CN113048020B - 风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机,所述风力发电机包括:塔筒;风机机舱,所述风机机舱安装在所述塔筒的上端,所述风机机舱内安装有发电机和冷却水套,所述冷却水套与所述发电机换热;调谐质量阻尼装置,所述调谐质量阻尼装置安装在所述塔筒内,且所述调谐质量阻尼装置的配重结构包括水箱,所述水箱与所述冷却水套连通。根据本发明的风力发电机,通过设置包括水箱的调谐质量阻尼器,从而使风力发电机在具有冷却风机机舱的功能的同时,减缓塔筒的震动,提升风力发电机的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于风电发电机技术领域,具体而言,涉及一种风力发电机。
背景技术
发电机内各部件在运行期间所产生的热量也随着单机容量的提高而增加,导致了电机运行时温升的不断提高,容易产生永磁体过温退磁、绝缘失效甚至直接烧毁电机等严重问题,直接影响了电机的使用寿命。同时,由于海上工作环境特殊,海浪、季风以及地震等一系列不利于风力发电机正常运行的影响因素导致风力发电机整体会随之出现小幅度的往复振动,极大地降低了运行过程中的稳定性,造成了很大的安全隐患。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种既可以保证风力发电机的稳定性又能冷却发电机的风力发电机。
根据本发明实施例的风力发电机包括:塔筒;风机机舱,所述风机机舱安装在所述塔筒的上端,所述风机机舱内安装有电机和冷却水套,所述冷却水套与所述电机换热;调谐质量阻尼装置,所述调谐质量阻尼装置安装在所述塔筒内,且所述调谐质量阻尼装置的配重结构包括水箱,所述水箱与所述冷却水套连通。
根据本发明的风力发电机,通过设置包括水箱的调谐质量阻尼器,从而使风力发电机在具有冷却风机机舱的功能的同时,减缓塔筒的震动,提升风力发电机的稳定性。
根据本发明一个实施例的风力发电机,包括冷却回路和水泵,所述冷却水套包括进口和出口,所述水泵、所述冷却水套、所述水箱依次串联在所述冷却回路中,所述进口与所述水泵的输出端相连,所述出口与所述水箱相连。
根据本发明一个实施例的风力发电机,还包括热交换器,所述热交换器连接在所述水箱与所述水泵之间。
根据本发明一个实施例的风力发电机,所述电机包括定子和转子,所述转子套设在所述定子外,所述定子上设有与所述定子同轴布置的冷却孔,所述冷却水套安装在所述冷却孔内。
根据本发明一个实施例的风力发电机,所述冷却水套为环形,所述冷却水套与所述冷却孔的内壁贴合。
根据本发明一个实施例的风力发电机,所述冷却水套包括两个环形水道和多个轴向水道,两个环形水道沿所述电机的轴向间隔布置,多个所述轴向水道沿所述电机的轴向延伸,且所述轴向水道的两端分别与两个所述环形水道相连。
根据本发明一个实施例的风力发电机,所述冷却水套包括进口和出口,所述进口和所述出口在所述冷却水套上沿所述电机的轴向间隔布置。
根据本发明一个实施例的风力发电机,所述水箱为多个,多个所述水箱沿竖向间隔布置,且相邻的所述水箱连通。
根据本发明一个实施例的风力发电机,还包括阻尼器,所述塔筒的内部包括安装腔,所述水箱安装在所述安装腔内且与所述安装腔的壁面间隔开,所述阻尼器的第一端与所述安装腔的内壁相连,所述阻尼器的第二端与所述水箱相连。
根据本发明一个实施例的风力发电机,所述阻尼器为多个,多个所述阻尼器沿所述塔筒的轴向对称布置。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是根据本发明的一个实施例的风力发电机的结构示意图;
图2是根据本发明的一个实施例的调谐质量阻尼器的俯视图;
图3是根据本发明的一个实施例的电机的爆炸图(示出冷却水套);
