CN203452980U - 集中式风力发电机组液冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于风力发电机组冷却技术领域，公开了集中式风力发电机组液冷系统。该集中式风力发电机组液冷系统，包括：风力发电机组齿轮箱、动力泵、第一散热器、第一过滤器、安装在风力发电机上的第一液冷管和管路；所述风力发电机组齿轮箱、动力泵、第一散热器、第一过滤器和第一液冷管通过管路依次连接形成循环回路。本实用新型降低了机组在设备冷却方面的成本；减少了故障点，提高了机组的运行稳定性。

Description

集中式风力发电机组液冷系统

技术领域

本实用新型属于风力发电机组冷却技术领域，特别涉及集中式风力发电机组液冷系统。

背景技术

在MW级非直驱型风力发电机组中，至少有三个大功率能量转换设备，即齿轮箱、发电机和变流器，这三个设备在能量转换过程中必然会产生一定比例的能量损失，这些损失的能量会以热量的形式散发出来。当机组满发时，三个能量转换设备各自的散热功率都会达到几十kW甚至上百kW，均需要专门配备冷却系统。对于这三个设备的冷却方式，现行大多数机组采用如下方法：

1），对于齿轮箱采用直接风冷，即在齿轮箱的油循环系统上配置一台风冷散热器。在齿轮箱工作时，当齿轮油温度升高达到某一温度值时，自动开启散热器上的强制冷却风扇，外界空气在风扇的作用下流动经过散热器，散热器内部的齿轮油被冷却，散热器外侧的空气温度升高后被排放到机舱罩之外。

2），对于风力发电机，常见的有两种冷却方式，第一种是直接风冷，即在发电机上配置一个风冷装置，使用空气-空气的热交换方式把发电机的发热量排出机舱之外；另一种方式则是使用液冷方式，先用冷却液来冷却风力发电机内的热空气，再用外界的冷空气来冷却被加热的冷却液。前者需要一个面积非常大的风冷装置；后者则需要一套单独的液体冷却系统，包含加压泵、管路、传感器、散热器等一系列辅件。

3），对于变流器，在MW级非直驱型风力发电机组中，变流器大多采用液冷的方式，这就需要一套和发电机一样单独的液体冷却系统。

综上所述，每一套单独的液体冷却系统都需要至少一台加压泵、一个散热器、一组传感器、阀块、若干橡胶软管和管接头，对于现在许多机组来说，发电机和变流器都采用单独液冷方式，这不但增加了机组的造价成本，也增加了潜在故障点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出集中式风力发电机组液冷系统。本实用新型降低了风力发电机组在设备冷却方面的成本；同时也减少了潜在故障点，提高了风力发电机组的运行稳定性。

为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现。

集中式风力发电机组液冷系统包括：风力发电机组齿轮箱、动力泵、第一散热器、第一过滤器、安装在风力发电机上的第一液冷管和管路；所述风力发电机组齿轮箱、动力泵、第一散热器、第一过滤器和第一液冷管通过管路依次连接形成循环回路。

本实用新型的特点和进一步改进在于：

所述风力发电机组齿轮箱内部存储有齿轮油，用于将齿轮油输出至管路中；所述动力泵用于提供齿轮油循环动力，并用于将管路中的齿轮油输出至第一散热器中；所述第一散热器用于对流入其中的齿轮油进行降温，并用于通过管路将齿轮油输出至第一过滤器中；所述第一过滤器用于对齿轮油进行过滤，并用于通过管路将齿轮油输出至第一液冷管中；所述第一液冷管用于通过齿轮油对风力发电机进行降温，并用于通过管路将齿轮油输出。

所述集中式风力发电机组液冷系统还包括：第二散热器、第二过滤器以及安装在风力发电机组变流器上的第二液冷管；所述风力发电机组齿轮箱、动力泵、第一散热器、第一过滤器、第一液冷管、第二散热器、第二过滤器和第二液冷管通过管路依次连接形成循环回路。

