CN206112038U - 一种风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统，包括：齿轮箱与所述齿轮箱相连的油泵单元与油泵单元相连的串联设置的第一冷却器单元、第二冷却器单元，其中所述的第一冷却器单元、第二冷却器单元均包括一冷却散热器和一冷却风扇，齿轮油经油泵供出后首先进入第一油冷散热器散热降温，经第一油冷散热器散热降温后的油再进入第二油冷散热器进行第二次散热降温，将油温控制在65摄氏度以下。

Description

一种风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统。

背景技术

风力发电机组的齿轮箱主轴的前端法兰与风轮相连，风作用到叶片上驱动风轮旋转，从而主轴带动后面的增速机构开始运转，这样齿轮箱就把风轮所吸收的低转速、大扭矩的机械能转化成高转速、小扭矩的机械能传递到齿轮箱的输出轴上。齿轮箱的输出轴通过弹性联轴器与电机轴相连，驱动发电机的转子旋转，将能量输入给发电机。发电机将输入的动能转化成电能并输送到电网。

现有技术中，风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统技术成熟度较低，产品设计缺陷大，制造精度差，故障率高。风机自投产以来，每到夏季，因外部环境气温较高，风机在额定功率输出时齿轮箱油温出现过高问题。现技术中机组仅配置一套油冷散热系统，散热能力不能满足长时间额定功率运行的要求，造成齿轮箱油温高限制机组出力，即不能达到额定功率运行。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种消除齿轮箱油因气温高散热能力不足导致限制机组出力问题的风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统。

本实用新型风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统，包括：齿轮箱与所述齿轮箱相连的油泵单元与油泵单元相连的串联设置的第一冷却器单元、第二冷却器单元，其中所述的第一冷却器单元、第二冷却器单元均包括一冷却散热器和一冷却风扇，齿轮油经油泵供出后首先进入第一油冷散热器散热降温，经第一油冷散热器散热降温后的油再进入第二油冷散热器进行第二次散热降温，将油温控制在65摄氏度以下。

进一步地，还包括在塔架门上开孔，利用风机塔筒的烟囱效应，使气流通过塔架门经塔架进入机舱。

进一步地，在机舱底部及顶部出舱孔安装有强迫机舱内部与外界空气循环的送、吸风机。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统，高温齿轮油经油泵供出后首先进入第一冷却器单元散热降温，经第一冷却器单元散热降温后的油再进入第二冷却器单元进行第二次散热降温，通过两级散热器二次散热降温使齿轮箱油温降低到规程规定的安全运行范围内，新增的冷却风扇在带走第二冷却器单元热量的同时，加大了机舱内部与外部空气交换总量，将油温控制在65摄氏度以下。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参见图1，本实用新型一较佳实施例所述的一种风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统，包括：齿轮箱1与所述齿轮箱相连的油泵单元2与油泵单元相连的串联设置的第一冷却器单元3、第二冷却器单元4，其中所述的第一冷却器单元、第二冷却器单元均包括一冷却散热器和一冷却风扇，齿轮油经油泵供出后首先进入第一油冷散热器散热降温，经第一油冷散热器散热降温后的油再进入第二油冷散热器进行第二次散热降温，将油温控制在65摄氏度以下。

进一步地，还包括在塔架门上开孔，利用风机塔筒的烟囱效应，使气流通过塔架门经塔架进入机舱。

进一步地，在机舱底部及顶部出舱孔安装有强迫机舱内部与外界空气循环的送、吸风机。

以下以具体的事例对本实用新型进行进一步地介绍。

长岭王子风电场一期风机采用33台大连华锐重工生产的SL77/1500型带有齿轮箱结构的双馈式风力发电机组，国内首批MW级机组的前100台产品，技术成熟度较低，产品设计缺陷大，制造精度差，故障率高。风机自投产以来，每到夏季，因外部环境气温较高，风机在额定功率输出时齿轮箱油温出现过高问题。现技术中机组仅配置一套油冷散热系统，散热能力不能满足长时间额定功率运行的要求，造成齿轮箱油温高限制机组出力，即不能达到额定功率运行。

