CN113937958A - 一种密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双馈发电机滑环系统技术领域，提出一种密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统及方法，该系统包括：滑环部件；滑环箱，其被配置为容纳所述滑环部件并且使所述滑环部件与海上双馈发电机的机舱中的空气彼此隔离，其中所述滑环箱具有与外界不连通的密闭风路；过滤系统，其布置在所述密闭风路中以便对空气进行过滤以及换热冷却；散热器，其布置在所述密闭风路中位于所述过滤系统后的位置以便对过滤后的空气进行换热冷却；以及冷却风扇，其布置在所述密闭风路中使空气依次流经所述过滤系统以及、散热器以及滑环部件，其中空气流经所述滑环部件以清理所述滑环部件运行产生的杂质颗粒。

Description

一种密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统及方法
技术领域
本发明总的来说涉及双馈发电机滑环系统技术领域。具体而言，本发明涉及一种密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统及方法。
背景技术
对于双馈发电机而言，滑环系统的可靠运行与滑环、碳刷以及两者相互作用形成的氧化膜的健康度有着直接的关联。现有技术中滑环系统冷却通常采用防护等级为IP23型的进出风无防护的技术方案。然而在海上或相似环境下，滑环的寿命容易受潮湿盐雾环境影响而显著降低。
另外，为了满足环保要求，海上应用的滑环系统应具备收集碳粉的功能，而现有技术中碳粉收集装置构造复杂，并且无法满足阻燃要求。
发明内容
为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，包括：
滑环部件；
滑环箱，其被配置为容纳所述滑环部件并且使所述滑环部件与海上双馈发电机的机舱中的空气彼此隔离，其中所述滑环箱具有与外界不连通的密闭风路；
过滤系统，其布置在所述密闭风路中；
散热器，其布置在所述密闭风路中；以及
冷却风扇，其布置在所述密闭风路中使空气依次流经所述过滤系统、散热器以及滑环部件，其中空气流经所述滑环部件以清理所述滑环部件运行产生的杂质颗粒。
在本发明一个实施例中规定，所述过滤系统被配置为对空气进行过滤以及换热冷却。
在本发明一个实施例中规定，所述过滤系统包括金属过滤棉、初效过滤棉以及中/高效过滤棉。
在本发明一个实施例中规定，所述金属过滤棉被配置为过滤粒径大于等于15μm的杂质颗粒并且对空气进行冷却。
在本发明一个实施例中规定，所述初效过滤棉被配置为过滤粒径小于15μm，且大于等于4μm的杂质颗粒。
在本发明一个实施例中规定，所述中/高效过滤棉被配置为过滤粒径小于4μm，且大于等于0.4μm的杂质颗粒。
在本发明一个实施例中规定，所述散热器布置在所述密闭风路中位于所述过滤系统后的位置以便对过滤后的空气进行换热冷却。
在本发明一个实施例中规定，所述散热器包括空水散热器和\或空空散热器。
在本发明一个实施例中规定，所述冷却风扇使空气流经所述滑环部件以冷却所述滑环部件。
在本发明一个实施例中规定，所述冷却风扇布置于滑环箱内的所述滑环部件的轴向方向上；或者
所述冷却风扇布置于滑环箱外。
在本发明一个实施例中规定，所述滑环箱具有加热器，所述加热器被配置为在所述滑环部件停止运转时加热所述滑环箱内的空气。
在本发明一个实施例中规定，所述杂质颗粒包括碳粉。
本发明还提出一种利用所述密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统冷却滑环部件的方法，该方法包括下列步骤：
由冷却风扇使空气依次流经金属过滤棉、初效过滤棉、中/高效过滤棉以及散热器，其中所述金属过滤棉过滤粒径大于等于第一粒径的杂质颗粒并且对空气进行冷却，所述初效过滤棉过滤粒径小于第一粒径、且大于等于第二粒径的杂质颗粒，所述中/高效过滤棉过滤粒径小于第二粒径、且大于等于第三粒径的杂质颗粒；以及
由冷却风扇使经过过滤及冷却的空气流经滑环部件以冷却所述滑环部件并且清理所述滑环部件运行产生的杂质颗粒。
在本发明一个实施例中规定，由加热器在所述滑环部件停止运转时加热所述滑环箱内的空气以使所述滑环部件的表面无凝露。
在本发明一个实施例中规定，第一粒径为15μm，第二粒径为4μm，并且第三粒径为0.4μm。
本发明还提出一种一种风力发电机，其具有所述密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统。
本发明至少具有如下有益效果：本发明通过将滑环冷却与机舱冷却解耦、互不影响，保证了机舱内其他部件的防护性能，在海上风电机舱设计中具有关键意义；本发明可以有效提高海上双馈发电机滑环系统可靠性，为双馈发电机的海上应用做好基础；本发明的系统内部腐蚀等级很低，也不容易产生凝露，保证了系统的可靠运行，同时可以降低滑环部件的防腐成本；另外本发明的碳粉收集装置可根据需求扩大滤棉面积，延长维护周期，具有较好的实用性。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出了本发明所应用于的风力发电机的示意图。
