CN114696537A - 用于风力发电机组的冷却系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于风力发电机组的冷却系统及风力发电机组。冷却系统包括设置在机舱中的内循环风扇，内循环风扇连接有换热器，换热器上还设置有与内循环风扇连通的回风总管，回风总管远离换热器的一端分别连接有发电机回风风道和轴承回风风道两个支路风道，发电机回风风道远离换热器的一端设置在发电机的定子结构上，用于冷却发电机，并且轴承回风风道远离换热器的一端设置在轴系上，用于冷却轴系。冷却系统还包括设置在轴承外圈上且位于发电机的定子支架的靠近叶轮的一侧的轴承外圈散热器。根据本发明的风力发电机组，可减少风力发电机组中使用的冷却风扇，减小机组中部件的能耗，改善机舱内的布置空间，改善机组运行的可靠性。

Description

用于风力发电机组的冷却系统及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种用于风力发电机组的冷却系统以及具有该冷却系统的风力发电机组。

背景技术

随着风力发电机组容量的增加，风力发电机组内部需要冷却的部件的数量也增加。其中，作为风力发电机组主要部件的发电机和轴承的冷却有效性直接影响着风力发电机组运行的可靠性。

在现有的风力发电机组(永磁直驱型)中，一般针对发电机和轴承分别设计单独的冷却系统。实际应用中，同时存在发电机冷却系统、轴承内圈冷却系统及轴承外圈冷却系统，而前述三套冷却系统中的每者都需要单独的散热风扇等，造成冷却系统部件多、能耗大、冷却系统设计复杂及可靠性低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于风力发电机组的冷却系统，以解决现有技术的发电机冷却系统、轴承内圈冷却系统及轴承外圈冷却系统中部件数量多、能耗大、冷却系统设计复杂及可靠性低等问题。

根据本发明的一方面，提供一种用于风力发电机组的冷却系统，风力发电机组包括机舱、设置在机舱外侧的发电机模块，发电机模块包括发电机和轴系，冷却系统包括设置在机舱中的内循环风扇，内循环风扇连接有换热器，换热器上还设置有与内循环风扇连通的回风总管，回风总管远离换热器的一端分别连接有发电机回风风道和轴承回风风道两个支路风道，发电机回风风道远离换热器的一端设置在发电机的定子结构上，用于冷却发电机，并且轴承回风风道远离换热器的一端设置在轴系上，用于冷却轴系。冷却系统还包括设置在轴承外圈上的轴承外圈散热器，且轴承外圈散热器设置在发电机的定子支架的靠近叶轮的一侧。

可选地，发电机的定子支架的中隔板上可设置有通孔，轴承外圈散热器可设置在中隔板的靠近叶轮的一侧。

可选地，在轴系的轴向方向上，轴承外圈散热器的一部分可与中隔板上的通孔对准。

可选地，轴系包括定轴、动轴及设置在定轴和动轴之间的轴承，轴承回风风道的远离换热器的一端可连通有安装在动轴内周壁上的轴承内圈散热器。

可选地，冷却系统还可包括轴承内圈隔离风道和环状端板，轴承内圈隔离风道为圆筒状，且设置在轴承内圈散热器的径向内侧，环状端板连接在轴承内圈隔离风道与动轴内周壁之间，环状端板、动轴内周壁以及轴承内圈隔离风道形成轴承内圈散热器容纳腔。

可选地，环状端板可设置在轴承内圈散热器的靠近机舱的一侧，轴承回风风道的一端穿过环状端板与轴承内圈散热器容纳腔连通。

可选地，轴承回风风道上可设置有回风阀，用于调节通过轴承回风风道的风量。

可选地，轴承内圈散热器可以是形成在动轴内周壁上的翅片式散热器，轴承外圈散热器可以是形成在定轴外周壁上的翅片式散热器，轴承外圈散热器的散热翅片沿轴向方向延伸。

可选地，冷却系统还可包括分别与换热器连接的外循环进风管道、外循环出风管道和外循环风扇，外循环进风管道远离换热器的一端连接在机舱上的进风口，外循环出风管道远离换热器的一端连接在机舱的出风口。

