CN201953578U - 风力发电机组冷却系统和风力发电机组 - Google Patents

风力发电机组冷却系统和风力发电机组 Download PDF

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杨栋
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Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机组冷却系统和风力发电机组，该风力发电机组冷却系统包括环路绝热管、第一水泵和换热器。环路绝热管冷却段穿过风力发电机组中待冷却装置的内部，对待冷却装置进行冷却；第一水泵固定于风机塔筒内，驱动冷却液在环路绝热管内循环流动；换热器围设在环路绝热管散热段的外侧，采用海水对环路绝热管内的冷却液进行冷却。该风力发电机组，包括风机塔、风力发电设备、待冷却装置，还包括本实用新型提供的风力发电机组冷却系统。本实用新型提供的风力发电机组冷却系统和风力发电机组，通过换热器将待冷却装置的热量最终散发到海洋中，减小了冷却系统中换热器的体积，节约了换热器工作所需电能，提高了冷却效率。

Description

风力发电机组冷却系统和风力发电机组
技术领域
本实用新型涉及冷却技术，尤其涉及一种风力发电机组冷却系统和风力发电机组。
背景技术
风能作为一种清洁无污染可再生能源，越来越受到人们的重视，其中建立海上风电厂就是利用风能发电的一种形式，通过在海上建立大型风电厂来利用风能发电，因此需要在海上安装大功率风力发电机组。
风力发电机组中的变频器、控制柜等电气系统是风力发电机组的关键部件，在工作过程中因各种电气设备和元件的效率损失，会产生大量的热量，如果这些热量长期得不到释放，会使电气系统环境的温度升高，因而影响各种电气设备和元件的正常工作。同时也可能对电气元件造成损害，所以必须对电气系统进行冷却，将这些热量散发出去。目前兆瓦(MW)级别风力发电机组的电气系统多采用水/空散热形式，即用泵抽冷却介质通过需被冷却的电气系统。温度较高的冷却介质从电气系统中流出，并进入外部水/空气热交换器，通过风扇抽风使空气和散热板进行热传递，被冷却的介质重新流回电气系统中，如此循环以达到冷却的目的。
随着风力发电机组向更高级别发展，对电气系统散热量的要求也不断增加，所需要的水/空散热器体积和电机的功率也大大增加，这样限制了风力发电机组的结构，同时也降低了风力发电机的有效发电量，并且海上风电厂往往存在水冷却系统的不足问题，因此需要一种更加高效的冷却系统。
实用新型内容
本实用新型提供一种风力发电机组冷却系统和风力发电机组，以提高风力发电机组冷却系统的冷却效率。
本实用新型提供的风力发电机组冷却系统，包括：
环路绝热管，所述环路绝热管冷却段穿过风力发电机组中待冷却装置的内部，对所述待冷却装置进行冷却；
第一水泵，固定于风机塔筒内，设置有冷却液进口和冷却液出口，连接在所述环路绝热管之中，驱动冷却液在环路绝热管内循环流动；
换热器，围设在所述环路绝热管散热段的外侧，采用海水对环路绝热管内的冷却液进行冷却。
如上所述的风力发电机组冷却系统，其中，所述换热器固定于风机塔基上，并置于海水中。
如上所述的风力发电机组冷却系统，其中，所述换热器固定于塔基平台上，还设置有海水进口和海水出口，所述海水进口与海水导管相连，所述海水出口用于向外界排出海水；
所述冷却系统还包括：第二水泵和海水过滤器；
所述海水过滤器固定于风机塔基上，并置于海水中，设置有海水导入口和海水过滤口，所述海水导入口与所述海水导管连接，所述海水过滤口连通至海水中，将过滤后的海水导入海水导管内；
所述第二水泵固定于风机塔基平台上，连接在海水导管中，将海水经海水导管引入换热器中。
如上所述的风力发电机组冷却系统，其中，所述过滤器位于海平面以下10米处的风机塔基上。
本实用新型还提供了一种风力发电机组，包括风机塔、风力发电设备、待冷却装置，还包括本实用新型提供的风力发电机组冷却系统。
本实用新型提供的风力发电机组冷却系统和风力发电机组，通过换热器将风力发电机组中待冷却装置的热量最终散发到海洋中，减小了冷却系统中换热器的体积，节约了换热器工作所需电能，提高了冷却效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例一提供的风力发电机组冷却系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二提供的风力发电机组冷却系统的结构示意图。
附图标记：
1-环路绝热管；101-环路绝热管冷却段；102-环路绝热管散热段；
2-待冷却装置；3-第一水泵；          301-冷却液进口；
4-换热器；    302-冷却液出口；      401-海水进口；
402-海水出口；5-第二水泵；          6-海水过滤器；
7-海水导管；  701-海水过滤口；      702-海水导入口；
