CN1279746A - 风力发电设备和冷却风力发电设备中发电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力发电设备(1),其中的发电机(5)通过在该风力发电设备(1)的塔(3)内产生的冷却空气流(6)来冷却。该冷却空气流(6)通过烟囱效应产生。本发明还涉及一种冷却发电机(5)的方法。

Description

风力发电设备和冷却风力发电
设备中发电机的方法
本发明涉及一种风力发电设备，它包括一个塔，一个透平机和一个发电机。本发明还涉及一种冷却风力发电设备中发电机的方法。
从R．Gasch和B．G．Teubner于1996年在斯图加特市出版的“风力发电设备(Windkraftanlagen)”一书中可了解到一种风力发电设备的基本结构。其中，风力透平机的风轮受风力作用产生旋转。由此产生的旋转动能直接或通过传动机构传递给发电机的转子。通过由转子产生的磁场在围绕转子的定子中感应出电压。此时在发电机中会释放出大量的热量，因此通常要冷却发电机。在该书的第87页描述了冷却一种中间无传动机构的发电机的方案。该书中印制出的Enercon公司的E40型发电机具有一个支承在轴承盖中的发电机。在发电机和轴承盖之间留有一间隙。为冷却发电机，空气在塔头与透平机相对的一侧流入塔头内并导向发电机。最后从转子和轴承盖之间的缝隙中流出。
本发明的目的在于提供一种风力发电设备，其中的发电机能受到有效的冷却。本发明的另一目的在于提供一种冷却风力发电设备中发电机的方法。
本发明提供风力发电设备的目的是通过这样一种风力发电设备来实现的，它包括一个塔和一个驱动发电机的透平机，在塔中或塔上设有一通道，其中在该通道内借助烟囱作用可产生冷却发电机用的冷却空气流。
这种风力发电设备的一主要优点在于有很高的冷却功率。通过充分利用烟囱效应可采用大量的冷却空气流来冷却发电机。其中所述通道优选基本上垂直伸展。
塔优选具有实心塔壁并且为中空结构。所述通道由塔壁构成。这种实施形式允许以特别简单的方式充分利用烟囱效应来冷却发电机，也就是说利用现有的塔作为通道即可发挥烟囱效应。但是也可设置一适合的通道(例如一根设置在由栅格状板条构成的塔内的管)来替代中空的塔。
发电机优选无传动机构地与透平机相连接。另外优选的是，该发电机支承在一个轴承盖中，在发电机和轴承盖之间留有一向外界开口的缝隙，冷却空气流通过该缝隙可流出。优选在该通道内，尤其是底部附近设置一功率电子单元。在无传动机构的风力发电设备中，必需将发电机产生的电流处理成具有一合适的频率。为此所需的功率电子单元会产生大量的热量。这些热量可被有利地利用来加强烟囱效应。特别是当功率电子单元设置在塔的底部附近时，更能增强烟囱效应。功率电子单元同样可比较有利地通过所产生的冷却空气流来冷却。
所述功率电子单元优选是一个变频器。
另外优选设置一些导引冷却空气流去往发电机的器件，例如导向板或偏转叶片等类似器件。通过这些器件冷却空气流被导向发电机，使之能受到特别有效的冷却。
发电机优选设置在通道内，尤其是其底部附近。当风力发电设备的发电机设置在一实心壁式的中空塔的底部时，不可能通过充分利用由风力透平机产生的在其后方的空气流来冷却发电机。在此，由烟囱效应产生的冷却空气流可特别有效地进行冷却。
优选设置一过滤器来过滤冷却空气流。通过将冷却空气流导入一个通道内可特别简单地设置一过滤器，通过它冷却空气流可得到清洁。发电机由此能更好地避免受到污染和腐蚀。
另外优选的是，可通过一闭合的冷却回路来冷却发电机。在该冷却回路中设置一个可由冷却空气流冷却的热交换器。通过这样一种措施可将发电机和冷却空气分隔开。这样会防止发电机受冷却空气污染。发电机由此间接地通过热交换器受到冷却空气流冷却。
本发明提供冷却风力发电设备中发电机的方法的目的通过这样一种冷却风力发电设备发电机的方法来实现，其中由设置在一个塔上的一个透平机来驱动一台发电机，在一个设置在塔内或塔上的通道内通过烟囱效应来产生冷却发电机的冷却空气流。
这样一种方法的优点与上述风力发电设备的优点一样。
冷却空气流优选直接冷却发电机。另外优选的是，先由冷却空气流来冷却一个接在一闭合的冷却回路中的热交换器，发电机由该冷却回路来冷却。优选由一个设置在通道内的功率电子单元通过加热该通道内的空气来加强烟囱效应。另外优选的是，对冷却空气流进行过滤。
下面借助附图所示实施例对本发明进行详细说明，附图中：
图1示出一种风力发电设备，其中由冷却空气流直接冷却发电机；
图2示出另一种风力发电设备，其中由冷却空气流间接冷却发电机。
附图中相同的标记具有相同的含义。
在图1中示出一风力发电设备1的纵向截面。在一略呈锥形的塔2的上端2B沿一水平轴线4A设有一风力透平机4。在轮毂4B上设有两个相对置的且仅部分示出的转子叶片4C。一个圆盘状的轴承盖8相对于轴线4A同心地连接在该轮毂4B上。该轴承盖8围绕一个同样相对于轴线4A同心设置的发电机5。在轴承盖8和发电机5之间留有一环形缝隙9。沿轴线4A在发电机5后面设有一空气导向装置11，例如一组适当布置定向的导向板。塔2的塔壁7为实心构造。塔2为中空结构，其上端2B弯向轴线4A。通过塔壁7构成一垂直通道3，该通道3从塔2的底端通往塔的基础段2A，直至通到发电机5。在塔的基础段2A内，在地面35附近设置一个功率电子单元10，以改变电流频率。
在这种风力发电设备1运行时，风36驱动透平机4，透平机4的旋转运动又传递给发电机5。在图1所示实施例中，在透平机4和发电机5之间没有传动机构。发电机5因而产生频率与透平机4转速相同的电流。为了使这样产生的电流频率与供电网频率相匹配，由功率电子单元10改变频率。这样它就会释放出热量给通道3内围绕它的空气。这又加强了通道3内的烟囱效应。烟囱效应会产生冷却空气流6。冷却空气流6提升到塔2的上端，然后被转向到发电机5。所述空气导向装置11用于使冷却空气流6有效绕流发电机5。最后冷却空气流6由缝隙9流到外界中。一个设置在通道3内的过滤器12用于清洁冷却空气流6，例如过滤灰尘和盐分。这减小了对发电机5的污染或腐蚀。借助烟囱效应带来的大量冷却空气质量流，冷却作用十分有效。
在图2中示出一个基本上与图1所示风力发电设备完全相同的设备。不同之处在于，在图2所示风力发电设备中，发电机5不是直接受冷却空气流6冷却，而是间接通过一个设置在塔2的顶端2B、通道3内的热交换器14来冷却。该热交换器14连接在一个闭合的冷却回路13中。发电机5通过冷却回路13，亦即间接通过冷却空气流6来冷却。因而有可能将发电机5与外界空气完全隔离开来。这可减小外界空气对发电机构件腐蚀性的损害作用，尤其在风力发电设备1放置在含盐外界空气中时更是如此。