可选地，冷却系统还可包括控制器和温度检测系统，温度检测系统包括用于检测发电机的绕组的温度T1的第一传感器、用于检测轴系内侧的温度T2的第二传感器和用于检测轴系外侧的温度T3的第三传感器，控制器接收来自第一传感器、第二传感器和第三传感器的信号，控制内循环风扇和外循环风扇的运转。

可选地，当发电机的绕组的温度T1、轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3中的至少一者达到各自设定的上限温度时，控制器可控制内循环风扇和外循环风扇启动。

可选地，当发电机的绕组的温度T1、轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3都达到各自设定的下限温度时，控制器可控制内循环风扇和外循环风扇关闭。

可选地，当轴系外侧的温度T3与轴系内侧的温度T2的温度差大于设定的差值时，控制器可控制回风阀开度变小。

可选地，换热器为板式换热器，冷却系统还可包括设置在换热器外围的换热器箱体，以形成换热器容纳腔，回风总管的一端与换热器容纳腔连通，换热器容纳腔具有开口，使得换热器容纳腔与机舱内部连通，内循环风扇设置在换热器箱体的与开口相应的位置，用于抽吸回风总管内的气体流经换热器后排放到机舱中。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括机舱、发电机以及所述冷却系统，所述机舱的靠近叶轮的一侧设置有端板，所述端板上设置有通风孔，使得所述机舱与所述发电机内部连通。

根据本发明的冷却系统，可对发电机、轴承内圈及轴承外圈三者各自的冷却系统进行集成，通过一套冷却系统可同时对发电机、轴承内圈及轴承外圈进行冷却，可简化冷却系统的设计，改善机舱内的布置空间，改善了冷却系统运行的可靠性。

根据本发明的冷却系统，可省去轴承内圈冷却系统及轴承外圈冷却系统的冷却风扇，减小冷却系统中部件的能耗。

根据本发明的冷却系统，通过设置在定轴外周壁上的轴承外圈散热器，实现对轴承外圈的冷却。

根据本发明的冷却系统，通过轴承外圈散热器的一部分与定子支架的中隔板上的通孔对准，可提高轴承外圈的冷却效率。

根据本发明的冷却系统，通过设置在动轴内周壁上的轴承内圈散热器、轴承内圈隔离风道和环状端板，实现对轴承内圈的冷却。

通过本发明的冷却系统，通过外循环进风管道、外循环出风管道以及设置在所述外循环进风管道和所述外循环出风管道之间的外循环风扇，可为冷却系统提供用于热交换的冷空气。

根据本发明的冷却系统，通过控制器和温度检测系统，可控制冷却系统的开启和关闭。

根据本发明的冷却系统，通过轴承回风风道上的回风阀，可控制轴系内侧与轴系外侧的温度差，实现对轴系内侧与轴系外侧的温度的合理控制。

根据本发明的冷却系统，可通过换热器实现冷却系统中的冷空气和热空气的热量交换。

根据本发明的风力发电机组，可实现同时对发电机、轴承内圈及轴承外圈进行冷却，可减少风力发电机组中使用的冷却风扇，从而减小机组中部件的能耗，同时改善机舱内的布置空间。另外，可简化风力发电机组的冷却系统的设计，改善机组运行的可靠性。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的冷却系统的示意图。

附图标记说明：

1-机舱；2-回风总管；3-发电机；31-定子支架；4-轴承外圈散热器；5-轴系；6-轴承内圈散热器；7-轮毂；8-轴承内圈隔离风道；9-发电机回风风道；10-回风阀；11-轴承回风风道；12-外循环进风管道；13-换热器；14-外循环出风管道；15-外循环风扇；16-内循环风扇；17-环状端板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。在整个说明书中，相同的标号始终指示相同的部件。

图1是根据本发明的实施例的冷却系统的示意图。

如图1中所示，风力发电机组主要包括机舱1、设置在机舱1外侧的发电机模块，其中，发电机模块包括发电机3和轴系5。轴系5包括定轴、动轴及设置在所述定轴和所述动轴之间的轴承。在本发明的实施例中，以动轴设置在定轴的内侧为例来描述根据本发明的冷却系统。

