CN206226920U - 冷却系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种冷却系统及风力发电机组。该冷却系统包括：连接管路，连接管路包括冷却液进管和冷却液出管，冷却液进管与被冷却物的冷却进口连接，冷却液出管与被冷却物的冷却出口连接；输送泵，输送泵与连接管路连通，并驱动连接管路内的冷却液流动；压强控制部，压强控制部包括冷却液箱，冷却液箱在第一连接位置处与连接管路连通，且冷却液箱的最低液面与第一连接位置之间相距第一距离，使得在第一连接位置处，冷却液箱的压强大于或等于冷却系统的最小工作压强。该冷却系统能够很好地控制连接管路内压强。

Description

冷却系统及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及冷却设备，尤其涉及一种冷却系统及风力发电机组。

背景技术

风力发电机组变流器的水冷系统由冷却循环系统和测量控制系统两部分组成，如图1所示。冷却循环系统以高压循环泵为动力源。循环泵1通过管路把冷却液送入变流柜2中，再把冷却液通过管路从变流器2中抽出。如果从变流器2流出的冷却液温度过高，则三通阀3打开，还将冷却液送入风力发电机组外的空气散热器4进行冷热交换，散热后的冷却液再由循环泵1送入变流器2中，这样完成一次冷却循环。

测量控制系统根据当前冷却液的温度值自动的调节电动三通阀3的阀位，从而有比例的调节循环冷却液进入空气散热器4进行热交换的流量，实现温度调节功能。

当变流系统的温度低于正常工作温度时，电动三通阀3关闭，冷却液不流入散热器4内，安装在管路上的电加热器5根据控制要求对冷却液进行加热，循环系统通过冷却液的循环流动对变流系统进行强制温度补偿，但是电加热器5运行时水冷系统不能停运，必须保持管路内冷却液的流动，即机组正常时加热器方可工作。如果机组发生故障或者处于维护状态，水冷循环泵停止工作，那么加热器5也是无法工作的。

目前，水冷系统采用膨胀罐6为稳压装置。当机组运行时变流器产生大量的热量，冷却液的温度升高；当机组停机时变流器产生的热量少或者不产生热量，冷却液的温度降低。如果冬季断电停机一段时间，或者故障停机和维护状态下停机一段时间后，那么冷却液温度可降至零摄氏度以下，室外散热器4内的冷却液温度会更低。这就说明环境温度低时，机组在运行和停机这两个状态下水冷系统冷却液存在较大的温差，这势必引起系统内压力变化，这个现象在北方冬季或者白昼温差大的地区特别明显，所以水冷系统必须有稳压装置，以调节由于温度变化带来的系统内部压力变化。这都是因为环境温度低时引起机组在运行和停机两种状态下冷却液温度变化大的原因，冷却液发生了高温膨胀低温冷缩的现象导致水冷系统压力变化大，而在水冷系统压力变化大的情况下膨胀罐6不能满足系统压力调节的需要，所以停机后冷却液温度降低导致系统压力低，或机组运行时冷却液温度升高导致系统压力高。(说明：本文停机指的是断电停机、故障停机和维护停机，而非手动停机和自然停机)

在北方冬季停机时间较长时此现象非常突出：水冷系统冷却液的温度从零上降至零下，液体产生了冷缩现象，其体积减少而使系统压力降低，膨胀罐内的气体压力及其容量有限，未能补充整个水冷系统失去的压力，造成机组水冷系统压力较低，以至于无法正常启机和产生故障，水冷系统需要补充冷却液才能使系统压力达到正常。在这种情况下，如果采用补液的方法使水冷系统压力正常，那么当机组运行一段时间冷却液温度上升后，水冷系统可能将报系统压力高故障，为解决这个故障需要向外泄放一些冷却液，可是泄放的液体量非常少，系统即可以恢复正常。这说明变流器水冷系统的膨胀罐6在环境温度和冷却液温度变化大时满足不了水冷系统的稳压作用，这个问题严重影响了机组的稳定性、可利用率和发电量，还增加了维护量。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种冷却系统及风力发电机组，以解决冷却系统内压力随温度变化后冷却系统故障的问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例提供一种冷却系统，其包括：连接管路，连接管路包括冷却液进管和冷却液出管，冷却液进管与被冷却物的冷却进口连接，冷却液出管与被冷却物的冷却出口连接；输送泵，输送泵与连接管路连通，并驱动连接管路内的冷却液流动；压强控制部，压强控制部包括冷却液箱，冷却液箱在第一连接位置处与连接管路连通，且冷却液箱的最低液面与第一连接位置之间相距第一距离，使得在第一连接位置处，冷却液箱的压强大于或等于冷却系统的最小工作压强。

