CN201682367U - 一种用于风力发电机的冷却装置 - Google Patents

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虎振生
何艳明
岳清涛
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Abstract

本实用新型涉及一种用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，包含：与上述风力发电机连接、进行一次热交换的空冷组件；与上述空冷组件连接、进行二次热交换的水冷组件。本实用新型由于在若干通风管上对应设置有冷却水套，先后通过空气冷却和水冷却进行两次热交换，有效地降低风力发电机的定子铁芯的温度，从而降低了定子铁芯与发电机机座的温差，以降低定子铁芯的热应力；同时能够使发电机各部分温度均匀，并稳定在一定的温度范围内，不至于在发电机内部产生局部过热点，提高绝缘设备的使用寿命，有利于风力发电机组的长期安全运行。

Description

一种用于风力发电机的冷却装置
技术领域
本实用新型涉及一种冷却装置，特别涉及一种用于风力发电机的冷却装置。
背景技术
风力发电是目前发展速度最快的可再生能源技术，风力发电机的使用寿命和可靠性对发电机的散发热量提出了很高的要求。风力发电机运行过程中，发电机的定子铁心、定子绕组产生的损耗，转子绕组产生的损耗以及通风、机械等产生的损耗，以热量的形式向外发散，需要有效的冷却介质及冷却方式来带走绝大部分的热量，其热量大小取决于发电功率、设备类型及生产工艺。
电机通风冷却系统的好坏直接影响发电机的冷却和发热，影响发电机的安全运行。采用较好的冷却方式、配置良好的通风冷却系统可获得期望的温升值(或高于保证值)，从而保证发电机在一个稳定的冷热循环平衡的通风系统中安全可靠运行。一般的情况下，发电机的冷却装置可以分为两大类：空冷和水冷结构。具体的选取方式以各类电机的具体结构及性能参数要求来具体确定。
请参见图1所示，通常采用空冷装置对风力发电机300进行冷却，该空冷装置通过与风力发电机300轴伸端(DE端)轴连接的两个双进风离心式风机110，将冷空气气流从轴向的进风口吸入后利用离心力从圆周方向的出风口甩出；通过顶电机130带动鼓风机140运转，使冷空气在风力发电机300的空气管道310内快速流过为其散热，之后通过设置在风力发电机300非轴伸端(NDE端)的出风管道120排出。
上述空冷的冷却装置由于设置了两个双进气的离心式风机110，改变了空气管道310内介质的流向；同时由共四个进风口快速吸入冷空气作为冷却介质，对于单机容量为760kW的风力发电机300组来说，通风时间短，降温、冷却效果明显。
但是随着风力发电机发电功率的不断提高，兆瓦(MW)级风力发电机对冷却装置的散热效果提出了更高的要求。离心式风机无法完全将发电机散发的热量通过冷空气流动带走，难以满足大容量的风力发电机的冷却要求。
因此现有还使用水冷结构的冷却装置为大功率的风力发电机冷却。虽然水冷装置的冷却效果好，但是需要在风力发电机的内部排设冷却水的管道，占用很大空间，而且价格昂贵，成本很高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于风力发电机的冷却装置，改善大容量风力发电机的散热效果，提高风力发电机的可靠性。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，包含：
与上述风力发电机连接、进行一次热交换的空冷组件；
与上述空冷组件连接、进行二次热交换的水冷组件。
上述空冷组件包含与风力发电机的空气管道一端连接的若干离心式风机；与上述空气管道另一端连接的若干通风管。
上述离心式风机在轴向设有若干呈喇叭形的进风口、在圆周方向设有出风口；
上述离心式风机的进风口将作为一次热交换介质的冷空气由出风口引入上述空气管道；
上述离心式风机通过出风口与上述风力发电机的空气管道的轴伸端密闭连接。
上述空冷组件的若干通风管分别穿过上述空气管道的非轴伸端侧壁，与风力发电机连接，用来排放一次热交换后的空气。
上述水冷组件包含对应设置在若干通风管外侧的若干冷却水套；上述若干冷却水套通过其中流动的冷却水，与上述通风管中的热空气进行二次热交换。
上述水冷组件还包含分别与上述若干冷却水套连接的水泵、外部散热器；上述水泵带动冷却水在上述冷却水套中流动，并通过上述外部散热器为冷却水降温。
上述空冷组件还包含设置在上述空气管道顶部的顶电机、与上述顶电机连接的鼓风机；上述顶电机带动鼓风机工作，将冷空气快速吸入上述空气管道。
本实用新型提供的一种用于风力发电机的冷却装置，与现有技术相比，其优点在于：本实用新型由于在若干通风管上对应设置有冷却水套，先后通过空气冷却和水冷却进行两次热交换，有效地降低风力发电机的定子铁芯的温度，从而降低了定子铁芯与发电机机座的温差，以降低定子铁芯的热应力；同时能够使发电机各部分温度均匀，并稳定在一定的温度范围内，不至于在发电机内部产生局部过热点，提高绝缘设备的使用寿命，有利于风力发电机组的长期安全运行。
附图说明
图1是现有用于风力发电机的空冷结构冷却装置的总体结构示意图；
