、安装位置等差异而相互影响，同时，由于两个子系统能够共用一部分设备，从而能够使整个系统的设备更少，有利于减小设备的占用空间和降低安装成本，同时能够使发电机冷却系统、齿轮箱冷却系统、变流器变压器冷却系统构成一个有机整体，有利于冷却的整体控制。
另外，在本方案中，集成式海水冷却器、第一循环泵组和第二循环泵组均设置在海水内，从而能够减小海水泵扬程，海水泵扬程只需克服集成式海水冷却器的阻力即可，从而大幅降低了海水泵的功耗。
进一步地，所述集成式海水冷却器的个数为两台，且在第一工况下，两台集成式海水冷却器为备用关系，在第二工况下，两台集成式海水冷却器为串联工作关系。
本方案的一个最佳案例是，系统包括两台集成式海水冷却器，其使用的特征是，在第一工况下，即风电机组约75％的运行时间，两台集成式海水冷却器是备用关系；第二工况下，即约25％极端运行工况时，为串联工作关系。此种运行方式，相比较于单台或两台全工况备用系统方案，在大幅提高系统可靠性的同时，还可大幅降低系统运行时海水循环泵的耗功；在冬季或者机组符合较低时，两台冷却器同时工作，可停止海水循环泵的运行；当一台海水冷却器出现故障时，在75％的时间一台即可满足，在其他极端气候条件时，可降低机组符合亦可满足机组的持续输出电力。
进一步地，还包括：备用冷却管路，
所述备用冷却管路与所述机舱冷却管路、所述塔筒冷却管路并联设置，且所述备用冷却管路通过第三循环泵组与所述集成式海水冷却器连接；
所述备用冷却管路与所述机舱冷却管路、所述塔筒冷却管路之间均设置有一组切换阀，用于控制所述备用冷却管路为所述机舱冷却管路或所述塔筒冷却管路进行冷却。
通过设置与机舱冷却管路和塔筒冷却管路并联的备用冷却管路，备用冷却管路的流向由切换阀切换或关闭，从而既可为发电机冷却子系统使用，也可为变流器冷却子系统使用，能够在减少备用循环水泵数量的情况下，保证了系统的可靠性。
进一步地，所述机舱冷却管路与所述第一循环泵组之间，以及所述塔筒冷却管路与所述第二循环泵组之间均设置有安全阀。
进一步地，所述空气冷却管路包括空气冷却器，且所述空气冷却器的两端与所述机舱冷却管路连接；
所述齿轮箱冷却管路包括滑油冷却器和齿轮箱，且所述滑油冷却器的两端与所述机舱冷却管路连接，所述齿轮箱与所述滑油冷却器并联设置，且所述齿轮箱与所述滑油冷却器之间通过第四循环泵组连接。
通过在机舱内设置空气冷却器，能够使机舱无需设置与外部空气连通的通风设备，使机舱形成了一个密闭空间，避免机舱设备受海上空气的盐雾、风沙侵蚀，影响设备的精度。
进一步地，所述空气冷却管路和所述变流器冷却管路上均设置有放气阀，用于管路内的排气；
和/或；
所述机舱冷却管路的两端均设置有球阀，用于控制循环水的流动。
进一步地，所述机舱冷却管路和所述塔筒冷却管路的主管路上均设置有压力传感器，用于检测管道内的循环水压力；
和/或；
所述发电机冷却管路、所述齿轮箱冷却管路、所述空气冷却管路、所述变流器冷却管路和所述变压器冷却管路上均设置有温度传感器，用于检测管道内的循环水温度。
进一步地，所述机舱冷却管路和所述塔筒冷却管路的主管路上均设置有过滤器和蓄能器，过滤器用于循环水的过滤，避免堵塞管道，蓄能器用于蓄能，避免热量浪费。
进一步地，所述机舱冷却管路和所述塔筒冷却管路的主管路上，以及所述发电机冷却管路、所述齿轮箱冷却管路、所述空气冷却管路、所述变流器冷却管路和所述变压器冷却管路上均设置有调节阀，调节阀用于调节循环水的流速、流量等。
进一步地，所述集成式海水冷却器与所述机舱冷却管路、所述塔筒冷却管路之间均设置有控制阀和电加热器。通过设置电加热器和控制阀，能够为循环水加热，从而在冬季等季节为系统进行升温。
所述集成式海水冷却器的管路上均设置有管道翅片，由于塔底平台至集成式海水冷却器之间至少有20m以上的距离，两个子系统进出集成式海水冷却器共四根管子，在这至少80米的管子上安装辅助散热管道翅片，可显著减少集成式海水冷却器的换热面积需求，在几乎不增加投资的情况下，增强了换热器的调节性能，尤其是在天气较冷的季节，通过海水自然对流换热，再加上辅助散热管道翅片的作用，可停止海水循环泵的运行，从而降低系统的运行功耗。