8-风机塔筒；  9-风机塔基；          10-海平面；
11-海床；     12-塔基平台。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供了一种风力发电机组冷却系统，包括环路绝热管、第一水泵和换热器。
环路绝热管冷却段穿过风力发电机组中待冷却装置的内部，对待冷却装置进行冷却。
风力发电机组中待冷却装置通常固定于风机塔筒内，环路绝热管冷却段穿过风力发电机组中待冷却装置的内部，对待冷却装置进行冷却。待冷却装置通常为风力发电机组中的变频器、控制柜等电气系统，因电气系统中的各种电气元件和控制电路工作过程中的效率损失，会产生大量热量，如果这些热量长期得不到释放，会使电气系统环境的温度升高，因而影响电气系统的正常工作。同时也可能对电气元件造成损害，所以必须对电气系统进行冷却，将这些热量散发出去。当然也可以是其他需要进行冷却的装置。
第一水泵固定于风机塔筒内，设置有冷却液进口和冷却液出口，连接在环路绝热管之中，驱动冷却液在环路绝热管内循环流动。
通过第一水泵持续将冷却液从换热器中泵压至到待冷却装置中，从而冷却液从第一水泵的冷却液进口流入，经过冷却液出口沿环路绝热管冷却段进入待冷却装置中，驱动冷却液在环路绝热管内循环流动。
换热器围设在环路绝热管散热段的外侧，采用海水对环路绝热管内的冷却液进行冷却。换热器与环路绝热管散热段连接，环路绝热管散热段通过换热器内部，换热器为冷却装置，为冷却系统提供冷却液，海水作为冷却源，通过换热器使冷却液与海水进行热交换，使待冷却装置产生的热量最终散发到海洋中。
换热器可采用多种形式，可以为接触式换热器，蓄热式换热器、表面式换热器。
下面介绍本实用新型实施例提供的风力发电机组冷却系统的冷却过程。
通过第一水泵提供的压力将冷却液从换热器中经环路绝热管散热段流动至环路绝热管冷却段，环路绝热管冷却段穿过风力发电机组中待冷却装置的内部，经与待冷却装置内部进行热交换后，冷却液温度升高，并在第一水泵提供的压力作用下从环路绝热管冷却段流出，进入环路绝热管散热段，进而进入换热器内部，此时温度升高的冷却液与温度较低的海水进行热交换，使冷却液温度降低，将冷却液吸收的待冷却装置内的热量散发到海水中。温度降低的冷却液再次利用，循环上述过程，以持续降低待冷却装置运行产生的热量，最终将待冷却装置中的热量散发到海洋中，从而达到对待冷却装置散热的目的。
由上述技术方案可知，本实用新型实施例提供的风力发电机组冷却系统，将海水作为冷却源，使风力发电机组中待冷却装置产生的热量最终散发到海洋中，无需增加与换热器进行热交换的风扇或其他冷却源，减小了冷却系统中换热器的体积，节约了换热器工作所需电能，克服现有风力发电机组水冷系统不足的问题，特别是海上风场建立的风力发电机组水冷系统不足的问题，节省了能源，减小了冷却系统对环境造成的污染。
下面结合附图对本实用新型的优选实施例结构进行介绍。
实施例一
图1为本实用新型实施例一提供的风力发电机组冷却系统，包括环路绝热管1、第一水泵3和换热器4。
将风机塔基9固定在海底的海床11上，并在海平面以上设置塔基平台12，将风机塔筒8固定在塔基平台12上，各种风力发电设备设置可安装在风机塔筒8或塔基平台12上。
风力发电机组中待冷却装置2固定于风机塔筒8内，环路绝热管冷却段101穿过待冷却装置2的内部，对待冷却装置2进行冷却。
第一水泵3固定于风机塔筒8内，设置有冷却液进口301和冷却液出口302，连接在环路绝热管1之中，驱动冷却液在环路绝热管1内循环流动。
换热器4围设在环路绝热管散热段102的外侧，固定于风机塔基9上，并置于海水中，采用海水对环路绝热管1内的冷却液进行冷却。
本实施例中环路绝热管散热段通过换热器内部，通过换热器进行热交换时，冷却液在换热器内部流动，通过温度较低的海水冲刷换热器的表面实现温度升高的冷却液与温度较低的海水进行热交换，经过与海水进行热交换后冷却液温度降低可循环利用，从而将待冷却装置中的热量散发到海洋中。
本实施例中的换热器采用耐腐蚀材料制作，避免将换热器长期置于海水中对换热器造成腐蚀而影响换热器的功能。
由上述技术方案可知，将换热器直接置于海水中，并固定于风机塔基上，充分利用了风力发电机组已有的结构和设置的地理位置，无需增加其他附加设备，即能直接利用海水作为冷却源，对风力发电机组中待冷却装置进行冷却，将待冷却装置产生的热量通过海水散发到海洋中，即节省了设备投资的成本，也不对环境造成污染。
实施例二
图2为本实用新型实施例二提供的风力发电机组冷却系统，包括环路绝热管1、第一水泵3和换热器4，进一步的，还设置有第二水泵5和海水过滤器6。
风力发电机组中待冷却装置2固定于风机塔筒8内，环路绝热管冷却段101穿过风力发电机组中待冷却装置的2内部，对待冷却装置2进行冷却。
第一水泵3固定于风机塔筒8内，设置有冷却液进口301和冷却液出口302，连接在环路绝热管1之中，驱动冷却液在环路绝热管1内循环流动。
换热器4固定于塔基平台12上，还设置有海水进口401和海水出口402，海水进口401与海水导管7相连，海水出口402用于向外界排出海水。