进一步地，压强控制部还包括密封气囊，密封气囊设置在冷却液箱内，且覆盖在冷却液箱的冷却液的液面上，密封气囊的进气口位于冷却液箱外，且使密封气囊的内腔与外界连通。

进一步地，冷却液箱的顶部设置有至少一个排气阀，其中一个排气阀为自动排气阀。

进一步地，冷却液箱上连接有显示冷却液箱内的冷却液的液面位置的液位表。

进一步地，冷却液箱上设置有放液口，冷却液箱上还设置有控制放液口开关的放液阀。

进一步地，冷却系统还包括补液泵，补液泵与冷却液箱连通，并能够向冷却液箱内输送冷却液。

进一步地，冷却系统还包括散热器，散热器的散热进口与冷却液出管连通，散热器的散热出口与所冷却液进管连通。

进一步地，冷却系统还包括三通控制阀，三通控制阀的第一口连接在冷却液出管上，三通控制阀的第二口与散热器的散热进口连接，三通控制阀的第三口通过支路连接在冷却液进管上，三通控制阀能够控制第二口和第三口的开度。

进一步地，冷却系统还包括加热器，加热器设置在冷却液出管上。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，风力发电机组包括变流器和冷却系统，冷却系统为上述任一项的冷却系统。

本实用新型的实施例的冷却系统通过连接管路与被冷却物连接，输送泵用于为冷却液提供动力，使其循环。压强控制部通过设置冷却液箱，利用液体重力自流的原理，实现自动补液，通过控制冷却液箱与第一连接位置之间的距离控制压强，保证连接管路内的压强。

附图说明

图1为现有技术中的风力发电机组变流器的水冷系统的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例的变流器的冷却系统的结构示意图。

附图标记说明：

现有技术中：

1、循环泵；2、变流器；3、三通阀；4、散热器、5、加热器；6、膨胀罐。

本申请中：

11、冷却液进管；12、冷却液出管；20、输送泵；31、冷却液箱；32、密封气囊；321、进气口；331、手动排气阀；332、自动排气阀；34、液位表；35、放液阀；40、散热器；50、三通控制阀；60、加热器；90、变流器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例的冷却系统及风力发电机组进行详细描述。

如图2所示，根据本实用新型的实施例，冷却系统包括连接管路、输送泵20和压强控制部。其中连接管路包括冷却液进管11和冷却液出管12，冷却液进管11与被冷却物的冷却进口连接，冷却液出管12与被冷却物的冷却出口连接。输送泵20与连接管路连通，并驱动连接管路内的冷却液流动。压强控制部包括冷却液箱31，冷却液箱31在第一连接位置处与连接管路连通，且冷却液箱31的最低液面与第一连接位置之间相距第一距离，使得在第一连接位置处，冷却液箱31的压强大于或等于冷却系统的最小工作压强。

该冷却系统用于对变流器90进行冷却，冷却系统的连接管路与被冷却的变流器90连接，从而向变流器90内输送冷却液。输送泵20用于为冷却液提供动力，使冷却液流动。压强控制部的冷却液箱31利用液体的压强随着测量点距液面的高度变化而变化的原理，将冷却液箱31设置在第一连接位置的上方，冷却液箱31的液面与第一连接位置的高度方向的距离根据冷却系统的最小工作压强确定，保证压强控制部的压力调节能力能够满足冷却系统的使用需求。

通过设置压强控制部，当冷却系统内的压强由于温度降低而降低时，冷却液箱31内的冷却液自动补充到冷却系统的连接管路内，从而确保冷却系统内的冷却液的压强满足要求，冷却系统能够正常工作。当冷却系统内的压强由于温度升高而升高时，冷却液箱31能够容纳一部分冷却液，从而保证冷却系统内的压强满足要求，冷却系统能够正常工作。