如图1中所示，根据本发明的冷却系统包括设置在机舱中的内循环风扇16，内循环风扇16连接有换热器13，换热器13上还设置有与内循环风扇16连通的回风总管2，回风总管2远离换热器13的一端分别连接有发电机回风风道9和轴承回风风道11两个支路风道，发电机回风风道9远离换热器13的一端设置在发电机的定子结构上，用于冷却发电机3，并且轴承回风风道11远离换热器13的一端设置在轴系5上，用于冷却轴系5。根据本发明的冷却系统还包括设置在轴承外圈上的轴承外圈散热器4，且轴承外圈散热器4设置在发电机3的定子支架31的靠近叶轮的一侧。

可选地，回风总管2可穿过机舱1的靠近叶轮的一侧的端板。例如，端板上可设置有回风总管支撑孔，回风总管2可穿过该回风总管支撑孔，而支撑在该端板上。然而，回风总管2的连接形式不限于此，可根据风力发电机组的内部结构进行改变。

回风总管2可设置为多个，例如，可包括上回风总管和下回风总管两部分，分别设置在发电机3的上部和下部，来自发电机3的上部和下部的热空气分别流入上回风总管和下回风总管，可提高发电机3和轴系5的冷却效率。另外，回风总管2可设置为靠近机舱1的一个侧壁，且沿机舱1的侧壁延伸到机舱1内。另外，回风总管2可包括分别靠近机舱1的两个侧壁的两组，从而进一步提高发电机3和轴系5的冷却效率。

如图1所示，在内循环风扇16的作用下，对发电机3和轴承外圈散热器4进行冷却后的空气通过发电机回风风道9流入回风总管2内。另外，对轴承内圈散热器6进行冷却后的空气通过轴承回风风道11流入回风总管2内。回风总管2内的热空气被抽吸到机舱1中的换热器13中。

换热器13可用于对从回风总管2流入的热空气进行冷却。换热器13外围可设置有换热器箱体，以形成换热器容纳腔，回风总管2的一端可与换热器容纳腔连通。另外，换热器容纳腔具有开口，使得换热器容纳腔与机舱1的内部连通，从回风总管2流入的热空气经过换热器13冷却后可通过该开口排放到机舱1的内部而形成为冷空气。

如上所述，由于发电机模块内的热空气在内循环风扇16的作用下通过回风总管2流入到机舱1中，使得发电机模块内的空气相对于机舱1内的空气整体呈现微负压的状态。另外，在发电机3、轴承内圈散热器6以及轴承外圈散热器4的附近也可呈现微负压的状态，使冷空气可流入各个部件附近并对各个部件进行冷却。另外，机舱1靠近叶轮的一侧设置有端板，端板上设置有通风孔，在微负压的作用下，机舱1内的冷空气通过该通风孔进入发电机模块中，对发电机3、轴承内圈散热器6以及轴承外圈散热器4进行冷却。

根据本发明的实施例，在内循环风扇16的作用下经过换热器13降温后的冷空气，在流入发电机3后可主要分流为三部分，分别对发电机3、轴承外圈和轴承内圈进行冷却。

具体地，第一部分冷空气流经发电机3的靠近机舱的一侧的端部绕组后，进入发电机3的转子和定子之间的气隙，然后通过定子上的径向通风孔进入定子内侧的气流汇集空间。由于发电机回风风道9的远离换热器13的一端可设置为与发电机3的定子内侧的气流汇集空间连通，并且发电机回风风道9的另一端与回风总管2连接，因此，第一部分冷空气对发电机3的端部绕组、转子和定子进行冷却后，通过发电机回风风道9进入回风总管2中，从而进行下一轮循环。例如，气流汇集空间可形成在发电机的定子支架固定夹板与定子铁芯内侧之间，发电机回风风道9的一端与该气流汇集空间连通。