图2示出了本发明一个实施例中密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
首先阐述本发明所基于的原理，本发明人通过研究发现，海上风力发电机的滑环容易损坏的一个重要原因是，目前滑环要么从海上环境直接引入冷却风进行冷却，要么采用机舱冷却风或机舱环境风进行冷却，其中机舱冷却风或机舱环境风是从海上环境中直接引入的；而在海上或相似潮湿环境下，滑环系统的从海上环境引入的冷却进出风会使得滑环部件长期处于潮湿的盐雾环境中，而潮湿的盐雾环境进而会引发滑环、碳刷以及氧化膜腐蚀，由此影响滑环系统的可靠运行；此外，发明人还发现，当滑环系统停止运行时，进出风无防护的冷却系统会导致滑环表面较容易产生凝露，引起滑环表面腐蚀，且当滑环系统重新运行时容易产生打火烧蚀。本发明人通过进一步研究发现，通过将滑环箱冷却系统与机舱冷却系统解耦，使得冷却滑环的内部气流与机舱冷却系统没有直接的气体交换，可使滑环基本上免受盐雾环境的损害，由此大幅提高滑环寿命；此外，通过在停机后、开机前对滑环的环境空气进行加热，可基本上避免滑环表面产生凝露，从而进一步提高滑环寿命。在本发明中，术语“解耦”是指滑环的冷却风与机舱的环境空气或冷却风没有直接的气体交换，例如可以将它们彼此隔离以防止气体交换。
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
图1示出了本发明所应用于的风力发电机100的示意图。如图1所示，风力发电机组100包括塔架101、可旋转地连接到塔架101并且支承轮毂103的机舱102。在轮毂103上布置有两个或更多个叶片104，其中叶片104在风力作用下带动发电机(未示出)旋转，从而生成电能。
图2示出了本发明一个实施例中一个密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统的结构示意图，该滑环冷却系统可以包括滑环部件、滑环箱\滑环室、过滤系统、冷却风扇以及散热器。
所述滑环箱\滑环室包围或容纳滑环部件201并且使所述滑环部件201与风力发电机组100的机舱102的中的空气彼此隔离，其中所述滑环箱\滑环室具有与外界不连通的密闭风路，本实施例中以滑环箱202为例。在此，属于“密闭风路”是指进出所述滑环箱\滑环室的空气构成独立的内循环风路，其不与机舱及其它外界环境进行空气交换。
所述过滤系统可以对空气进行过滤以及换热冷却，其布置在所述密闭风路中以便对空气进行过滤以及局部的换热冷却。该过滤系统例如可以包括金属过滤棉203、初效过滤棉207以及中/高效过滤棉204，其中所述金属过滤棉203可以过滤粒径大于等于15μm的杂质颗粒并且对空气进行冷却，所述初效过滤棉可以过滤粒径小于15μm，且大于等于4μm的杂质颗粒，所述中/高效过滤棉可以过滤粒径小于4μm，且大于等于0.4μm的颗粒的杂质颗粒。所述杂质颗粒包括碳粉。在本发明的教导下，其他过滤装置也是可设想的。
散热器206可以对空气进行换热冷却，其布置在所述密闭风路中位于所述过滤系统后的位置以便对过滤后的空气进行换热冷却。该散热器206可以包括空水散热器和\或空空散热器，其中空气流经空水散热器和\或空空散热器可以与二级介质(冷液体和\或冷空气)进行进一步的热交换。
冷却风扇可以使空气依次流经金属过滤棉203、初效过滤棉207、中/高效过滤棉204以及散热器206，并且使经过过滤及冷却的空气流经所述滑环部件201以冷却所述滑环部件201并且吹走清理滑环部件201运行过程中产生的碳粉等杂质颗粒。其中，碳粉经过金属过滤棉203、初效过滤棉207和中/高效过滤棉204的三道过滤后，绝大部分被收集到，保证了散热器206的可靠运行。该冷却风扇可以如图2中冷却风扇205所示布置于滑环箱202外，也可以布置在滑环箱202内的所述滑环部件201的轴向方向上。
另外，所述滑环箱202可以具有加热器。所述加热器可以在滑环部件201停止运转、所述密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统停机时加热所述滑环箱202内的空气以使所述滑环部件201的表面无凝露，为滑环部件201的后续运行做好准备。
在本发明一个实施例中利用所述密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统冷却滑环部件，其中包括下列步骤：
由冷却风扇205使空气依次流经金属过滤棉203、初效过滤棉207、中/高效过滤棉204以及散热器206，所述金属过滤棉203过滤粒径大于等于15μm的杂质颗粒并且对空气进行冷却，所述初效过滤棉过滤粒径小于15μm，且大于等于4μm的杂质颗粒，所述中/高效过滤棉过滤粒径小于4μm，且大于等于0.4μm的颗粒的杂质颗粒；以及
由冷却风扇205使经过过滤及冷却的空气流经滑环部件201以冷却所述滑环部件并且吹走清理滑环部件201运行过程中产生的杂质颗粒。