所述第一液冷管用于通过齿轮油对风力发电机进行降温，并用于通过管路将齿轮油输出至第二散热器中；所述第二散热器用于对流入其中的齿轮油进行降温，并用于通过管路将齿轮油输出至第二过滤器中；所述第二过滤器用于对齿轮油进行过滤，并用于通过管路将齿轮油输出至第二液冷管中；所述第二液冷管用于通过齿轮油对风力发电机组变流器进行降温，并用于通过管路将齿轮油输出至风力发电机组齿轮箱中。

所述第一散热器为风冷散热器。

所述第一过滤器的过滤精度为200～400μm。

所述第一液冷管为铜材质或铝材质的翅片管。

所述第二散热器为风冷散热器。

所述第二过滤器的过滤精度为200～400μm。

所述第二液冷管为不锈钢管。

本实用新型的有益效果为：本实用新型应用于风力发电机组的冷却时，可以去掉给发电机和变流器专门配置的液冷系统，利用齿轮油作为冷却介质，也不需要购买专门的低温冷却液，大幅度降低了机组在设备冷却方面的成本；同时也减少了故障点，大大提高了机组的运行稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的集中式风力发电机组液冷系统的第一示意图；

图2为本实用新型的集中式风力发电机组液冷系统的第二示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

本实用新型涉及集中式风力发电机组液冷系统，主要应用于非直驱结构的风力发电机组。使用本实用新型可以简化风力发电机组结构，降低成本，提高机组的可靠性。

下面说明本实用新型的第一实施例：

如图1所示为该实施例对应的示意图；对于风力发电机、风力发电机组齿轮箱、风力发电机组变流器都安装风力发电机舱内部的风力发电机组，本实用新型的第一实施例提出了集中式风力发电机组液冷系统。该集中式风力发电机组液冷系统，包括：风力发电机组齿轮箱1、动力泵2、第一散热器3、第一过滤器4、安装在风力发电机上的第一液冷管5、第二散热器6、第二过滤器7以及安装在风力发电机组变流器上的第二液冷管8；风力发电机组齿轮箱1、动力泵2、第一散热器3、第一过滤器4、第一液冷管5、第二散热器6、第二过滤器7和第二液冷管8通过管路9依次连接形成回路。其中风力发电机组齿轮箱1用于提供齿轮油，并用于将齿轮油输出至管路9中；动力泵2用于提供齿轮油循环动力，并用于将管路9中的齿轮油输出至第一散热器3中；第一散热器3用于对流入其中的齿轮油进行降温，并用于通过管路9将齿轮油输出至第一过滤器4中；第一过滤器4用于对齿轮油进行过滤，并用于通过管路9将齿轮油输出至第一液冷管5中；第一液冷管5用于通过齿轮油对风力发电机进行降温，并用于通过管路9将齿轮油输出至第二散热器6中；第二散热器6用于对流入其中的齿轮油进行降温，并用于通过管路9将齿轮油输出至第二过滤器7中；第二过滤器7用于对齿轮油进行过滤，并用于通过管路9将齿轮油输出至第二液冷管8中；第二液冷管8用于通过齿轮油对风力发电机组变流器进行降温，并用于通过管路9将齿轮油输出至风力发电机组齿轮箱1中。