Claims (15)

1．一种风力发电设备，它包括一个塔(2)和一台驱动发电机(5)的透平机(4)，在该塔(2)内或塔(2)上设有一通道(3)，其特征在于，在该通道(3)内借助烟囱效应可产生冷却发电机(5)用的冷却空气流(6)。
2．如权利要求1所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述塔(2)具有实心塔壁(7)并为中空结构，其中所述通道(3)由塔壁(7)构成。
3．如权利要求1或2所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述发电机(5)无传动机构地与透平机(4)联接。
4．如权利要求3所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述发电机(5)支承在一个轴承盖(8)中，在发电机(5)和轴承盖(8)之间留有一向外界开口的缝隙(9)，冷却空气流(6)可由该缝隙(9)流出。
5．如上述任一项权利要求所述的风力发电设备(1)，其特征在于，在所述通道(3)内，尤其在地面附近设有一个功率电子单元(10)。
6．如权利要求5所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述功率电子单元(10)是一个变频器。
7．如上述任一项权利要求所述的风力发电设备(1)，其特征在于，该设备还具有将冷却空气流(6)偏转导向到发电机(5)的器件。
8．如上述任一项权利要求所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述发电机(5)设置在通道(3)内，并优选设置在地面附近。
9．如上述任一项权利要求所述的风力发电设备(1)，其特征在于，该设备还具有一个过滤冷却空气流(6)的过滤器(12)。
10．如所述任一项权利要求所述的风力发电设备(1)，其特征在于，所述发电机(5)可通过一个闭合的冷却回路(13)来冷却，其中一个可用冷却空气流(6)冷却的热交换器(14)设置在该冷却回路(13)中。
11．一种冷却风力发电设备(1)的一台发电机(5)的方法，其中，由一设置在一个塔(2)上的透平机(4)驱动该发电机(5)，其特征在于，在一个设置在塔(2)内或塔(2)上的通道(3)内通过烟囱效应来产生冷却发电机(5)用的冷却空气流(6)。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，由冷却空气流(6)直接冷却发电机(5)。
13．如权利要求11所述的方法，其特征在于，由冷却空气流(6)冷却一个连接在一个闭合的冷却回路(15)中的热交换器(14)，所述发电机(5)通过该冷却回路(15)得到冷却。
14．如权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，由一个设置在通道(3)内的功率电子单元(10)通过加热通道(3)内的空气来加强所述烟囱效应。
15．如权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，对所述冷却空气流(6)进行过滤。
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