图4是根据本发明的一个实施例的冷却水套的结构示意图;
图5是根据本发明的一个实施例的冷却回路及调谐质量阻尼器工作原理图。
附图标记:
风力发电机100;
塔筒1;
风机机舱2;冷却水套21;环形水道211;轴向水道212;进口201;出口202;
水箱31;阻尼器32;
电机4;定子41;冷却孔411;转子42。
水泵51;进水管52;出水管53;热交换器54。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的风力发电机100。
根据本发明的风力发电机100包括塔筒1、风机机舱2和调谐质量阻尼装置。
风机机舱2安装在塔筒1的上端,风机机舱2内安装有电机4,电机4的电机4轴连接风力发电机100的风轮,通过风吹动风轮转动进而使电机4发电。
调谐质量阻尼器包括配重结构,调谐质量阻尼器安装在塔筒1内,调谐质量阻尼器通过利用配重结构的惯性缓冲塔筒1的振动能量,例如在塔筒1因外界风力或海浪等原因导致塔筒1震动,但配重结构由于其自身的惯性保持静止,从而给塔筒1相反的作用力平衡塔筒1的震动能量,进而减缓塔筒1的振动。
其中,调谐振动阻尼器32的配重结构包括水箱31,水箱31内可以盛装有冷却介质(例如水),风机机舱2内的冷却水套21与水箱31连通,水箱31可以为冷却水套21对电机4的冷却提供冷却介质,保证电机4在一个稳定的冷热平衡的系统中安全可靠地运行,水箱31内的冷却介质也可以成为调谐质量阻尼器的配重结构的一部分,使得塔架整体阻尼增加,并通过轻微的晃动驱散塔架的振动能量,完成抗振工作。
根据本发明的风力发电机100,通过设置包括水箱31的调谐质量阻尼器,从而使风力发电机100在具有冷却风机机舱2的功能的同时,减缓塔筒1的震动,提升风力发电机100的稳定性。
下面参照图1-图5描述根据本发明的风力发电机100的一些实施例。
在一些实施例中,如图1所示,风力发电机100包括冷却回路和水泵51,水泵51用于将冷却介质从塔底抽至冷却水套21中,完冷却水套21包括进口201和出口202,水泵51、冷却水套21、水箱31依次串联在冷却回路中,冷却介质流通在冷却回路中,水泵51用于将冷却介质泵送到冷却水套21内,进口201与水泵51的输出端相连,出口202与水箱31相连。
在一些示例中,如图1所示,冷却回路包括进水管52和出水管53,冷却水套21的进口201与进水管52相连,冷却水管的出口202与出水管53相连,进水管52的远离冷却水套21的一端与水泵51的输出端相连,出水管53的远离冷却水套21的一端与水泵51的输入端相连。
风力发电机100运行过程中,冷却介质经水泵51作用泵送到冷却水套21内,带走电机4工作所产生的热量,进而完成电机4的冷却工作,从冷却水套21中流出的具有较高温度的冷却介质可以流入到水箱31内,组成摆式调谐质量阻尼器的配重结构,使得塔架整体阻尼增加,并通过轻微的晃动驱散塔架的振动能量,完成抗振工作,冷却介质在水箱31内逐渐冷却,由于水箱31可以储存冷却介质,使冷却回路中具有较多的冷却介质,在水箱31内的冷却介质的冷却效率更高,且水箱31内的冷却介质经过冷却回路流到水泵51的输入端,水泵51将冷却介质泵送到冷却水套21,从而完成冷却介质在冷却回路中的循环。在一些实施例中,风力发电机100包括热交换器54,热交换器54连接在水箱31与水泵51之间,风力发电机100用于将冷却回路中的冷却介质与外界换热,加快从冷却水套21中流出的冷却介质的冷却效率,进而提升风力发电机100的冷却效率。
在一些示例中,风力发电机100可以为海上风力发电机100,即风力发电机100可以建造在海边或者海岛临近海洋处,热交换器54的冷侧可以设在海里或者通入海水,热交换器54的热侧连接在冷却回路中,由此,可以利用海水与冷却介质进行换热,既利用了风力发电机100的设置环境,便于设置,且增快了冷却介质的冷却效率。
