CN206309535U - 风力发电机组冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种风力发电机组的冷却系统，所述冷却系统包括：腔室，设置在风力发电机组的定子支架和感应线圈之间；冷凝管，包括主体部分、入口端部分和出口端部分，所述主体部分设置在风力发电机组的机舱罩的外侧，所述入口端部分和所述出口端部分设置在机舱罩内并与所述腔室流体连通；其中，所述腔室中容纳有冷却剂，冷却剂吸收来自感应线圈的热而汽化，从而冷却感应线圈。
Description
技术领域
本实用新型涉及风电技术领域，更具体地讲，涉及一种用于风力发电机组的冷却系统。
背景技术
随着陆地风资源日渐减少以及海上风电的技术日趋成熟，风力发电机组逐渐进入大功率机组需求阶段，大功率机组必然导致更多热损耗，使风力发电机组内部环境温度越来越高，由此，风力发电机组散热已经成为大功率机组开发的一项关键技术。对于永磁直驱风力发电机组，机组的主要热量来自发电机感应线圈产生的磁感应热量，其发热功率高达发电功率的10％，如果不采取高效的发电机散热系统，将导致感应线圈温度升高，从而导致风力发电机组限电低速运行甚至停止运行，大大降低了风力发电机组的发电效率。
因此，有效降低发电机组的运行温度已经成为机组开发的关键问题之一，目前运行的风力发电机组主要采用风冷或者液冷的冷却方式。而海上风力发电机组、内陆潮湿地区风力发电机组要求机组必须具有封闭式散热功能，即外界和风力发电机组不能有空气对流。目前风力发电机组闭式散热有风冷、液冷式两种散热方式，但是其共同点就是在机舱内部或顶部设置热交换器。
图1是示出现有技术中用于风力发电机组的冷却系统的示意图，以直驱风力发电机组为例，其主要包括叶轮40、发电机30及机舱20，在机舱20内部或外部设置有热交换器10，发电机30中的感应线圈31在机组运行时产生热量致使发电机温度升高，感应线圈31周围的热空气(在图1中，感应线圈31周围的热空气大体上由方格图案填充的部分表示)被吸出流经抽风管道11，并流至热交换器10以被冷却，被冷却后的空气再次流入发电机30，随着发电机功率增加，所需的换热器体积也会增加，因此，这样的冷却系统会导致热交换器体积大，特别是对于大功率的发电机，其需要的热交换器的体积会非常大，从而导致机舱空间尺寸非常大，严重制约了陆地运输。
因此，有必要开发一种结构简单、占用空间小且能够有效散热的风力发电机组冷却系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、占用空间小且能够有效散热的风力发电机组的冷却系统以及具有该冷却系统的风力发电机组。
根据本实用新型的一方面，提供一种风力发电机组的冷却系统，所述冷却系统包括腔室，设置在风力发电机组的定子支架和感应线圈之间；冷凝管，包括主体部分、入口端部分和出口端部分，所述主体部分设置在风力发电机组的机舱罩的外侧，所述入口端部分和所述出口端部分设置在机舱罩内并与所述腔室流体连通；所述腔室中容纳有冷却剂，冷却剂吸收来自感应线圈的热而汽化，从而冷却感应线圈。
可选地，所述腔室的内侧外表面可固定地连接到所述定子支架，所述腔室的外侧外表面可固定地连接到感应线圈的内侧上。
可选地，所述腔室可为圆环状腔室，所述圆环状腔室的内环面可固定地连接到定子支架，所述圆环状腔室的外环面可固定地连接到感应线圈的内侧上。
在所述冷却系统中，汽化后的冷却剂可通过所述入口端部分进入冷凝管以与冷凝管外部周围空气进行热交换而液化，液化后的冷却剂可通过所述出口端部分重新流入所述腔室，从而继续冷却感应线圈。
可选地，所述冷却剂的汽化温度可不高于100℃。
可选地，所述冷凝管的主体部分可被固定在机舱罩的顶部。
可选地，所述冷凝管的主体部分可通过冷凝管支架被固定在机舱罩的顶部。
可选地，所述冷凝管的主体部分可包括多个堆叠的弯折部分。
可选地，所述冷凝管的入口端部分和出口端部分可穿过设置在机舱罩上的孔进入机舱罩内。
根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，其包括如上所述的冷却系统。
