CN113202703A - 一种机舱通风降温装置及方法、风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明一种机舱通风降温装置及方法、风力发电机组，该装置包括引风通道和入流压缩通道；引风通道的进风口至出风口形成第一弯管，引风通道设置在风电机组机舱安装叶轮一端顶部的入孔盖板处，引风通道的进风口朝向自由来流方向，所述引风通道的出风口伸入风电机组机舱内部；入流压缩通道的入口端至出口端形成第二弯管，入流压缩通道的入口端与引风通道的出风口连接；入流压缩通道的出口端上设置有通风扇；所述风电机组机舱另一端底部设置有出风孔；在通风扇的作用下气流从引风通道和入流压缩通道进入后流经风电机组机舱内的发热设备表面后从所述出风孔流出。该机舱通风降温装置可提高风力机舱内空气在高温环境下的对流冷却效果。

Description

一种机舱通风降温装置及方法、风力发电机组

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种适用于戈壁地区风电机组的机舱通风降温装置及方法、风力发电机组。

背景技术

风力机机舱作为风力发电机组的重要组成部分，用于容纳并保护风电机组的主轴、齿轮箱、发电机等传动系统及其他电气设备的舱体，使风力发电机组能在恶劣的气象环境中正常工作，防止内部设备和巡检人员(工作时)受到风、雨、雪、盐雾、紫外辐射等外部环境因素的侵害。风电机组机舱在设计研发时，考虑到整机气动性能、塔筒承载等方面因素，其内部的空间尺寸通常受到一定的限制。由于齿轮箱、发电机、控制柜、偏航电机等多个高温热源设备及零部件布置于机舱的相对狭小的空间内，使得风电机组在运行时，机舱内部出现局部区域温度升高的现象，为了使风电机组维持一个稳定的工作温度，通常配备了以机舱内空气以及循环冷却液为介质的热交换与冷却系统。

虽然齿轮箱、发电机等设备都有相配套的冷却系统，但仍有部分热量不可避免地通过部件表面传递到机舱的空气中。尤其对于安装在西北戈壁地带的风电机组，在夏秋季运行期中，太阳的高温直射、相对较长的日照时间、加之机组大量的发热部件，造成机舱内热负荷加剧。由于机舱外壳材料通常选用玻璃纤维强化塑料制成，具有很好的密闭性且热导率不高，使得机舱内外空气流通性较差，同时机舱内自带的冷却与通风系统难以满足炎热环境下热量的及时交换，使得机舱内部整体温度过高，导致风力发电机组频报机舱温度预警而造成停机，进而影响机舱内电子元器件、润滑油脂系统等温度敏感零部件的工作性能与使用寿命，增加了机组的故障率，降低了机组的可利用率与经济效益。

发明内容

针对上述背景技术中提到的难点问题，本发明的目的在于提供一种适用于戈壁地区风电机组的机舱通风降温装置及方法、风力发电机组，用于提高风力机舱内空气在高温环境下的对流冷却效果。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种机舱通风降温装置，包括引风通道和入流压缩通道；

所述引风通道的进风口至出风口形成第一弯管，引风通道设置在风电机组机舱安装叶轮一端顶部的入孔盖板处，所述引风通道的进风口朝向自由来流方向，所述引风通道的出风口伸入风电机组机舱内部；

所述入流压缩通道的入口端至出口端形成第二弯管，入流压缩通道的入口端与引风通道的出风口连接，入流压缩通道的出口端沿风电机组机舱轴向设置；入流压缩通道的出口端上设置有通风扇；

所述风电机组机舱另一端底部设置有出风孔；在通风扇的作用下气流从引风通道和入流压缩通道进入后流经风电机组机舱内的发热设备表面后从所述出风孔流出。

作为本发明的进一步改进，所述第一弯管为矩形截面口径的九十度圆角弯管，且沿入流动方向呈渐缩截面结构。

作为本发明的进一步改进，所述引风通道的进风口内固定安装有滤网。

作为本发明的进一步改进，所述第二弯管为矩形截面口径的九十度圆角弯管，其出口端截面积小于入口端截面积。

作为本发明的进一步改进，所述电机组机舱内壁安装有机舱温度传感器，机舱温度传感器与通风扇电连接。

作为本发明的进一步改进，所述通风扇与机舱温度传感器供电的线路沿着电机组机舱内壁面和入流压缩通道的外表面布置与固定。

作为本发明的进一步改进，所述出风孔上设置有网状栅格板，网状栅格板选用螺纹钢材料进行制作。

一种风力发电机组，包括风电机组机舱，风电机组机舱上安装所述的机舱通风降温装置。

一种机舱通风降温装置的工作方法，包括以下步骤：

当机舱气温高于某一设定值时，通风扇开始旋转，将入流压缩通道中的气流加速抽进机舱内；进入机舱的外界气流经通风扇加速后进入机舱顶部区域，在冷却气流自由下沉的过程中与发热设备周围的热空气进行热交换，通过出风孔流出。