在一些实施例中,如图3所示,电机4包括定子41和转子42,转子42套设在定子41外,即电机4可以为外转子42结构,外转子42结构的风力发电机100的风叶可以直接安装在电机4的外壳上,电机4和风叶之间无其他传动装置,降低摩擦热量损耗,提高风能利用率。转子42直接暴露在空气中,相对转子42具有更好的通风冷却条件。采用外转子42结构,转子42相对传统电机4直径较大,多极结构比较容易实现,在保证高效率的同时降低了成本。由于外转子42惯性大,在强风或者阵风情况下,电机4也可以平稳运行。
定子41上设有与定子41同轴布置的冷却孔411,冷却水套21安装在冷却孔411内,该种设计可以利用电机4的径向空间,节约风机机舱2内的轴向空间,且冷却机舱与定子41的接触面积较大,可以具有较好的冷却效果。
在一些实施例中,如图3所示,冷却水套21为环形,冷却水套21与冷却孔411的内壁贴合,环形的冷却水套21可以与冷却孔411的周壁具有较大的接触面积,增大散热效率。
在一些实施例中,如图4所示,冷却水套21包括两个环形水道211和多个轴向水道212,两个环形水道211沿电机4的轴向间隔布置,多个轴向水道212沿电机4的轴向延伸,且轴向水道212的两端分别与两个环形水道211相连,该种形状的冷却水套21可以具有较大的表面积,使冷却水套21的散热效果更好,且体积较小,便于安装在冷却孔411中。在一些示例中,冷却孔411具有与轴向冷却水道形状相匹配的凹槽,轴向冷却水道的至少一部分可以包裹在凹槽内,从而增大轴向冷却水道与定子41的接触面积,提升冷却效率。
在一些实施例中,如图3和图4所示,其中,图4中的箭头方向为冷却介质在冷却水套21内的流动方向,冷却水套21包括进口201和出口202,进口201和出口202在冷却水套21上沿电机4的轴向间隔布置,由于电机4的定子41的轴向一侧温度较高,另一侧温度较低,进口201设在温度较高的一侧,出口202设在温度较低的一侧,可以提升冷却效果,且冷却介质在冷却水套21中的流动路径较长,可以使冷却介质与定子41充分换热后流出冷却水套21。
在一些示例中,如图3和图4所示,水套上的进口201、出口202呈圆柱形可以扩大与进、出水管53路的焊接操作空间,保证焊接的便利性与稳定性;在风机机舱2与风机机座设有法兰,法兰环面上具有定位槽,进、出水管53路经定位槽伸出法兰端面进入机舱内部,并与冷却水套21的进口201、出口202相连,保证冷却介质循环的顺畅。在一些实施例中,水箱31为多个(例如两个),多个水箱31沿竖向间隔布置,且相邻的水箱31连通,多个水箱31的设置可以增强冷却介质的存储量,进而增加冷却回路中冷却介质的量,从冷却水套21中流出的冷却介质可以在换热回路中充分散热后流入冷却水套21,从而增强风力发电机100的换热能力,且多个水箱31的设置可以增加调谐质量阻尼器的配重结构的质量,且便于根据需求在水箱31内添加更多的换热介质。
在一些示例中,如图1所示。水箱31可以为两个,两个水箱31分别位于塔架的上部与中部,使塔筒1整体的平衡与抗振能力进一步增强。
在一些实施例中,如图1和图2所示,风力发电机100还包括阻尼器32,塔筒1的内部包括安装腔,水箱31安装在安装腔内且与安装腔的壁面间隔开,阻尼器32的第一端与安装腔的内壁相连,阻尼器32的第二端与水箱31相连。阻尼器32可以缓冲和吸收配重结构的震动能量,增强调谐质量阻尼器的缓冲震动的效果。在一些示例中,阻尼器32可以为弹簧式阻尼器32也可以为液压杆式阻尼器32。
在一些实施例中,如图2所示,阻尼器32为多个,多个阻尼器32可以增强缓冲震动的能力,多个阻尼器32沿塔筒1的轴向对称布置,可以使对称布置的阻尼器32对配重结构达到手里平衡,在不发生震动时,配重结构受到的合力只沿竖直方向。
下面参照图5描述根据本发明的一个实施例的风力发电机100的结构及工作原理。