第二部分冷空气流经定子支架31的中隔板上设置的通孔后对轴承外圈散热器4进行冷却。通过轴承外圈散热器4将来自轴承外圈的热量不断地传递给第二部分冷空气，从而可实现对轴承外圈的冷却。

另外，根据本发明的冷却系统的轴承外圈散热器4的散热量小，使得第二部分冷空气从轴承外圈散热器4流出后温升小，因此，当第二部分冷空气从轴承外圈散热器4流出时，空气温度低于发电机3的温度，可继续用于发电机3的冷却。具体地，从轴承外圈散热器4流出的空气流经发电机3的靠近叶轮的一侧的端部绕组后进入转子和定子之间的气隙，然后通过定子铁芯上的径向通风孔进入定子铁芯的径向内侧的气流汇集空间，与第一部分空气汇合，最后通过发电机回风风道9流入回风总管2，从而进行下一轮循环。

如图1所示，根据本发明的冷却系统还包括形成在动轴内周壁上的轴承内圈散热器6，轴承回风风道11的远离换热器13的一端与轴承内圈散热器6连通。下面将描述根据本发明的冷却系统对轴承内圈的冷却过程。

根据本发明的实施例，动轴为空心结构，具有内腔，使得发电机3的靠近机舱的一侧可与轮毂7连通。第三部分冷空气流经动轴内腔的中央部分而进入发电机组3的轮毂侧，由于轴承内圈散热器6附近呈现微负压的状态，第三部分冷空气在轮毂侧改变风向后重新流入发电机3，对设置在动轴内周壁上的轴承内圈散热器6进行冷却。第三部分冷空气对轴承内圈散热器6进行冷却后，空气温度上升形成为热空气，最终流入轴承回风风道11，然后通过回风总管2再次流入换热器13，从而进行下一轮循环。在此过程中，通过轴承内圈散热器6将来自轴承内圈的热量不断地传递给第三部分冷空气，从而可实现对轴承内圈的冷却。

根据本发明的冷却系统，可将发电机冷却系统、轴承外圈冷却系统及轴承内圈冷却系统进行集成，通过一套冷却系统可同时对发电机、轴承外圈和轴承内圈进行冷却。与现有技术相比，省去了轴承内圈冷却系统及轴承外圈冷却系统中的至少两个冷却风扇，减少了冷却系统的部件，从而减小了能耗。另外，根据本发明的冷却系统可简化设计，改善机舱内的布置空间，改善冷却系统运行的可靠性。

可选地，内循环风扇16可以是离心风机等，可设置在换热器箱体的与换热器容纳腔的开口相应的位置，用于抽吸回风总管内的气体流经换热器后排放到机舱1中。当内循环风扇16启动时，热空气通过回风总管2进入换热器容纳腔，与换热器13中的冷空气进行换交换后，热空气被冷却并且通过内循环风扇16抽出而排放到机舱1的内部而形成为冷空气。然而，内循环风扇16的形式不限于此，在满足风量及风压的条件下，还可以是例如轴流风机、混流风机等。

可选地，换热器13可以是气气换热器，使用气态换热介质作为换热介质，实现冷却系统中的冷空气和热空气的热量交换。换热器13可以是板式散热器，然而，换热器13的形式不限于此，根据风力发电机组的需要，换热器13还可以是各种其他形式的气气换热器。

在本发明的实施例中，换热器13采用气气换热器，并且本发明利用机舱外部的冷空气来对换热器13进行降温。因此，根据本发明的冷却系统还可以包括外循环组件，用于将外部冷空气引入到换热器13中，以与通过内循环风扇16从回风总管2中抽出的热空气进行热交换。换热器13可包括使机舱1外部的空气流通的冷空气通道和使待冷却的热空气流通的热空气通道，并且这两个通道相互隔离。换热器箱体上设置有内循环风扇16和外循环风扇15，分别为热空气通道内的热空气的流动及冷空气通道中的冷空气的流动提供动力。具体地，外循环组件可包括分别与换热器13连接的外循环进风管道12、外循环出风管道14和外循环风扇15，外循环进风管道12远离换热器13的一端连接在机舱1上的进风口，外循环出风管道14远离换热器13的一端连接在机舱1的出风口。