本实用新型要解决的技术问题为彻底消除齿轮箱油因气温高散热能力不足导致限制机组出力问题，即在原散热器与叶轮之间，齿轮箱上部加装一组新散热器及冷却风扇，高温齿轮油经新装散热器后流入原散热器进行二次散热，最后进入齿轮箱。

现有技术，SL77/1500风力发电机组齿轮箱内装有600升齿轮油满足齿轮箱内部齿轮及轴承润滑、散热要求，机组发电运行时，齿轮间的摩擦使齿轮油温度上升，而机组仅配置一套油冷散热器，在高温天气机组额定功率运行时，齿轮箱油温达到75摄氏度以上时，机组自动限功率运行或故障停机。

现有技术的所有缺点

自投产起至今始终伴随长岭公司，尤为突出是齿轮箱油温高限制机组出力的问题。

例如2012年7月1日当日统计情况：平均风速14米/秒，理论每台风机发电功率应达到或接近1500KW，33台共计4.95万KW。而当时华锐33台风机实际发电功率不到2万KW，而同一时刻长岭二期项目32台风机（其中一台故障）发电功率达到4.5万KW，两期发电功率相差约2.5万KW。一期风机实际输出功率与理论发电功率差距太大，其主要原因就是齿轮箱温度高影响所致。齿轮箱上限温度为75℃，超过此温度风机保护装置动作自动将风机负荷减至额定负荷的50%，若齿轮箱温度继续上升到80℃，风机出力将被限制到额定负荷的20%左右。

监控画面取得数据如下：

由于齿轮箱温度高，系统保护限制发电机出力，使得风机功率曲线也发生明显变化。

齿轮箱温度超温问题自投产以来一直存在，始终未得到解决。进入夏季后由于齿轮箱油温超温影响机组带负荷的矛盾更加突出！据不完全统计，仅2014年4月至7月由此影响长岭一期项目减少发电量约1500万度，直接减少收入945万元，严重影响长岭公司的经济效益。综上所述，现有技术的缺点是散热能力不能满足实际使用要求。

通过数据分析得知，原机组所配置的油/风冷却器散热功率约为25KW，而齿轮箱在满负荷运行条件下的发热功率约为45KW，原机组所配置的油/风冷却器远远不能满足齿轮油的散热要求，从而导致机组限功率运行甚至停运。本实用新型的目的就是为彻底消除齿轮箱油因气温高散热能力不足导致限制机组出力问题。

本实用新型在保留原机配置的油冷散热器的基础上再增加一套油冷散热器，高温齿轮油经油泵供出后进入新增加的油冷散热器后再进入另一组油冷散热器二次散热，提高了油的散热效率，可将油温控制在65摄氏度以下。

本实用新型本实用新型增加散热面积和通风量，即增装油冷散热器及冷却风扇；在保留原机配置的油冷散热器的基础上再串联一套油冷散热器并增加一台冷却风扇，基本原理：高温齿轮油经油泵供出后首先进入第一冷却器单元（原有）散热降温，经第一冷却器单元散热降温后的油再进入第二冷却器单元（新增）进行第二次散热降温，通过两级散热器二次散热降温使齿轮箱油温降低到规程规定的安全运行范围内，新增的冷却风扇在带走第二冷却器单元热量的同时，加大了机舱内部与外部空气交换总量。

安装位置选择：在原散热器与叶轮之间，齿轮箱上部安装角钢支架并加装一组新散热器及冷却风扇，高温齿轮油经新装散热器后流入原散热器进行二次散热，最后进入齿轮箱。

齿轮箱主要参数

型号

传动比

Shell HD320油量

高速轴转速

低速轴转速

输出功率kw

GL认证效率

PWE1577

104.125

660L

1810

17.4

1500

97%

油泵参数

功率（低速/高速）kw

流量L/min

转数rpm

电压V

相数

频率Hz

绝缘等级

3.6/6

53/105

715/1425

400

3

50

F

油/风冷却器主要参数

冷却风扇主要参数

1）冷却能力达到的水平

q_vsg1=7.23m³/s（26028m³/h)