图2是本实用新型的一种用于风力发电机的冷却装置的总体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
请参见图2所示，本实用新型提供的用于风力发电机的冷却装置，包含与风力发电机30的空气管道31连接的空冷组件10、与空冷组件10连接的水冷组件20、设置在空气管道31顶部的顶电机13和鼓风机14。
空冷组件10包含与风力发电机30的轴伸端(DE端)轴连接的两个双进风离心式风机11。每个离心式风机11的轴向设有两个进风口111；进风口111呈喇叭形，上面套设有一大一小两个孔，大孔直径为300mm，小孔直径为260mm。每个离心式风机11的圆周方向还设有一个出风口112，离心式风机11通过该出风口112与空气管道31的轴伸端(DE端)密闭连接。
空冷组件10还包含多根通风管12，其分别穿过空气管道31的非轴伸端(NDE端)侧壁，与风力发电机30的定子轴向连接。
空冷组件10将冷空气气流从进风口111吸入后利用离心力从出风口112甩出，进入风力发电机30的空气管道31中，与发热的定子、转子进行一次热交换，为定子、转子降温。
设置在空气管道31顶部的鼓风机14，在顶电机13的带动下运转，加速空气管道31中的空气流动，增加了单位时间吸入的冷空气，并使冷空气高速地由进风口111吸入，进行一次热交换后，沿着定子、转子间的气隙及转子支架中心孔流入多根通风管12中。
水冷组件20包含对应设置在每根通风管12外侧的多个冷却水套21、与该多个冷却水套21连接的水泵22和外部散热器23。水冷组件20通过水泵22运转，使冷却水在冷却水套21中流动，与通风管12中的热空气进行二次热交换，使定子、转子产生的热量最终随着冷却水流入外部散热器23进行冷却。经二次热交换后冷却的空气从多根通风管12的另一侧流出，重新由进风口111吸入空气管道31参与下一次的冷却循环；如此反复，保证风力发电机30能在稳定的冷热循环平衡中安全可靠的运行。
冷却水套21中的冷却水作为二次热交换的介质，其热交换的能力决定了风力发电机30最终冷却温度的高低。相对于冷却介质为空气的冷却方式而言，冷却水较之空气的相对导热能力要大50倍，并且在满足相同的冷却条件下，空气冷却的相对消耗量是水的83倍。
因此相比现有冷却装置单纯使用空气冷却的，本实用新型在空气冷却的基础上，再附加水冷却的结构，先后进行两次热交换，能够有效地降低定子铁芯的温度，从而降低了定子铁芯与发电机机座的温差，以降低定子铁芯的热应力；同时能够使发电机各部分温度均匀，并稳定在一定的温度范围内，不至于在发电机内部产生局部过热点，提高绝缘设备的使用寿命，有利于风力发电机组的长期安全运行。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，包含：
与所述风力发电机(30)连接、进行一次热交换的空冷组件(10)；
与所述空冷组件(10)连接、进行二次热交换的水冷组件(20)。
2.如权利要求1所述的用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述空冷组件(10)包含与风力发电机(30)的空气管道(31)一端连接的若干离心式风机(11)；与所述空气管道(31)另一端连接的若干通风管(12)。
3.如权利要求2所述的用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述离心式风机(11)在轴向设有若干呈喇叭形的进风口(111)、在圆周方向设有出风口(112)；
所述离心式风机(11)的进风口(111)将作为一次热交换介质的冷空气由出风口(112)引入所述空气管道(31)；
所述离心式风机(11)通过出风口(112)与所述风力发电机(30)的空气管道(31)的轴伸端密闭连接。
4.如权利要求2所述的用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述空冷组件(10)的若干通风管(12)分别穿过所述空气管道(31)的非轴伸端侧壁，与风力发电机(30)连接，用来排放一次热交换后的空气。
5.如权利要求4所述的用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述水冷组件(20)包含对应设置在若干通风管(12)外侧的若干冷却水套(21)；所述若干冷却水套(21)通过其中流动的冷却水，与所述通风管(12)中的热空气进行二次热交换。
6.如权利要求5所述的用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述水冷组件(20)还包含分别与所述若干冷却水套(21)连接的水泵(22)、外部散热器(23)；所述水泵(22)带动冷却水在所述冷却水套(21)中流动，并通过所述外部散热器(23)为冷却水降温。
7.如权利要求2所述的用于风力发电机的冷却装置，其特征在于，所述空冷组件(10)还包含设置在所述空气管道(31)顶部的顶电机(13)、与所述顶电机(13)连接的鼓风机(14)；所述顶电机(13)带动鼓风机(14)工作，将冷空气快速吸入所述空气管道(31)。
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