根据本发明提供的一种海上水电风冷系统，通过将冷却系统分为机舱冷却管路和塔筒冷却管路，且机舱冷却管路和塔筒冷却管路均与集成式海水冷却器连接，机舱冷却管路包括并联设置的发电机冷却管路、齿轮箱冷却管路和空气冷却管路，塔筒冷却管路包括并联设置的变流器冷却管路和变压器冷却管路，使得发电机、齿轮箱、空冷器三个设备能够共用一个循环泵组，形成了发电机冷却子系统，而变流器和变压器能够共用一个循环泵组，形成了变流器冷却子系统，且两个子系统是相对独立的，可以避免因两个子系统的冷却要求、安装位置等差异而相互影响，同时，由于两个子系统能够共用一部分设备，从而能够使整个系统的设备更少，有利于减小设备的占用空间和降低安装成本，同时能够使发电机冷却系统、齿轮箱冷却系统、变流器变压器冷却系统构成一个有机整体，有利于冷却的整体控制。另外，通过设置与机舱冷却管路和塔筒冷却管路并联的备用冷却管路，备用冷却管路的流向由切换阀切换或关闭，从而既可为发电机冷却子系统使用，也可为变流器冷却子系统使用，能够在减少备用循环水泵数量的情况下，保证了系统的可靠性。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的系统分布示意图。
图中标号：1-集成式海水冷却器；11-管道翅片；2-机舱冷却管路；21-发电机冷却管路；22-齿轮箱冷却管路；23-空气冷却管路；24-空气冷却器；25-滑油冷却器；26-齿轮箱；27-第四循环泵组；3-塔筒冷却管路；31-变流器冷却管路；32-变压器冷却管路；4-第一循环泵组；5-第二循环泵组；6-控制阀；7-电加热器；8-备用冷却管路；9-第三循环泵组；10-切换阀；11-安全阀；12-调节阀；13-放气阀；14-球阀；15-压力传感器；16-温度传感器；17-过滤器；18-蓄能器；19-防海洋生物过滤器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
实施例1
本发明的一个实施例，如图1和图2所示，本发明提供一种海上水电风冷系统，包括集成式海水冷却器1、机舱冷却管路2、塔筒冷却管路3和防海洋生物过滤器19。
集成式海水冷却器1设置在海水内，且集成了海水循环泵和海水冷却器，用于系统的冷却和海水循环；机舱冷却管路2与集成式海水冷却器1通过第一循环泵组4连接，用于机舱区域的循环冷却；塔筒冷却管路3与集成式海水冷却器1通过第二循环泵组5连接，用于塔筒区域的循环冷却。
防海洋生物过滤器19设置在所述集成式海水冷却器1的进口处，用于防止海洋生物在集成式海水冷却器1和管路内积聚，有利于大幅延长系统运行时间，降低维护成本。
其中，机舱冷却管路2和塔筒冷却管路3并联设置，机舱冷却管路2包括并联设置的发电机冷却管路21、齿轮箱冷却管路22和空气冷却管路23，塔筒冷却管路3包括并联设置的变流器冷却管路31和变压器冷却管路32。
通过将冷却系统分为机舱冷却管路2和塔筒冷却管路3，且机舱冷却管路2和塔筒冷却管路3均与集成式海水冷却器1连接，机舱冷却管路2包括并联设置的发电机冷却管路21、齿轮箱冷却管路22和空气冷却管路23，塔筒冷却管路3包括并联设置的变流器冷却管路31和变压器冷却管路32，使得发电机、齿轮箱、空冷器三个设备能够共用一个循环泵组，形成了发电机冷却子系统，而变流器和变压器能够共用一个循环泵组，形成了变流器冷却子系统，且两个子系统是相对独立的，可以避免因两个子系统的冷却要求、安装位置等差异而相互影响，同时，由于两个子系统能够共用一部分设备，从而能够使整个系统的设备更少，有利于减小设备的占用空间和降低安装成本，同时能够使发电机冷却系统、齿轮箱冷却系统、变流器变压器冷却系统构成一个有机整体，有利于冷却的整体控制。
另外，在本方案中，集成式海水冷却器1、第一循环泵组4和第二循环泵组6均设置在海水内，从而能够减小海水泵扬程，海水泵扬程只需克服集成式海水冷却器的阻力即可，从而大幅降低了海水泵的功耗。
优选的，集成式海水冷却器1的个数为两台，且在第一工况下，两台集成成式海水冷却器为备用关系，在第二工况下，两台所述成式海水冷却器为串联工作关系。