在该实施例中，风力发电机组齿轮箱1为集中式风力发电机组的齿轮箱，用于向集中式风力发电机组液冷系统提供冷却介质。例如，风力发电机组齿轮箱提供的冷却介质为齿轮油，利用管路9接收来自风力发电机组齿轮箱1的齿轮油，齿轮油通过管路9流入动力泵2中。动力泵2采用齿轮油冷却循环系统的循环泵，可以有效地利用现有设备，动力泵2为集中式风力发电机组液冷系统提供冷却介质循环动力。第一散热器3为风冷散热器，用于对风力发电机组齿轮箱1流出的冷却介质进行冷却。第一过滤器4用于对第一散热器3流出的冷却介质进行过滤。第一液冷管5安装在风力发电机上，用于对风力发电机进行散热，经第一过滤器4过滤后的冷却介质满足进入第一液冷管5的条件，第一过滤器4过滤后的冷却介质进入第一液冷管5后，通过冷热交换带走风力发电机散发的热量。之后，由于冷热交换，冷却介质再次被加热。第二散热器6用于对第一液冷管5流出的冷却介质进行冷却；第二过滤器7用于对第二散热器6流出的冷却介质进行过滤。第二液冷管8安装在风力发电机组变流器上，用于对风力发电机组变流器进行散热，经第二过滤器7过滤后的冷却介质满足进入第二液冷管8的条件，第二过滤器7过滤后的冷却介质进入第二液冷管8后，通过冷热交换带走风力发电机组变流器散发的热量。之后，由于冷热交换，冷却介质再次被加热。由于变流器和齿轮箱本身的差异，加热后的冷却介质依然低于风力发电机组齿轮箱1入口的温度上限值，进而冷却介质可以实现循环利用。

在该实施例中，为了提高进入第一液冷管5或第二液冷管8的冷却介质的清洁度，可以根据需要设置第一过滤器4和第二过滤器7的过滤精度，也可以缩短第一过滤器4和第二过滤器7的清理周期。例如，第一过滤器4的过滤精度和第二过滤器7的过滤精度均为200～400μm，优选地，第一过滤器4的过滤精度和第二过滤器7的过滤精度均为300μm。

在该实施例中，由于安装在风力发电机上的第一液冷管5为铜材质或铝材质的翅片管；安装在风力发电机组变流器上的第二液冷管8为不锈钢管；二者均不会与齿轮油发生化学反应，保证了集中式风力发电机组液冷系统的正常运行。

在该实施例中，动力泵2、第一散热器3、第二散热器6的技术参数可以根据集中式风力发电机组液冷系统的需要进行设置，例如，改变动力泵2的泵流量和泵扬程，从而改变冷却介质循环动力，提高第一散热器3和第二散热器6中的风扇转速，从而提高第一散热器3和第二散热器6的散热能力。

该实施例中，集中式风力发电机组液冷系统的工作过程如下：

风力发电机组齿轮箱1中的齿轮油温度升高后流出齿轮箱，先通过动力泵2，然后进入第一散热器3，第一散热器3自身配置有强制冷却风扇；齿轮油在强制冷却风扇内第一次被冷却到合适的温度；

流出强制冷却风扇的低温齿轮油流经第一过滤器4之后，进入第一液冷管5带走风力发电机散发的热量，第二次被加热，温度升高，然后进入第二散热器6后第二次被强制冷却到合适的温度；

流出第二散热器6的低温齿轮油再次流经第二过滤器7，进入第二液冷管8内，带走风力发电机组变流器散热的热量，第三次被加热之后流回第一齿轮箱1，因为设备本身的差异，流出变流器之后的齿轮油温度依然低于齿轮箱入口的温度限值，因此不需要冷却。

下面说明本实用新型的第二实施例，对于变流器单独设置在风力发电机塔筒底部的风力发电机组，本实用新型的第二实施例提出了集中式风力发电机组液冷系统。该集中式风力发电机组液冷系统包括：风力发电机组齿轮箱1、动力泵2、第一散热器3、第一过滤器4、第一液冷管5和管路9，风力发电机组齿轮箱1、动力泵2、第一散热器3、第一过滤器4、第一液冷管5通过管路9依次连接形成回路。

风力发电机组齿轮箱1为集中式风力发电机组的齿轮箱，用于向集中式风力发电机组液冷系统提供冷却介质。例如，风力发电机组齿轮箱提供的冷却介质为齿轮油。动力泵2采用齿轮油冷却循环系统的循环泵，可以有效地利用现有设备，动力泵2为集中式风力发电机组液冷系统提供冷却介质循环动力。第一散热器3为风冷散热器，用于对风力发电机组齿轮箱1流出的冷却介质进行冷却。第一过滤器4用于对第一散热器3流出的冷却介质进行过滤。第一液冷管5安装在风力发电机上，用于对风力发电机进行散热，经第一过滤器4过滤后的冷却介质满足进入第一液冷管5的条件，第一过滤器4过滤后的冷却介质进入第一液冷管5后，通过冷热交换带走风力发电机散发的热量。之后，由于冷热交换，冷却介质再次被加热。但是由于发电机和齿轮箱本身的差异，加热后的冷却介质依然低于风力发电机组齿轮箱1入口的温度上限值，进而冷却介质可以实现循环利用。