换热回路的进水管52、出水管53与定位槽进行焊接使其固定,使其与进水管52、出水口之间的连接更加稳固,避免进水管52、出水管53路与风机机舱2、机座之间的焊接部分产生裂纹,而影响日常维护和故障检修的顺利进行;进水管52、出水管53路经由塔筒1内部延伸至塔底,出水管53上侧与中侧连接有两个水箱31,其周围有阻尼器32使其在一定范围内保持稳定,冷却介质从风机机舱2内部将定子41所产生的热量带走后,经由出水管53流进水箱31,使得水箱31内保持一定容量的液体,此时水箱31将自身质量和其内部液体的重量相结合,作为摆式调谐质量阻尼器的配重结构存在于塔筒1中。当塔筒1发生振动时,带有冷却介质的水箱31会因为惯性而向振动相反的方向轻微摆动,从而减少塔筒1整体振动的幅度并驱散振动所带来的能量,使其更快的恢复至稳定状态,以此完成塔筒1的减振过程。塔筒1底部安装有换热器,用于将从水箱31流至塔底的冷却介质与外界(例如海水)进行对流传热,使冷却介质温度降低。降温过程结束后,用于为冷却介质换热的海水直接排出,冷却介质流至水泵51的输入端并经水泵51的作用泵送至位于风机机舱2内的冷却水套21,以使冷却介质在换热回路中循环,从而实现对于风力发电机100整体的冷却介质调谐式冷却。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨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,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种风力发电机,其特征在于,包括:
塔筒;
风机机舱,所述风机机舱安装在所述塔筒的上端,所述风机机舱内安装有电机和冷却水套,所述冷却水套与所述电机换热;
调谐质量阻尼装置,所述调谐质量阻尼装置安装在所述塔筒内,且所述调谐质量阻尼装置的配重结构包括水箱,所述水箱与所述冷却水套连通;
冷却回路和水泵,所述冷却水套包括进口和出口,所述水泵、所述冷却水套、所述水箱依次串联在所述冷却回路中,所述进口与所述水泵的输出端相连,所述出口与所述水箱相连;
阻尼器,所述塔筒的内部包括安装腔,所述水箱安装在所述安装腔内且与所述安装腔的壁面间隔开,所述阻尼器的第一端与所述安装腔的内壁相连,所述阻尼器的第二端与所述水箱相连。
2.根据权利要求1所述的风力发电机,其特征在于,还包括热交换器,所述热交换器连接在所述水箱与所述水泵之间。
3.根据权利要求1所述的风力发电机,其特征在于,所述电机包括定子和转子,所述转子套设在所述定子外,所述定子上设有与所述定子同轴布置的冷却孔,所述冷却水套安装在所述冷却孔内。
4.根据权利要求3所述的风力发电机,其特征在于,所述冷却水套为环形,所述冷却水套与所述冷却孔的内壁贴合。
5.根据权利要求3所述的风力发电机,其特征在于,所述冷却水套包括两个环形水道和多个轴向水道,两个环形水道沿所述电机的轴向间隔布置,多个所述轴向水道沿所述电机的轴向延伸,且所述轴向水道的两端分别与两个所述环形水道相连。
6.根据权利要求1所述的风力发电机,其特征在于,所述进口和所述出口在所述冷却水套上沿所述电机的轴向间隔布置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的风力发电机,其特征在于,所述水箱为多个,多个所述水箱沿竖向间隔布置,且相邻的所述水箱连通。
8.根据权利要求1所述的风力发电机,其特征在于,所述阻尼器为多个,多个所述阻尼器沿所述塔筒的轴向对称布置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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