当机舱气温低于某一设定值时，通风扇停止旋转，入流压缩通道中的气流处于自由流动通风状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明机舱通风降温装置，通过在机舱顶部的两个人孔盖板处加装与机头方向一致的引风通道，使得进风口与机舱偏航系统同步并始终位于迎风方向，将自然风引入机舱内部并确保了最大进风量；通过引入温度较低的外部气流，促进了机舱内的空气流动与热交换，从而提高了风力机机舱的在高温季节的自动散热与降温效果，有效降低了机舱内部设备尤其是控制柜中的电子元器件的高温故障率。在通风扇的作用下，使得气流从引风通道和入流压缩通道进入后流经风电机组机舱内的发热设备表面后从所述出风孔流出，形成内循环实现发热设备降温。

进一步地，将机舱底部的吊物口盖板由平面实板换为网状栅格板，进而增加空气流出通道，与进风口形成有效对流。

进一步地，该装置的引风通道进风口与机舱上表面垂直，可在一定程度上避免雨雪天气时大量的雨水直接落入机舱，同时进风口处安装的滤网可对沙尘起到阻挡作用，可使机舱内保持清洁、干燥的状态。

进一步地，该装置在现有风力机机舱现有零部件上进行局部改造，不破换机舱本体结构，装置安装便捷，操作方便，成本造价低，过程安全可控。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为该发明的工作原理图。

其中，1、引风通道；2、滤网；3、入流压缩通道；4、通风扇；5、机舱温度传感器6、网状栅格板；7、机舱；8、塔筒；9、偏航系统；10、叶轮；11、机舱内发热设备。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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除、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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种适用于戈壁地区风电机组的机舱通风降温装置，包括引风通道1、滤网2、入流压缩通道3、通风扇4、机舱温度传感器5、网状栅格板6。

机舱7安装在塔筒8上，连接处设置有偏航机构9，叶轮10设置在机舱7端部，叶轮10的旋转平面可快速平稳地对准自由来流风向。机舱内发热设备11设置在机舱7内部。

所述引风通道1为矩形截面口径的九十度圆角弯管形式(第一弯管)，套装在风电机组机舱7顶部的入孔盖板处，引风通道1设置在风电机组机舱7顶部的入孔盖板处，引风通道1具有进风口和出风口，引风通道1的进风口设置在风电机组机舱7外部，引风通道1的出风口设置在风电机组机舱7内部；引风通道1的进风口位于机舱外部且垂直于机舱端部，进风口区域沿入流动方向呈渐缩截面结构，进风口内固定安装有滤网2，用于阻挡大颗粒沙尘和雨雪的进入。

所述入流压缩通道3的入口端套装在引风通道1的出口端，位于机舱内顶部区域。入流压缩通道3亦为矩形截面口径的九十度圆角弯管形式(第二弯管)，其出口端截面积小于入口端截面积，进而起到加速气流的作用。

所述通风扇4安装在入流压缩通道3的出口端，通过机舱温度传感器5进行启停驱动，并由机舱内控制柜中的220V电源进行供电。

所述机舱温度传感器5安装在机舱内顶部，用于测量机舱内气温并向通风扇4传递启停控制信号，并由机舱内控制柜中的220V电源进行供电。用于给通风扇4与机舱温度传感器5供电的线路应沿着机舱内壁面和入流压缩通道3的外表面布置与固定，避免机舱内悬空布线。

以不额外改变机舱结构为原则，所述网状栅格板6用于替代机舱底部吊物口处的原实面盖板，作为机舱中与引风通道1对应的出风口，增强气流在机舱内的对流效应。考虑其安全牢固性，网状栅格板6选用螺纹钢材料进行制作。

本发明机舱通风降温装置的工作原理：

如图2所示，当风力机前方自由来流风速大于机组切入风速时，风电机组启动工作，在机舱7与塔筒8之间的偏航机构9的控制作用下，机舱7连同叶轮10的旋转平面可快速平稳地对准自由来流风向，以便叶轮10获得最大的风能。由于两个引风通道1分别套装在机舱7顶部中心线两侧的人孔盖板处，其进风口同步于机舱的转动始终正对着自由来流风向，可以最大程度地捕获流过叶轮10的风，确保引风通道1的最大进风量。引风通道1中的气流通过其渐缩截面通道，进入机舱内顶部区域的入流压缩通道3，整体流速增加。