P_FC=245Pa

2）全压效率已达到比较可观的水平，高于同类产品近10个百分点，额定点η_vc=0.794。

3）每万m³耗能指标比纺织行业等改进后的节能产品下降0.318kW。

4）噪声水平L_A=76dB（A）；比A声级L_SA=21.65dB,其中比A声级比JB/T8690 工业通风机噪声限值标准中规定的轴流风机≤35dB还低13.35dB。

5）电机绝缘等级为H级，绝缘电阻由0.38MΩ（GB755）提高到1 MΩ；耐电压试验由原500V+2倍额定电压（GB755）提高到2000V/1min；匝间冲击试验JB/Z 294规定冲击试验电压（峰值）2500V提高到5000V/0.5μS。

6）与国外同类产品相比：与日本三菱FT-3085冷却风扇相比，在叶轮直径小50mm的情况下，风量提高3350 m³/h；全压提高49Pa；全压效率提高11.3%；噪声下降3.5dB(A)，比A声级下降6.09 dB；每万m³耗能下降0.016kW。

设备的安装工程主要包括机舱防雨帽制作，散热器支架制作、散热器及风扇组装及总装、油管、风扇电机控制回路线连接等，主要施工内容如下

1）、使用角钢制作新装油冷散热器安装支架 ，用于支撑散热器；

2）、使用不锈钢钢板制作散热器排风口防雨帽，安装于机舱顶部；

3）、使用钢板制作排风口辅助支架，使用帆布连接机舱排风口与散热风扇排风出口；

4）、零件加工：散热器用管路对丝、大小堵丝；

5）、油管管路加工；

6）、散热器及风扇吊运至机舱内，安装固定，风道连接，管路连接。

电气设备安装工程

风扇电机电缆由NCC300柜体底部引入柜体内，油冷散热风扇电机采用3相异步电动机，电源来自NCC300柜体X118.1端子，在NCC300柜体内安装ABB电动机保护断路器、ABB交流接触器各1个，风扇与油泵电机高速联动，交流接触器控制电源A1接入K152.6 A1端子，A2接110.4端子。

齿轮箱油温高未改造前，经统计2014年4月至7月期间，因齿轮箱油温高问题造成损失电量1500万千瓦时以上，直接经济损失9450000元（4.95万千瓦项目每年最佳利润400万元）。

齿轮箱油温高改造后，风机油冷散热器散热能力增加一倍，极大的改善由于油温高造成的机组出力减少问题有利于夏季提升发电量1000-1500万度，提高经济收入，同时降低机舱内部温度，使得发电机、变频器、控制柜等主要设备的运行环境也大为改善。油温长期较高易发生变质，降低油品的润滑性及散热性能，进而增加了风机昂贵的大部件齿轮箱损坏的风险。

本实用新型在塔架门上开孔，利用风机塔筒的烟囱效应，使气流通过塔架门经塔架进入机舱，增加冷却风量，从而达到降低机舱温度、降低齿轮箱油温目的。

本实用新型在机舱底部及顶部出舱孔安装送、吸风机，强迫机舱内部与外界空气循环，提高热交换效率，从而达到降低机舱温度、降低齿轮箱油温的目的。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统，其特征在于，包括：齿轮箱与所述齿轮箱相连的油泵单元与油泵单元相连的串联设置的第一冷却器单元、第二冷却器单元，其中所述的第一冷却器单元、第二冷却器单元均包括一冷却散热器和一冷却风扇，齿轮油经油泵供出后首先进入第一油冷散热器散热降温，经第一油冷散热器散热降温后的油再进入第二油冷散热器进行第二次散热降温，将油温控制在65摄氏度以下。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统，其特征在于，还包括在塔架门上开孔，利用风机塔筒的烟囱效应，使气流通过塔架门经塔架进入机舱。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组的齿轮箱冷却、散热系统，其特征在于，在机舱底部及顶部出舱孔安装有强迫机舱内部与外界空气循环的送、吸风机。