此过程中，利用压强控制部的冷却液箱31内的冷却液实现对连接管路内的自动补液和放液，实现了冷却系统内压力的调节，避免了现有技术中风力发电机组变流器的水冷系统采用膨胀罐稳压，存在的在环境温度低时膨胀罐稳压能力有限，经常不能满足水冷系统的正常使用要求、膨胀罐里的气体存在泄漏的现象，需要定期检查压力及补充气体，如果膨胀罐漏气严重且未及时补气，那么胶囊很容易被损坏(如发生破裂)、由于风力发电机组场条件有限，大部分风力发电机组场的风力发电机组的变流器的水冷系统的膨胀罐内部填充的是空气，所以罐内的气体也受温度变化影响产生热胀冷缩的现象的问题。

优选地，为了避免冷却液箱31中的冷却液与空气接触造成的蒸发和污染等问题，压强控制部还包括密封气囊32。密封气囊32设置在冷却液箱31内，且覆盖在冷却液箱31的冷却液的液面上。密封气囊32的进气口321位于冷却液箱31外，且使密封气囊32的内腔与外界连通。密封气囊32用于密封冷却液箱31的液面，防止冷却液箱31内的冷却液暴露在空气中造成的污染和蒸发损失。密封气囊32的进气口321与空气连通，保证当冷却液箱31内的液面下降时，密封气囊32能够自动充气，并始终与液面接触。当冷却液箱31内的液面升高时，密封气囊32能够自动排气。

密封气囊32为复合橡胶的软气囊，气囊通过呼吸管与大气接触，囊外和冷却液接触，气囊浮在冷却液面上，用来隔离冷却液与大气，避免二者直接接触，且平衡冷却液箱31内和外界大气的压力。该密封气囊32呼吸方式简单，由于安装在塔筒内并且体积小、呼吸空气量少，所以采用弯管与外界进行呼吸即可，不需要配备呼吸器。

此种密封气囊32方便检查，拆除弯管或打开冷却液箱31上盖即可检查密封气囊32是否完好。

优选地，冷却液箱31的顶部设置有至少一个排气阀。排气阀用于排出冷却液箱31内的空气，确保密封气囊32可以可靠地与冷却液的液面接触，保证冷却液箱31可靠工作。

具体地，在冷却液箱31的顶部设置有一个手动排气阀331和一个自动排气阀332，以满足不同情况下的使用需求。在加注冷却液时使用手动排气阀可以快速排出冷却液箱内的空气。自动排气阀可以自动排出冷却系统内产生的气体或未排尽的空气。

为了便于工作人员观察冷却液箱31内的冷却液的液面位置，以确保冷却液箱31提供的压强在冷却系统的工作压强范围内，冷却液箱31上连接有显示冷却液箱31内的冷却液的液面位置的液位表34。液位表34可以显示出冷却液箱31内冷却液的液位，当液位达到设定的最高或最低位置时，液位表34通过报警开关及时准确地将液位信号传送给系统PLC，使风力发电机组报警。

优选地，冷却液箱31上设置有放液口，冷却液箱31上还设置有控制放液口开关的放液阀35，根据工作需要，当需要排出冷却液箱31内的部分或全部冷却液时，可以打开放液阀35，通过放液口排出冷却液。例如，当冷却系统停机，并长期不工作时，可以通过放液阀35和放液口将冷却液箱31内的冷却液排出。或者，当冷却液箱31内的冷却液过多，造成液面位置不满足需求时，可以通过放液阀35和放液口排出一部分冷却液。

冷却系统还包括补液泵(未示出)，补液泵与冷却液箱31连通，并能够向冷却液箱31内输送冷却液，补液泵可以向冷却液箱31内充液，根据需要调节冷却液箱31内的液面。

在本实施例中，冷却系统还包括散热器40，散热器40的散热进口与冷却液出管12连通，散热器40的散热出口与所冷却液进管11连通，散热器40能够对从变流器90流出的高温冷却液进行冷却，使其温度降低，以保证下次循环至变流器90的冷却效果。