安装在机舱内顶部的机舱温度传感器5对机舱气温进行实时测量监控，当测量到的温度高于某一设定值时，机舱温度传感器5向通风扇4发出启动信号，机舱内需要降温，此时位于入流压缩通道3出口处通风扇4开始旋转，进一步将入流压缩通道3中的气流加速抽进机舱内。

进入机舱的外界气流经通风扇加速后进入机舱顶部区域，由于其温度低于机舱内的空气温度，在冷却气流自由下沉的过程中与发热设备11周围的热空气进行热交换，最终通过安装在机舱底部吊物口处的网状栅格板6作为出风口，在机舱内形成空间对流，将热量带至机舱外部，起到主动降温的作用。

当机舱温度传感器5测量到的温度低于设定值时，机舱温度传感器5向通风扇4发出停止信号，机舱内无须主动降温，此时通风扇4停止旋转，入流压缩通道3中的气流处于自由流动通风状态。

本发明还提供一种风力发电机组，包括风电机组机舱7，风电机组机舱7上安装权利要求1至7任一项所述的机舱通风降温装置。

本发明还提供一种机舱通风降温装置的工作方法，包括以下步骤：

当机舱气温高于某一设定值时，通风扇4开始旋转，将入流压缩通道3中的气流加速抽进机舱内；进入机舱的外界气流经通风扇4加速后进入机舱顶部区域，在冷却气流自由下沉的过程中与发热设备11周围的热空气进行热交换，通过出风孔流出。

当机舱气温低于某一设定值时，通风扇4停止旋转，入流压缩通道3中的气流处于自由流动通风状态。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (9)

1.一种机舱通风降温装置，其特征在于，包括引风通道(1)和入流压缩通道(3)；

所述引风通道(1)的进风口至出风口形成第一弯管，引风通道(1)设置在风电机组机舱(7)安装叶轮(10)一端顶部的入孔盖板处，所述引风通道(1)的进风口朝向自由来流方向，所述引风通道(1)的出风口伸入风电机组机舱(7)内部；

所述入流压缩通道(3)的入口端至出口端形成第二弯管，入流压缩通道(3)的入口端与引风通道(1)的出风口连接，入流压缩通道(3)的出口端沿风电机组机舱(7)轴向设置；入流压缩通道(3)的出口端上设置有通风扇(4)；

所述风电机组机舱(7)另一端底部设置有出风孔；在通风扇(4)的作用下气流从引风通道(1)和入流压缩通道(3)进入后流经风电机组机舱(7)内的发热设备(11)表面后从所述出风孔流出。

2.根据权利要求1所述的一种机舱通风降温装置，其特征在于，所述第一弯管为矩形截面口径的九十度圆角弯管，且沿入流动方向呈渐缩截面结构。

3.根据权利要求1所述的一种机舱通风降温装置，其特征在于，所述引风通道(1)的进风口内固定安装有滤网(2)。

4.根据权利要求1所述的一种机舱通风降温装置，其特征在于，所述第二弯管为矩形截面口径的九十度圆角弯管，其出口端截面积小于入口端截面积。

5.根据权利要求1所述的一种机舱通风降温装置，其特征在于，所述电机组机舱(7)内壁安装有机舱温度传感器(5)，机舱温度传感器(5)与通风扇(4)电连接。

6.根据权利要求1所述的一种机舱通风降温装置，其特征在于，所述通风扇(4)与机舱温度传感器(5)供电的线路沿着电机组机舱(7)机舱内壁面和入流压缩通道(3)的外表面布置与固定。

7.根据权利要求1所述的一种机舱通风降温装置，其特征在于，所述出风孔上设置有网状栅格板(6)，网状栅格板(6)选用螺纹钢材料进行制作。

8.一种风力发电机组，其特征在于，包括风电机组机舱(7)，风电机组机舱(7)上安装权利要求1至7任一项所述的机舱通风降温装置。

9.权利要求1至7任一项所述的一种机舱通风降温装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

当机舱气温高于某一设定值时，通风扇(4)开始旋转，将入流压缩通道(3)中的气流加速抽进机舱内；进入机舱的外界气流经通风扇(4)加速后进入机舱顶部区域，在冷却气流自由下沉的过程中与发热设备(11)周围的热空气进行热交换，通过出风孔流出；

当机舱气温低于某一设定值时，通风扇(4)停止旋转，入流压缩通道(3)中的气流处于自由流动通风状态。

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