CN208396875U - 风力发电机组冷却装置、系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风力发电机组的冷却装置、系统及风力发电机组，该冷却装置包括：冷却机构，设置于机舱上，用于吸收并冷却机舱内部的空气；第一输送管，设置于机舱内部，连接冷却机构，用于将冷却后的空气分别输送至机舱内部和主轴承；第一风扇，设置于冷却机构和第一输送管之间，用于带动机舱内部的空气进入冷却机构，并将冷却后的空气输出至第一输送管；第二风扇，设置于底座上，用于带动主轴承处的空气进入至机舱内部，并通过冷却机构将冷却后的空气输出至第一输送管。该冷却装置可以实现对机舱及主轴承的同时冷却，提高风力发电机组的冷却性能，为风力发电机组的稳定运行提供保障。

Description

风力发电机组冷却装置、系统及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组冷却装置、系统及风力发电机组。

背景技术

随着风力发电机组越来越向大兆瓦级发展，对其中主轴承寿命及机舱各电控部件温度环境要求严格，为降低因主轴承及机舱各部件产生的热量对风力发电机组正常运行带来的影响，对风力发电机组的主轴承及机舱的冷却十分必要。

现有技术中主轴承及机舱的冷却均设置有相应的冷却装置分别进行冷却，在冷却过程中，如采用直接风冷，机组内部容易受外界环境影响。例如海上机组，在冷却过程中需要考虑盐雾和湿度的影响，必要时需要增加盐雾过滤器或除湿机等辅助设备。这无疑使得原始的冷却装置占用空间增大，重量增加、整个装置结构变得复杂。因此，需要设计一种新的风力发电机组的冷却装置、系统及风力发电机组，在封闭的环境下对主轴承及机舱进行同时冷却，以实现冷却装置的占用空间减小、重量减轻，进而降低外界环境影响。

实用新型内容

一种风力发电机组的冷却装置、系统及风力发电机组，采用该冷却装置实现在封闭的环境下对主轴承及机舱的同时冷却，降低了外界环境影响，且占用空间减小、重量减轻，为风力发电机组的稳定运行提供保障。

根据本实用新型的一方面，提供一种风力发电机组的冷却装置，用于冷却机舱和主轴承，该冷却装置包括：冷却机构，设置于机舱上，用于吸收并冷却机舱内部的空气；第一输送管，设置于机舱内部，连接冷却机构，用于将冷却后的空气分别输送至机舱内部和主轴承；第一风扇，设置于冷却机构和第一输送管之间，用于带动机舱内部的空气进入冷却机构，并将冷却后的空气输出至第一输送管；第二风扇，设置于底座上，用于带动主轴承处的空气进入至机舱内部，并通过冷却机构将冷却后的空气输出至第一输送管。

根据本实用新型，第一输送管包括：第一出风口，连接于主轴承上，将第一输送管中的空气输出至主轴承；至少一个第二出风口，设置于第一输送管的长度方向上，将第一输送管中的空气分流输出至机舱内部。

根据本实用新型，冷却机构包括：第一换热器，设置在机舱的侧壁上；第二换热器，设置在机舱顶部的外侧，通过第二输送管与第一换热器连接。

根据本实用新型，第一换热器与竖直方向成预定角度设置，第一风扇设置在第一换热器上；第二换热器与竖直方向平行设置。

根据本实用新型，冷却机构还包括：泵，泵的第一端与第一换热器的第一端连接，泵的第二端与第二换热器的第一端连接；第一换热器的第二端通过第二输送管与第二换热器的第二端连接。

根据本实用新型，冷却装置还包括：第一隔离机构，设置于主轴承处，隔离主轴承与轮毂之间的空间；第二隔离机构，设置于底座处，隔离底座内部与机舱内部之间的空间。

根据本实用新型，第二风扇通过第二隔离机构设置在底座上。

根据本实用新型，主轴承的内表面设置有散热翅片。

根据本实用新型，第一换热器和/或所述第二换热器为空水换热器。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种风力发电机组的冷却系统，该冷却系统包括：如上所述的风力发电机组的冷却装置；温度检测单元，检测机舱内部及主轴承的温度；控制单元，根据温度检测单元的检测信号控制第一风扇和第二风扇的开启和关闭。