外循环风扇15将机舱1外部的冷空气通过机舱1上的进风口和外循环进风管道12引入到机舱1中并流经所述换热器13后，通过机舱1上的出风口和外循环出风管道14排放到机舱1的外部。可选地，外循环风扇15可以是离心风机等，可设置在换热器箱体的与设置有内循环风扇16的位置不同的位置上。当外循环风扇15启动时，冷空气通过外循环进风管道12进入换热器13，与热空气进行换交换后，冷空气温度上升并且通过外循环风扇15抽出，排放到机舱1的外部。然而，外循环风扇15的形式不限于此，在满足风量及风压的条件下，还可以是例如轴流风机、混流风机等。

可选地，轴承外圈散热器4可以是翅片式散热器。另外，为了进一步增大散热能力，该翅片式散热器的翅片可以是波纹翅片或开窗翅片，以进一步增大换热表面积或者增强散热翅片处的气流流动。然而，轴承外圈散热器4的形式不限于此。根据散热形式的变化需求，翅片式散热器还可以由其它散热装置替代，例如轴承外圈散热器4还可以是平板热管换热器、风冷散热器、水冷散热器(例如，水冷板)或微通道散热器等。

轴承外圈散热器4可形成在定轴外周壁上，并且轴承外圈散热器4可设置在发电机3的定子支架31的靠近叶轮的一侧。另外，由于定轴为大部件，鉴于强度、疲劳等性能的考虑，不允许在定轴的外周壁上进行打孔来安装轴承外圈散热器4，因此可采用高导热性、高粘结强度的粘接剂对轴承外圈散热器4进行固定。但轴承外圈散热器4的安装方式不限于此，必要时，还可采用辅助安装装置(未示出)来安装。

发电机3的定子支架31的中隔板上设置有通孔，轴承外圈散热器4设置在中隔板的靠近叶轮的一侧。在轴系5的轴向方向上，轴承外圈散热器4的一部分可与定子支架31的中隔板上的通孔对准，使得第二部分冷空气能够直接进入轴承外圈散热器4中。例如，轴承外圈散热器4的散热翅片可沿轴系5的轴向方向延伸。另外，一部分散热翅片的上部与定子支架31的中隔板上的通孔对准。在这种情况下，轴承外圈散热器4的散热翅片与第二部分冷空气的流入方向一致，从而使得冷空气能够容易地流经各个散热翅片，确保冷空气与散热器的接触面积，增大散热效果。在这种情况下，当第二部分冷空气在流经定子支架31的中隔板上的通孔后，可直接流经轴承外圈散热器4进行散热，可提高轴系外侧的冷却效率。虽然图中示出仅一个轴承外圈散热器4设置在定子支架31的中隔板的靠近叶轮的一侧的情况，然而，轴承外圈散热器4的设置方式不限于此，例如，轴承外圈散热器4也可包括设置在定子支架31的中隔板的靠近机舱的一侧的另一个。

如图1所示，由于轴承的散热量远远小于发电机的散热量，因此第二部分冷空气流经轴承外圈散热器4后还可继续用于发电机3的冷却。

可选地，轴承内圈散热器6可以是形成在动轴内周壁上的翅片式散热器。另外，为了进一步增大散热能力，该翅片式散热器的翅片可以是波纹翅片或开窗翅片，以进一步增大换热表面积或者增强散热翅片处的气流流动。然而，轴承内圈散热器6的形式不限于此。根据散热形式的变化需求，翅片式散热器还可以由其它散热装置替代，例如轴承内圈散热器6还可以是平板热管换热器、风冷散热器、水冷散热器(例如，水冷板)或微通道散热器等。

另外，由于动轴为大部件，鉴于强度、疲劳等性能的考虑，不允许在动轴的内周壁上进行打孔来安装轴承内圈散热器6，因此可采用高导热性、高粘结强度的粘接剂对轴承内圈散热器6进行固定。但轴承内圈散热器6的安装方式不限于此，必要时，还可采用辅助安装装置(未示出)来安装。