另外，当滑环部件201停止运转、所述密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统停机时，可以由加热器加热滑环箱202内的空气以使所述滑环部件201的表面无凝露，从而为滑环部件201的后续运行做好准备。
在本发明的各实施例中，本发明通过将滑环冷却与机舱冷却解耦、互不影响，保证了机舱内其他部件的防护性能，在海上风电机舱设计中具有关键意义；本发明可以有效提高海上双馈发电机滑环系统可靠性，为双馈发电机的海上应用做好基础；本发明的系统内部腐蚀等级很低，也不容易产生凝露，保证了系统的可靠运行，同时可以降低滑环部件的防腐成本；另外本发明的碳粉收集装置可根据需求扩大滤棉面积，延长维护周期，具有较好的实用性。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (16)

1.一种密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，包括：
滑环部件；
滑环箱，其被配置为容纳所述滑环部件并且使所述滑环部件与海上双馈发电机的机舱中的空气彼此隔离，其中所述滑环箱具有与外界不连通的密闭风路；
过滤系统，其布置在所述密闭风路中；
散热器，其布置在所述密闭风路中；以及
冷却风扇，其布置在所述密闭风路中使空气依次流经所述过滤系统、散热器以及滑环部件，其中空气流经所述滑环部件以清理所述滑环部件运行产生的杂质颗粒。
2.根据权利要求1所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述过滤系统被配置为对空气进行过滤以及换热冷却。
3.根据权利要求1和2之一所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述过滤系统包括金属过滤棉、初效过滤棉以及中/高效过滤棉。
4.根据权利要求3所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述金属过滤棉被配置为过滤粒径大于等于15μm的杂质颗粒并且对空气进行冷却。
5.根据权利要求3所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述初效过滤棉被配置为过滤粒径小于15μm，且大于等于4μm的杂质颗粒。
6.根据权利要求3所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述中/高效过滤棉被配置为过滤粒径小于4μm，且大于等于0.4μm的杂质颗粒。
7.根据权利要求1所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述散热器布置在所述密闭风路中位于所述过滤系统后的位置以便对过滤后的空气进行换热冷却。
8.根据权利要求1和7之一所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述散热器包括空水散热器和\或空空散热器。
9.根据权利要求1所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述冷却风扇使空气流经所述滑环部件以冷却所述滑环部件。
10.根据权利要求1和9之一所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述冷却风扇布置于滑环箱内的所述滑环部件的轴向方向上；或者
所述冷却风扇布置于滑环箱外。
11.根据权利要求1所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述滑环箱具有加热器，所述加热器被配置为在所述滑环部件停止运转时加热所述滑环箱内的空气。
12.根据权利要求1所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统，其特征在于，所述杂质颗粒包括碳粉。
13.一种利用权利要求1-12之一所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统冷却滑环部件的方法，其特征在于，包括下列步骤：
由冷却风扇使空气依次流经金属过滤棉、初效过滤棉、中/高效过滤棉以及散热器，其中所述金属过滤棉过滤粒径大于等于第一粒径的杂质颗粒并且对空气进行冷却，所述初效过滤棉过滤粒径小于第一粒径、且大于等于第二粒径的杂质颗粒，所述中/高效过滤棉过滤粒径小于第二粒径、且大于等于第三粒径的杂质颗粒；以及
由冷却风扇使经过过滤及冷却的空气流经滑环部件以冷却所述滑环部件并且清理所述滑环部件运行产生的杂质颗粒。
14.根据权利要求13所述的冷却滑环部件的方法，其特征在于，由加热器在所述滑环部件停止运转时加热所述滑环箱内的空气以使所述滑环部件的表面无凝露。
15.根据权利要求14所述的冷却滑环部件的方法，其特征在于，第一粒径为15μm，第二粒径为4μm，并且第三粒径为0.4μm。
16.一种风力发电机，其具有权利要求1-12之一所述的密闭式海上双馈发电机滑环冷却系统。
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