与实施例一中技术方案不同的是，本实施例中该换热器固定在塔基平台上，并设置海水进口和海水出口，环路绝热管散热段通过换热器内部。通过换热器进行热交换时，温度升高的冷却液进入换热器内部后，与通过海水导管导入的温度较低的海水在换热器内部形成对流进行热交换，热交换后冷却液温度降低，海水温度升高，温度降低后的冷却液再次通过环路绝热管冷却段进入待冷却装置中循环利用，温度升高的海水从海水出口排出，从而达到对待冷却装置散热的目的。
可将热交换后的海水直接排入大海，也可排入其他地方，不限于本实施例。
海水过滤器6固定于风机塔基9上，并置于海水中，设置有海水过滤口701和海水导入口702，海水导入口702与海水导管7连接，海水过滤口701连通至海水中，将过滤后的海水导入海水导管7内。
该海水过滤器用于对海水进行过滤，将过滤后的海水作为冷却源，避免海水直接进入环路绝热管对管路造成腐蚀。
第二水泵5固定于塔基平台12上，连接在海水导管7中，将海水经海水导管7引入换热器4中。
第二水泵可将经海水过滤器过滤后的海水经海水导管泵压至换热器中，在换热器内部，温度升高的冷却液与温度较低的海水进行热交换，驱动海水持续流入换热器中。
下面介绍本实用新型实施例二提供的风力发电机组冷却系统的冷却过程。
通过第一水泵提供的压力将冷却液从换热器中经环路绝热管散热段流动至环路绝热管冷却段，环路绝热管冷却段穿过待冷却装置的内部，经与待冷却装置内部进行热交换后，冷却液温度升高，并在第一水泵提供的压力作用下从环路绝热管冷却段流出，进入环路绝热管的散热段，进而进入换热器内部，同时，第二水泵将经海水过滤器过滤后的海水经海水导管泵压至换热器中，此时，在换热器内部，温度升高的冷却液与海水导管导入的海水进行热交换，热交换后冷却液温度降低，温度升高的海水从海水出口排出，温度降低的冷却液再次利用，循环上述过程，以持续降低电气系统因运行产生的热量，最终将待冷却装置中的热量散发到海洋中，从而达到对待冷却装置散热的目的。
本实用新型实施例二提供的技术方案，将换热器置于塔基平台上，通过海水过滤器对海水进行过滤，通过第二水泵将海水泵压至换热器中，热交换后再将温度升高的海水排出，最终将待冷却装置中的热量散发到海洋中，从而避免将换热器长期置于海水中对换热器造成腐蚀。
本实用新型实施例提供的风力发电机组冷却系统，特别适用于海上风力发电机组，充分利用了风力发电机组临近大海的环境优势，将海水作为冷却源，将风力发电机组中待冷却装置中的热量散发到海水中，可循环利用冷却液，克服了现有海上风力发电机组水冷系统不足的缺陷，节省了换热器工作所需的电能，减小了冷却系统中换热器的体积，并且不对环境造成污染。
本实用新型实施例还提供了一种风力发电机组，包括风机塔、风力发电设备、待冷却装置，还包括本实用新型实施例提供的风力发电机组冷却系统。
本实用新型实施例提供的风力发电机组，采用本实用新型实施例提供的冷却系统对待冷却装置进行冷却，将海水作为冷却源，将待冷却装置中的热量散发到海水中，克服了现有风力发电机组水冷系统不足的缺陷，节省了换热器工作所需的电能，减小了冷却系统中换热器的体积，并且不对环境造成污染。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种风力发电机组冷却系统，其特征在于，包括：
环路绝热管，所述环路绝热管冷却段穿过风力发电机组中待冷却装置的内部，对所述待冷却装置进行冷却；
第一水泵，固定于风机塔筒内，设置有冷却液进口和冷却液出口，连接在所述环路绝热管之中，驱动冷却液在环路绝热管内循环流动；
换热器，围设在所述环路绝热管散热段的外侧，采用海水对环路绝热管内的冷却液进行冷却。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组冷却系统，其特征在于，所述换热器固定于风机塔基上，并置于海水中。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组冷却系统，其特征在于，
所述换热器固定于塔基平台上，还设置有海水进口和海水出口，所述海水进口与海水导管相连，所述海水出口用于向外界排出海水；
所述冷却系统还包括：第二水泵和海水过滤器；
所述海水过滤器固定于风机塔基上，并置于海水中，设置有海水导入口和海水过滤口，所述海水导入口与所述海水导管连接，所述海水过滤口连通至海水中，将过滤后的海水导入海水导管内；
所述第二水泵固定于塔基平台上，连接在海水导管中，将海水经海水导管引入换热器中。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组冷却系统，其特征在于，所述过滤器位于海平面以下10米处的风机塔基上。
5.一种风力发电机组，包括风机塔、风力发电设备、待冷却装置，其特征在于，还包括权利要求1～4任一所述的风力发电机组冷却系统。
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