如图1所示，在内循环风扇16的作用下，通过轴承回风风道11对轴承内圈散热器6进行强制冷却，而轴承外圈散热器4通过冷空气流经其散热翅片的一部分进行冷却。因此，轴系内侧的冷却能力大于轴系外侧的冷却能力，使得在轴系的冷却过程中，轴系内侧的温度可低于轴系外侧的温度，在轴系内侧与轴系外侧之间存在温度差。当该温度差小于或等于设定的差值时，可确保轴承的性能。

可选地，轴承回风风道11上可设置有回风阀10，用于调节流经轴承回风风道11的风量。具体地，回风阀10可按比例的开度，用于调节轴系内侧的温度。当轴系内侧与轴系外侧之间的温度差大于设定的差值时，可通过控制回风阀10实现对轴系内侧与轴系外侧的温度的合理控制。

根据本发明的冷却系统还包括轴承内圈隔离风道8和环状端板17，轴承内圈隔离风道8为圆筒状，且设置在轴承内圈散热器6的径向内侧，环状端板17连接在轴承内圈隔离风道8与动轴内周壁之间，环状端板17、动轴内周壁以及轴承内圈隔离风道8形成轴承内圈散热器容纳腔。环状端板17设置在轴承内圈散热器6的靠近机舱1的一侧，轴承回风风道11的一端穿过环状端板17与轴承内圈散热器容纳腔连通。

可选地，环状端板17可以是环形的板，设置在轴承内圈散热器6的靠近机舱的一侧。环状端板17沿轴系5的径向方向连接在轴承内圈隔离风道8与动轴内周壁之间。环状端板17上可设置通孔，轴承回风风道11的一端可穿过环状端板17的通孔与轴承内圈散热器容纳腔连通。在冷却过程中，第三部分冷空气从动轴内腔的中央部分流入轮毂后重新返回到发电机3中，对轴承内圈散热器6进行冷却后进入轴承内圈散热器容纳腔，最后流入轴承回风风道11。

为确保冷却系统正常、高效、节能地运行，冷却系统还设置有控制器(未示出)，控制器可控制冷却系统的开启和关闭。由于风力发电机组的发电状态依赖于外部风的大小，机组并非处于实时运行中，因此发电机3和轴承内圈和轴承外圈的温度并非一直都处于高温状态。因此，冷却系统可具有工作状态和关闭状态。

冷却系统还设置有温度检测系统(未示出)，温度检测系统可包括：第一传感器，用于检测发电机3的绕组的温度T1；第二传感器，用于检测轴系内侧的温度T2，从而间接检测轴承内圈的温度；和第三传感器，用于检测轴系外侧的温度T3，从而间接检测轴承外圈的温度。控制器可接收来自第一传感器、第二传感器和第三传感器的信号，控制内循环风扇16和外循环风扇15的运转，从而控制冷却系统的开启和关闭。

当风力发电机组未运行时，冷却系统可处于关闭状态。当风力发电机组运行时，发电机3、轴承内圈和轴承外圈的温度逐渐升高。

当发电机3的绕组的温度T1、轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3中的至少一者达到各自设定的上限温度时，控制器可控制内循环风扇16和外循环风扇15启动。发电机3的绕组的温度T1的上限温度与轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3的上限温度可设定为不同。可选地，轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3可设定相同的上限温度。然而，本发明不限于此，轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3也可设定不同的上限温度。

当发电机3的绕组的温度T1、轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3都达到各自设定的下限温度时，控制器可控制内循环风扇16和外循环风扇15关闭。发电机3的绕组的温度T1的下限温度与轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3的下限温度可设定为不同。可选地，轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3可设定相同的下限温度。然而，本发明不限于此，轴系内侧的温度T2及轴系外侧的温度T3也可设定不同的下限温度。