本方案的一个最佳案例是，系统包括两台集成式海水冷却器，其使用的特征是，在第一工况下，即风电机组约75％的运行时间，两台集成式海水冷却器是备用关系；第二工况下，即约25％极端运行工况时，为串联工作关系。此种运行方式，相比较于单台或两台全工况备用系统方案，在大幅提高系统可靠性的同时，还可大幅降低系统运行时海水循环泵的耗功；在冬季或者机组符合较低时，两台冷却器同时工作，可停止海水循环泵的运行；当一台海水冷却器出现故障时，在75％的时间一台即可满足，在其他极端气候条件时，可降低机组符合亦可满足机组的持续输出电力。当然，在其它实施例中，根据使用环境的不同，风电机组约75％的运行时间以及25％极端运行工况时间可以根据实际情况进行调整。
集成式海水冷却器1的管路上均设置有管道翅片11，由于塔底平台至集成式海水冷却器1之间至少有20m以上的距离，两个子系统进出集成式海水冷却器共四根管子，在这至少80米的管子上安装辅助散热管道翅片11，可显著减少集成式海水冷却器1的换热面积需求，在几乎不增加投资的情况下，增强了换热器的调节性能，尤其是在天气较冷的季节，通过海水自然对流换热，再加上辅助散热管道翅片11的作用，可停止海水循环泵的运行，从而降低系统的运行功耗。
另外，在集成式海水冷却器1海水进出口之间设置了防波板，使得集成式海水冷却器1的海水吸入口的海水与集成式海水冷却器出口的海水不会形成短路，避免了未得到充分冷却的海水再次吸入到集成式海水冷却器内，提高了集成式海水冷却器1进出口的海水温差，增强了集成式海水冷却器1的换热效果。
进一步优选的，集成式海水冷却器1与机舱冷却管路2、塔筒冷却管路3之间设置有控制阀6和电加热器7。通过设置电加热器7和控制阀6，能够为循环水加热，从而在冬季等季节为系统进行升温。
实施例2
本发明的一个实施例，如图1和图2所示，在实施例1的基础上，本发明提供一种海上水电风冷系统，还包括：备用冷却管路8，备用冷却管路8与机舱冷却管路2、塔筒冷却管路3并联设置，且备用冷却管路8通过第三循环泵组9与集成式海水冷却器1连接。
备用冷却管路8与机舱冷却管路2、塔筒冷却管路3之间均设置有一组切换阀10，用于控制备用冷却管路8为机舱冷却管路2或塔筒冷却管路3进行冷却。
通过设置与机舱冷却管路2和塔筒冷却管路3并联的备用冷却管路8，备用冷却管路8的流向由切换阀10切换或关闭，从而既可为发电机冷却子系统使用，也可为变流器冷却子系统使用，能够在减少备用循环水泵数量的情况下，保证了系统的可靠性。
实施例3
本发明的一个实施例，如图1和图2所示，在实施例1或2的基础上，机舱冷却管路2与第一循环泵组4之间，以及塔筒冷却管路3与第二循环泵组5之间均设置有安全阀11。
优选的，机舱冷却管路23和塔筒冷却管路的主管路上，以及发电机冷却管路21、齿轮箱冷却管路22、空气冷却管路23、变流器冷却管路31和变压器冷却管路32上均设置有调节阀12，调节阀12用于调节循环水的流速、流量等。
优选的，空气冷却管路23和变流器冷却管路31上均设置有放气阀13，放气阀13用于管路内的排气；和/或，机舱冷却管路2的两端均设置有球阀14，球阀14用于控制循环水的流动。
实施例4
本发明的一个实施例，如图1和图2所示，在上述任一实施例的基础上，空气冷却管路23包括空气冷却器24，且空气冷却器24的两端与机舱冷却管路2连接；齿轮箱冷却管路22包括滑油冷却器25和齿轮箱26，且滑油冷却器25的两端与机舱冷却管路2连接，齿轮箱26与滑油冷却器25并联设置，且齿轮箱26与滑油冷却器25之间通过第四循环泵组27连接。
通过在机舱内设置空气冷却器24，能够使机舱无需设置与外部空气连通的通风设备，使机舱形成了一个密闭空间，避免机舱设备受海上空气的盐雾、风沙侵蚀，影响设备的精度。
通过设置滑油冷却器25，且齿轮箱26与滑油冷却器25并联设置，齿轮箱26与滑油冷却器25之间通过第四循环泵组27连接，使得循环水能够为滑油冷却器25冷却，而滑油冷却器25通过第四循环泵组27为齿轮箱26冷却。
优选的，机舱冷却管路2和塔筒冷却管路3的主管路上均设置有压力传感器15，压力传感器15用于检测管道内的循环水压力；和/或，发电机冷却管路21、齿轮箱冷却管路22、空气冷却管路23、变流器冷却管路31和变压器冷却管路32上均设置有温度传感器16，温度传感器16用于检测管道内的循环水温度。