本实用新型通过在风力发电机组(特别是风力发电机组的发电机)中的感应线圈和定子支架之间设置容纳冷却剂的腔室，并使感应线圈、定子支架和所述腔室固定在一起，使得感应线圈与容纳冷却剂的腔室直接接触，促进感应线圈的热传递至冷却剂中并使冷却剂汽化，冷却剂汽化同时可以吸收大量热量，进而更大程度地冷却感应线圈，从而有效地降低感应线圈的温度。
本实用新型通过利用冷却剂液体汽化吸热而带走感应线圈的热，汽化吸热效率高，只需在机舱罩外侧或顶部设置一定长度的冷凝管即可，其结构简单且冷凝管占用体积小，并不需占用机舱内部空间，能够实现大功率风力发电机组的机舱小型化设计，降低大功率机组的陆地运输难度。
本实用新型通过使冷凝管穿过设置在机舱罩上的孔进入机舱罩内，可确保在机舱罩内部与外界无空气对流的情况下进行有效冷却，从而提高发电机在恶劣环境下的寿命。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出现有技术中的用于风力发电机组的冷却系统的示意图；
图2是示出根据本实用新型的用于风力发电机组的冷却系统的示意图。
具体实施方式
在下文中参照附图更充分地描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本实用新型的范围充分地传达给本领域人员。在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。
图2示出了根据本实用新型的用于风力发电机组的冷却系统。
如图2所示，风力发电机组可包括叶轮400、发电机300、机舱200、机舱罩210，风力发电机组还可包括其它现有技术中已知的必要组件，在此为了突出描述本实用新型的冷却系统，将不详细描述风力发电机组的其它组件。发电机300可由叶轮400驱动操作，发电机300可包括定子和转子330，定子可被定子支架320支撑并在发电机运行期间保持不动，在风力发电机组的操作过程中，通过风驱使叶轮400旋转，进而叶轮400可驱动转子330旋转并切割磁感线，从而在感应线圈310中产生电流，感应线圈310在机组操作过程中产生的热量会致使发电机温度升高。
如图2所示，根据本实用新型的用于风力发电机组的冷却系统可包括腔室110和冷凝管120。腔室110设置在风力发电机组的定子支架320和感应绕圈310之间，腔室110可以为圆环状腔室，也可以为适于设置在定子支架320和感应线圈310之间的任何适合形状的腔室。腔室110的内侧外表面(即，腔室110的靠近发电机主轴(未示出)的外表面)或内环面(当腔室110为圆环状腔室时)可固定到发电机定子支架320上，腔室110的外侧外表面(即，腔室的远离发电机主轴的外表面)或外环面(当腔室110为圆环状腔室时)可固定在发电机的感应线圈310的内侧上，使得感应线圈310、腔室110和定子支架320固定在一起，以使三者充分接触，其固定连接方式可以是任何适合的连接方式。腔室110内可容纳有冷却剂，冷却剂可吸收来自感应线圈310的热，冷却剂可以是低沸点冷却剂，优选地，冷却剂的汽化温度可以不大于100℃。
冷凝管120可包括主体部分121、入口端部分122和出口端部分123，主体部分121可设置在风力发电机组的机舱罩210的外侧，以使冷凝管120内的冷却剂可以与冷凝管120外部周围空气进行热交换。优选地，主体部分121可设置在机舱罩210的顶部，以使冷却剂可以利用其自身重力而向下流动，例如，主体部分121可通过冷凝管支架130固定到机舱罩210的顶部。此外，冷凝管120的主体部分121可包括多个堆叠的弯折部分，如此可便于增加冷凝管的长度并减小冷凝管占用的总体积，且增大冷凝管内冷却剂与外部空气的换热面积，从而有利于冷凝管中冷却剂与冷凝管外部周围空气进行热交换。冷凝管120的入口端部分122和出口端部分123可设置在机舱罩210内并与腔室110流体连通。冷凝管120的入口端部分122和出口端部分123可穿过设置在机舱罩210上的孔进入机舱罩210内，冷凝管120的入口端部分122和出口端部分123可以通过管连接的方式连接到腔室110，也可以与腔室110形成为一体，这样只需对孔周围进行密封处理就可以使机舱内部与外界隔离，并且可使发电机内部空间绝对密封，提高发电机在恶劣环境下的寿命。