另外，发电机3的上限温度与发电机3的下限温度之间可根据需要设定温度回差。类似地，轴系内侧的温度T2或轴系外侧中的温度T3的上限温度与轴系内侧的温度T2或轴系外侧中的温度T3的下限温度之间可根据需要设定温度回差。温度回差的设定可避免内循环风扇16和外循环风扇15频繁开启和关闭而影响风扇的性能。

如上所述，由于根据本发明的冷却系统在冷却过程中，轴系内侧的温度T2可低于轴系外侧的温度T3，在轴系内侧与轴系外侧之间会存在温度差。当轴系内侧与轴系外侧之间的温度差过大时，会对发电机3的温度产生影响(例如，检测到的发电机3的绕组的温度T1波动大)，也会影响轴系5中轴承的性能。

根据本发明的冷却系统可通过回风阀10来控制轴系内侧的冷却情况来控制轴系内侧与轴系外侧的温度差。具体地，当轴系外侧的温度T3与轴系内侧的温度T2的温度差大于设定的差值时，控制器可控制回风阀10按比例的开度。例如，控制器可控制回风阀10的开度变小。通过控制回风阀10按比例的开度可调节通过轴承回风风道11的风量。例如，当轴系外侧的温度T3与轴系内侧的温度T2的温度差大于设定的差值时，控制器可控制回风阀10的开度变小，通过轴承回风风道11的风量减小，轴系内侧的冷却能力下降，轴系内侧的温度T2上升，从而减小轴系内侧与轴系外侧之间的温度差，实现对轴系内侧与轴系外侧的温度的合理控制。

当轴系外侧中的温度T3与轴系内侧的温度T2的温度差小于或等于设定的差值，并且对发电机3的温度影响较小(例如，检测到的发电机3的绕组的温度T1波动小)时，控制器可控制回风阀10停止按比例开度。在这种情况下，根据实际需要，回风阀10可完全打开使通过轴承回风风道11的风量最大，从而提高轴系内侧的冷却效率。

本发明还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括机舱1、发电机3以及如上所述的冷却系统，其中，机舱1的靠近叶轮的一侧设置有端板，端板上可设置有通风孔，使得机舱1可与发电机3内部连通。

根据本发明的风力发电机组，可同时对发电机、轴承内圈及轴承外圈进行冷却，从而可减少风力发电机组中使用的冷却风扇，减小机组中部件的能耗，同时改善机舱内的布置空间。另外，根据本发明的风力发电机组的冷却系统可简化设计，改善机组运行的可靠性。

如上所述，根据本发明的冷却系统，可对发电机、轴承内圈及轴承外圈三者各自的冷却系统进行集成，通过一套冷却系统可同时对发电机、轴承内圈及轴承外圈进行冷却。

根据本发明的冷却系统，可省去轴承内圈冷却系统及轴承外圈冷却系统的冷却风扇，减小了冷却系统中部件的能耗。

根据本发明的风力发电机组，可实现同时对发电机、轴承内圈及轴承外圈进行冷却，可减少风力发电机组中使用的冷却风扇，从而减小机组中部件的能耗，同时改善机舱内的布置空间。另外，可简化风力发电机组的冷却系统的设计，改善机组运行的可靠性。

虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (15)

1.一种用于风力发电机组的冷却系统，所述风力发电机组包括机舱(1)、设置在所述机舱(1)外侧的发电机模块，所述发电机模块包括发电机(3)和轴系(5)，其特征在于，所述冷却系统包括设置在所述机舱中的内循环风扇(16)，所述内循环风扇(16)连接有换热器(13)，所述换热器(13)上还设置有与所述内循环风扇(16)连通的回风总管(2)，所述回风总管(2)远离所述换热器(13)的一端分别连接有发电机回风风道(9)和轴承回风风道(11)两个支路风道，所述发电机回风风道(9)远离所述换热器(13)的一端设置在发电机的定子结构上，用于冷却发电机(3)，并且所述轴承回风风道(11)远离所述换热器(13)的一端设置在所述轴系(5)上，用于冷却所述轴系(5)；