进一步优选的，机舱冷却管路2和塔筒冷却管路3的主管路上均设置有过滤器17和蓄能器18，过滤器17用于循环水的过滤，避免堵塞管道，蓄能器18用于蓄能，避免热量浪费。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上水电风冷系统，其特征在于，包括：
集成式海水冷却器，设置在海水内，且集成了海水循环泵和海水冷却器，用于系统的冷却和海水循环；
机舱冷却管路，与所述集成式海水冷却器通过第一循环泵组连接，用于机舱区域的循环冷却；
塔筒冷却管路，与所述集成式海水冷却器通过第二循环泵组连接，用于塔筒区域的循环冷却；
防海洋生物过滤器，设置在所述集成式海水冷却器的进口处，用于防止海洋生物在所述集成式海水冷却器和管路内积聚；
其中，所述机舱冷却管路和所述塔筒冷却管路并联设置，
所述机舱冷却管路包括并联设置的发电机冷却管路、齿轮箱冷却管路和空气冷却管路，
所述塔筒冷却管路包括并联设置的变流器冷却管路和变压器冷却管路。
2.根据权利要求1所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于：所述集成式海水冷却器的个数为两台，且在第一工况下，两台所述集成式海水冷却器为备用关系，在第二工况下，两台所述集成式海水冷却器为串联工作关系。
3.根据权利要求1所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于，还包括：备用冷却管路，
所述备用冷却管路与所述机舱冷却管路、所述塔筒冷却管路并联设置，且所述备用冷却管路通过第三循环泵组与所述集成式海水冷却器连接；
所述备用冷却管路与所述机舱冷却管路、所述塔筒冷却管路之间均设置有一组切换阀，用于控制所述备用冷却管路为所述机舱冷却管路或所述塔筒冷却管路进行冷却。
4.根据权利要求1所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于：所述机舱冷却管路与所述第一循环泵组之间，以及所述塔筒冷却管路与所述第二循环泵组之间均设置有安全阀。
5.根据权利要求1所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于：所述空气冷却管路包括空气冷却器，且所述空气冷却器的两端与所述机舱冷却管路连接；
所述齿轮箱冷却管路包括滑油冷却器和齿轮箱，且所述滑油冷却器的两端与所述机舱冷却管路连接，所述齿轮箱与所述滑油冷却器并联设置，且所述齿轮箱与所述滑油冷却器之间通过第四循环泵组连接。
6.根据权利要求1所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于：所述空气冷却管路和所述变流器冷却管路上均设置有放气阀；
和/或；
所述机舱冷却管路的两端均设置有球阀。
7.根据权利要求1所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于：所述机舱冷却管路和所述塔筒冷却管路的主管路上均设置有压力传感器；
和/或；
所述发电机冷却管路、所述齿轮箱冷却管路、所述空气冷却管路、所述变流器冷却管路和所述变压器冷却管路上均设置有温度传感器。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于：所述机舱冷却管路和所述塔筒冷却管路的主管路上均设置有过滤器和蓄能器。
9.根据权利要求1-7任一所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于：所述机舱冷却管路和所述塔筒冷却管路的主管路上，以及所述发电机冷却管路、所述齿轮箱冷却管路、所述空气冷却管路、所述变流器冷却管路和所述变压器冷却管路上均设置有调节阀。
10.根据权利要求1-7任一所述的一种海上水电风冷系统，其特征在于：所述集成式海水冷却器与所述机舱冷却管路、所述塔筒冷却管路之间均设置有控制阀和电加热器；
所述集成式海水冷却器的管路上均设置有管道翅片。
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