根据本实用新型的一个实施例，在风力发电机组的运行期间，发电机300中的感应线圈310产生热量，此时容纳在腔室110内的冷却剂液体可吸收由感应线圈310产生的热，并在一定条件下(例如，在吸热后的冷却剂的温度达到汽化温度以上时)汽化，而冷却剂汽化需要吸收大量的热量，此相变传热促使感应线圈310的温度进一步降低，而汽化后的冷却剂蒸汽通过入口端部分122进入主体部分121，随后与主体部分121的周围空气进行热交换而液化，液化后的冷却剂通过出口端部分123重新流入腔室110，从而继续冷却感应线圈310。
通过以上描述清楚的是，根据本实用新型的实施例的风力发电机组冷却系统至少具有如下优点：
通过在感应线圈和定子支架之间设置容纳冷却剂(特别是，低沸点冷却剂，如汽化温度不大于100℃的冷却剂)的腔室并使感应线圈、腔室和定子支架固定在一起，可使感应线圈与冷却剂进行充分地热交换，并由于液体汽化进一步吸收大量热量，而进一步对感应线圈冷却，使得更有效地降低感应线圈的温度。
另外，通过将冷凝管的主体部分设置在机舱罩的外侧，使冷凝管中的冷却剂与外部周围空气进行充分地热交换而使汽化的冷却剂液化，并使液化后的冷却剂流回腔室，继续冷却感应线圈，如此只需在机舱外部设置一定长度的冷凝管即可，结构简单且冷凝管占用体积小，另外还不占用机舱内部空间。
此外，由于容纳冷却剂的腔室与发电机内部的其它部件相互独立，且冷凝管的入口端部分和出口端部分可通过设置在机舱罩上的孔进入机舱罩内并与腔室流体连通，而机舱罩上的孔仅需要简单的密封就可以使机舱内部与外界隔离，因此，可以在外界与发电机无空气对流的情况下，对发电机感应线圈进行有效冷却。
虽然已经显示和描述了示例性实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种风力发电机组的冷却系统(100)，其特征在于，所述冷却系统(100)包括：
腔室(110)，设置在风力发电机组的定子支架(320)和感应线圈(310)之间；
冷凝管(120)，包括主体部分(121)、入口端部分(122)和出口端部分(123)，所述主体部分(121)设置在风力发电机组的机舱罩(210)的外侧，所述入口端部分(122)和所述出口端部分(123)设置在所述机舱罩(210)内并与所述腔室(110)流体连通；
其中，所述腔室(110)中容纳有可汽化并冷却所述感应线圈(310)的冷却剂。
2.如权利要求1所述的风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述腔室(110)的内侧外表面固定地连接到所述定子支架(320)，所述腔室(110)的外侧外表面固定地连接到感应线圈(310)的内侧上。
3.如权利要求1所述的风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述腔室(110)为圆环状腔室，所述圆环状腔室的内环面固定地连接到所述定子支架(320)，所述圆环状腔室的外环面固定地连接到感应线圈(310)的内侧上。
4.如权利要求1所述的风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述冷却剂的汽化温度不高于100℃。
5.如权利要求1所述的风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述主体部分(121)固定在机舱罩(210)的顶部。
6.如权利要求5所述的风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述主体部分(121)通过冷凝管支架(130)固定在所述机舱罩(210)的顶部。
7.如权利要求5所述的风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述主体部分(121)包括多个堆叠的弯折部分。
8.如权利要求1所述的风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述入口端部分(122)和所述出口端部分(123)穿过设置在所述机舱罩(210)上的孔进入所述机舱罩(210)内。
9.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1至8中的任一项所述的冷却系统(100)。
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