当然，在一些情况下，变流器90的温度较低，冷却液在变流器90内吸收的热量较少，温度升高的比较少，不需要通过散热器40，对冷却液进行散热。针对这种情况，在冷却液进管11和冷却液出管12之间还连接有支路，冷却系统还包括三通控制阀50，三通控制阀50用于控制冷却液出管12内的冷却液是流进散热器40还是通过支路直接流回冷却液进管11。

具体地，三通控制阀50的第一口连接在冷却液出管12上，三通控制阀50的第二口与散热器40的散热进口连接(如，三通控制阀50的第二口直接与散热器40的散热进口对接，或者三通控制阀50的第二口与散热器40的散热进口通过其他连接管连接等方式均可)，三通控制阀50的第三口通过支路连接在冷却液进管11上，三通控制阀50能够控制第二口和第三口的开度。三通控制阀50通过控制第二口和第三口的开度来调节进入散热器40的冷却液的量，从而控制对变流器90的冷却量。

为了准确调节和控制，变流器的冷却系统还包括温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器均连接在冷却液出管12上。温度传感器用于检测从变流器90流出的冷却液的温度，根据该温度传感器检测的温度，三通控制阀50控制第二口和第三口的开度。压力传感器用于检测冷却系统内的压力，以便控制冷却系统内的压力，确保冷却系统的压力满足工作需要。

在一些环境下，环境温度较低或环境温度变化大，造成变流器90启动时，冷却系统内的冷却液温度低，不能正常启动，为了避免这种情况，冷却系统还包括加热器60，加热器60设置在冷却液出管12上，用于在冷却液温度低于正常工作温度时对冷却液进行加热，使冷却液温度升高。

在使用加热器60加热冷却液时，三通控制阀50的第二口关闭，冷却液不进入散热器40。

输送泵20可以是电动增压泵或其他液压动力的泵等。通过输送泵20向冷却液提供动力，迫使其循环流动。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，风力发电机组包括变流器90和冷却系统，冷却系统为上述的冷却系统。采用上述的冷却系统，解决了现有冷却系统受环境温度影响，如果停机时间较长，冷却系统内的冷却液产生热胀冷缩的现象较为严重，造成冷却系统内压力变化较大，而配套的膨胀罐稳压能力不足，不能较好的控制整个冷却系统的压力变化，导致风力发电机组经常发生压力低故障的问题。

本实施例的风力发电机组，通过使用处于高位的冷却液箱可以补充温度低时冷却系统的冷却液体积减少，也可以吸收温度高时冷却液膨胀的体积，使冷却系统压力在规定的范围内并且不受环境温度影响。此外，采用该压强控制部的冷却系统还具有自动补加冷却液的功能和闭环冷却循环系统的优点，极大的减少了冷却系统的维护量，同时也减少了风力发电机组的故障率和提高了风力发电机组的可利用率。

冷却系统使用时，冷却液箱31可以安装在塔筒内部高处，通过水管与连接管路连接，冷却液箱31与连接管路连接的位置可以与膨胀罐与连接管路连接的位置相同，如冷却系统的回水端，即泵的进口端。冷却液箱31的安装高度根据液体压强公式和冷却系统的最低压力而定，利用液体的重力自流供液，当冷却系统的冷却液体积随温度变化而膨胀或缩小时，冷却液箱31起着储存或补充冷却液的作用。

液体压强计算公式：P＝ρgh(ρ是液体密度，g是重力加速度，h是测压点到液面的高度)。

冷却液箱31的结构可以分为囊式、波纹式和隔膜式等。在本实施例中，冷却液箱31为具有密封气囊32的囊式冷却液箱。

当冷却系统受温度影响压力发生变化时，冷却系统内部的冷却液膨胀或收缩导致冷却液箱31液面上升或下降，使密封气囊32向外排出气体或自行吸气以平衡密封气囊32内外侧压力，起到呼吸作用，从而将冷却液与空气彻底隔开，并且随温度变化灵活补偿冷却系统内的压力差。