所述冷却系统还包括设置在轴承外圈上的轴承外圈散热器(4)，且所述轴承外圈散热器(4)设置在所述发电机(3)的定子支架(31)的靠近叶轮的一侧。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述发电机(3)的定子支架(31)的中隔板上设置有通孔，所述轴承外圈散热器(4)设置在所述中隔板的靠近所述叶轮的一侧。

3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，在所述轴系(5)的轴向方向上，所述轴承外圈散热器(4)的一部分与所述中隔板上的通孔对准。

4.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述轴系(5)包括定轴、动轴及设置在所述定轴和所述动轴之间的轴承，所述轴承回风风道(11)的远离所述换热器(13)的一端连通有形成在所述动轴内周壁上的轴承内圈散热器(6)。

5.根据权利要求4所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括轴承内圈隔离风道(8)和环状端板(17)，所述轴承内圈隔离风道(8)为圆筒状，且设置在所述轴承内圈散热器(6)的径向内侧，所述环状端板(17)连接在所述轴承内圈隔离风道(8)与所述动轴内周壁之间，所述环状端板(17)、所述动轴内周壁以及所述轴承内圈隔离风道(8)形成轴承内圈散热器容纳腔。

6.根据权利要求5所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述环状端板(17)设置在所述轴承内圈散热器(6)的靠近所述机舱(1)的一侧，所述轴承回风风道(11)的一端穿过所述环状端板(17)与所述轴承内圈散热器容纳腔连通。

7.根据权利要求4所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述轴承回风风道(11)上设置有回风阀(10)，用于调节流经所述轴承回风风道(11)的风量。

8.根据权利要求4所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述轴承内圈散热器(6)为形成在所述动轴内周壁上的翅片式散热器，所述轴承外圈散热器(4)为形成在所述定轴外周壁上的翅片式散热器，所述轴承外圈散热器(4)的散热翅片沿轴向方向延伸。

9.根据权利要求7所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括分别与所述换热器(13)连接的外循环进风管道(12)、外循环出风管道(14)和外循环风扇(15)，所述外循环进风管道(12)远离所述换热器(13)的一端连接在所述机舱(1)上的进风口，所述外循环出风管道(14)远离所述换热器(13)的一端连接在所述机舱(1)的出风口。

10.根据权利要求9所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括控制器和温度检测系统，所述温度检测系统包括用于检测所述发电机(3)的绕组的温度T1的第一传感器、用于检测所述轴系内侧的温度T2的第二传感器和用于检测所述轴系外侧的温度T3的第三传感器，所述控制器接收来自所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器的信号，控制所述内循环风扇(16)和所述外循环风扇(15)的运转。

11.根据权利要求10所述用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，当所述发电机(3)的绕组的温度T1、所述轴系内侧的温度T2及所述轴系外侧的温度T3中的至少一者达到各自设定的上限温度时，所述控制器控制所述内循环风扇(16)和所述外循环风扇(15)启动。

12.根据权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，当所述发电机(3)的绕组的温度T1、所述轴系内侧的温度T2及所述轴系外侧的温度T3都达到各自设定的下限温度时，所述控制器控制所述内循环风扇(16)和所述外循环风扇(15)关闭。

13.根据权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，当所述轴系外侧的温度T3与所述轴系内侧的温度T2的温度差大于设定的差值时，所述控制器控制所述回风阀(10)开度变小。

14.根据权利要求8所述的用于风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述换热器(13)为板式换热器，所述冷却系统还包括设置在所述换热器(13)外围的换热器箱体，以形成换热器容纳腔，所述回风总管(2)的一端与所述换热器容纳腔连通，所述换热器容纳腔具有开口，使得所述换热器容纳腔与所述机舱(1)内部连通，所述内循环风扇(16)设置在所述换热器箱体的与所述开口相应的位置，用于抽吸所述回风总管(2)内的气体流经所述换热器(13)后排放到所述机舱(1)中。

15.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括机舱(1)、发电机(3)以及如权利要求1-14中任一项所述的冷却系统，所述机舱(1)靠近叶轮的一侧设置有端板，所述端板上设置有通风孔，使得所述机舱(1)与所述发电机(3)内部连通。

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