在该实施例中，为了提高进入第一液冷管5的冷却介质的清洁度，可以根据需要设置第一过滤器4的过滤精度，也可以缩短第一过滤器4的清理周期。例如，第一过滤器4的过滤精度均为200～400μm，优选地，第一过滤器4的过滤精度均为300μm。在该实施例中，由于安装在发电机上的第一液冷管5为铜材质或铝材质的翅片管，不会和齿轮油发生化学反应，保证了集中式风力发电机组液冷系统的正常运行。

在该实施例中，动力泵2和第一散热器3的技术参数可以根据集中式风力发电机组液冷系统的需要进行设置，例如，改变动力泵2的泵流量和泵扬程，从而改变冷却介质循环动力，提高第一散热器3中的风扇转速，从而提高第一散热器3的散热能力。

该实施例中，集中式风力发电机组液冷系统的工作过程与第一实施例类似，在此不再重复。

综上所述，本实用新型利用齿轮油冷却循环系统的循环泵作为动力泵，齿轮油作为冷却介质，用软管（即管路9）把所有能量转换设备（包括液冷管、过滤器、散热器、动力泵、齿轮箱）串联起来，在每一个能量转换设备之前配备一个强制冷却式空气散热器（即风冷散热器）和一个精度足够的过滤器，散热器的散热能力根据其下游设备所允许的最高入口温度来计算确定，整个循环形成一个集中式冷却系统。

本实用新型应用于风力发电机组的冷却时（主要应用于非直驱结构的风力发电机组），可以去掉专门给发电机和变流器专门配置的液冷系统，从而简化风力发电机组的结构；也不需要购买专门的低温冷却液，大幅度降低了机组在设备冷却方面的成本；同时也减少了故障点，提高了机组的运行稳定性和可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.集中式风力发电机组液冷系统，其特征在于，包括：风力发电机组齿轮箱（1）、动力泵（2）、第一散热器（3）、第一过滤器（4）、安装在风力发电机上的第一液冷管（5）和管路（9）；所述风力发电机组齿轮箱（1）、动力泵（2）、第一散热器（3）、第一过滤器（4）和第一液冷管（5）通过管路（9）依次连接形成循环回路。

2.如权利要求1所述的集中式风力发电机组液冷系统，其特征在于，还包括：第二散热器（6）、第二过滤器（7）以及安装在风力发电机组变流器上的第二液冷管（8）；所述风力发电机组齿轮箱（1）、动力泵（2）、第一散热器（3）、第一过滤器（4）、第一液冷管（5）、第二散热器（6）、第二过滤器（7）和第二液冷管（8）通过管路（9）依次连接形成循环回路。

3.如权利要求1或2所述的集中式风力发电机组液冷系统，其特征在于，所述第一散热器（3）为风冷散热器。

4.如权利要求1或2所述的集中式风力发电机组液冷系统，其特征在于，所述第一过滤器（4）的过滤精度为200～400μm。

5.如权利要求1或2所述的集中式风力发电机组液冷系统，其特征在于，所述第一液冷管（5）为铜材质或铝材质的翅片管。

6.如权利要求2所述的集中式风力发电机组液冷系统，其特征在于，所述第二散热器（6）为风冷散热器。

7.如权利要求2所述的集中式风力发电机组液冷系统，其特征在于，所述第二过滤器（7）的过滤精度为200～400μm。

8.如权利要求2所述的集中式风力发电机组液冷系统，其特征在于，所述第二液冷管（8）为不锈钢管。

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