为了达到较好的防腐效果，冷却液箱31采用不锈钢或者塑料等材质制成。

向冷却液箱31加注冷却液的过程如下：

首先打开手动排气阀331和关闭放液阀35，然后使用补液泵在冷却系统加注口处补加冷却液(此步骤与原冷却系统加注冷却液的方法相同)，随着冷却液的补入，冷却液通过连接管路进入冷却液箱31。密封气囊32向上压缩，囊内空气通过进气口321排出，冷却液箱31内空气从手动排气阀331处排出，直到液体到顶为止。待手动排气阀331处有冷却液溢出时，说明冷却液箱31已充满，空气排尽，即可关闭手动排气阀331。冷却液箱31内的空气排完后，通过放液阀35把冷却液放至液位表34刻度的正常范围内为止。冷却液箱31内密封气囊32随着冷却液的放出，即自行充满空气并正常的浮在冷却液面上。到此，冷却液箱31及其冷却系统冷却液加注完毕。

若1.5MW的风力发电机组冷却系统的最低工作压力为1.0bar，根据上述公式冷却液箱31安装在距离冷却系统的压力传感器的10米高度左右。冷却液箱31和水管通过使用磁铁座吸附和管卡固定在塔筒内壁上，或者固定在塔筒爬梯支架上；如果安装高度合适，冷却液箱31也可放置在塔筒平台上。

本实用新型的冷却系统及风力发电机组具有如下效果：

该冷却系统采用压强控制部，通过设置处于较高位置的冷却液箱，解决了目前风力发电机组冷却系统受环境温度低影响而造成系统压力变化大及压力不稳定的问题，使风力发电机组冷却系统压力不再受环境温度的影响和性能更加稳定，而且可以起到自动补液、补压和缓冲压力的作用，减少了维护量，提高了风力发电机组的可利用率。此外，具有成本低和闭式水冷系统的优点，

不仅适用于变流器冷却循环散热系统，还适用于发电机或其他被冷却物的水冷循环散热系统。由于维护量少和海上机组维护成本高，本方案特别适用于海上风力发电机组的水冷系统。

运用处于较高位置的冷却液箱为风力发电机组变流器冷却系统进行稳压，代替了水冷系统现有的膨胀罐，确保稳压效果好。

密封气囊使冷却液不与外界接触，保证冷却液不存在污染和蒸发的现象，而且仍然有闭式水冷系统的优点。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括：

连接管路，所述连接管路包括冷却液进管(11)和冷却液出管(12)，所述冷却液进管(11)与被冷却物的冷却进口连接，所述冷却液出管(12)与所述被冷却物的冷却出口连接；

输送泵(20)，所述输送泵(20)与所述连接管路连通，并驱动所述连接管路内的冷却液流动；

压强控制部，所述压强控制部包括冷却液箱(31)，所述冷却液箱(31)在第一连接位置处与所述连接管路连通，且所述冷却液箱(31)的最低液面与所述第一连接位置之间相距第一距离，使得在第一连接位置处，所述冷却液箱(31)的压强大于或等于冷却系统的最小工作压强。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述压强控制部还包括密封气囊(32)，所述密封气囊(32)设置在所述冷却液箱(31)内，且覆盖在所述冷却液箱(31)的冷却液的液面上，所述密封气囊(32)的进气口(321)位于所述冷却液箱(31)外，且使所述密封气囊(32)的内腔与外界连通。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却液箱(31)的顶部设置有至少一个排气阀，其中一个排气阀为自动排气阀。

4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却液箱(31)上连接有显示所述冷却液箱(31)内的冷却液的液面位置的液位表(34)。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却液箱(31)上设置有放液口，所述冷却液箱(31)上还设置有控制所述放液口开关的放液阀(35)。

6.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括补液泵，所述补液泵与所述冷却液箱(31)连通，并能够向所述冷却液箱(31)内输送冷却液。

7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括散热器(40)，所述散热器(40)的散热进口与所述冷却液出管(12)连通，所述散热器(40)的散热出口与所冷却液进管(11)连通。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括三通控制阀(50)，所述三通控制阀(50)的第一口连接在所述冷却液出管(12)上，所述三通控制阀(50)的第二口与所述散热器(40)的散热进口连接，所述三通控制阀(50)的第三口通过支路连接在冷却液进管(11)上，所述三通控制阀(50)能够控制所述第二口和所述第三口的开度。

9.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括加热器(60)，所述加热器(60)设置在所述冷却液出管(12)上。

10.一种风力发电机组，其特征在于，风力发电机组包括变流器(90)和冷却系统，所述冷却系统为权利要求1至9中任一项所述的冷却系统。