根据本实用新型，控制单元用于当机舱内部的温度大于第一预定温度时，和/或，当主轴承的温度大于第二预定温度时，控制第一风扇和第二风扇开启。

根据本实用新型的又一方面，还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的风力发电机组的冷却系统。

本实用新型所提供的风力发电机组的冷却装置、系统及风力发电机组，实现在封闭的环境下对主轴承及机舱的同时冷却，降低外界环境影响，且占用空间减小、重量减轻，为风力发电机组的稳定运行提供保障。

附图说明

通过下面结合附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本领域技术人员将会获得对本实用新型的全面理解，其中：

图1是根据本实用新型的实施例的风力发电机组的冷却装置示意图；

图2是图1中主轴承A部分的放大示意图。

附图标号说明：

1、机舱；11、第一换热器；12、第二换热器；13、第一输送管；131、第一出风口；132、第二出风口；14、第二输送管；15、第一风扇；16、第二风扇；17、第一隔离机构；18、第二隔离机构；2、主轴承；21、固定轴；22、转动轴；23、轴承内圈；24、轴承外圈；25、轴承滚子；26、转动轴的内表面；27、散热翅片；3、底座；4、轮毂。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细说明本实用新型的实施例，其中，在附图中，相同的附图标号用于表示相同的组件。

根据本实用新型的示例性实施例，利用该冷却装置可以实现对机舱及主轴承的同时冷却，且结构简单，占用空间小，重量轻，可以适应不同环境需求，为风力发电机组的稳定运行提供保障。下面结合图1至图2对本实用新型的优选实施例进行详细描述。

根据本实用新型的示例性实施例提供的风力发电机组的冷却装置，用于冷却机舱1和主轴承2，该冷却装置包括：冷却机构，设置于机舱1上，用于吸收并冷却机舱1内部的空气；第一输送管13，设置于机舱1内部，连接冷却机构，用于将冷却后的空气分别输送至机舱1内部和主轴承2；第一风扇15，设置于冷却机构和第一输送管13之间，用于带动机舱1内部的空气进入冷却机构，并将冷却后的空气输出至第一输送管13；第二风扇16，设置于底座3上，用于带动主轴承2处的空气进入至机舱1内部，并通过冷却机构将冷却后的空气输出至第一输送管13。

具体地，冷却机构包括：第一换热器11，设置在机舱1的侧壁上；第二换热器12，设置在机舱1顶部的外侧，通过第二输送管14与第一换热器连接。如图1所示，第一换热器11可以设置在机舱1尾部的侧壁上，例如，可以通过在机舱1的侧壁上设置连接耳板，第一换热器11通过连接耳板与机舱1侧壁固定连接。当然，为了确保第一换热器11在机舱1内部的稳定工作，避免受到内部环境的影响，可以在第一换热器11的外部设置有防护罩。当然，为了合理利用机舱1内部空间，亦可以使用机舱1内部可以容纳第一换热器11的部件作为防护罩。需要说明的是，第一换热器11的连接方式不做任何限制，只要可以实现其稳定固定在机舱上即可。

具体地，第一换热器11可以为空水换热器，例如图1中所示的板翅式的空水换热器，对机舱1内部的空气进行冷却。需要说明的是，本实施例中提到的需要进行冷却的空气均为机舱1内部和主轴承2因温度升高而形成的热空气。可以理解的是，只要是进入冷却机构的空气必然是机舱1内部和主轴承2因温度升高而形成的热空气，而经第一输送管13输出的空气必然是经冷却后的空气，即机舱内部及主轴承可以正常工作的设计要求温度。如图1所示，第一换热器11可以与竖直方向成预定角度设置，该预定角度例如可以为小于90°。在图1中，第一换热器11的吸收面可以朝向空气流入的方向设置，以便尽可能多的与机舱1内部空气接触，吸收并冷却。当然，对第一换热器11的设置方式不做限制，只要可以将机舱1内部的空气顺畅地吸收并冷却即可。

此外，在机舱1顶部的外侧设置有第二换热器12，通过第二输送管14与第一换热器11连接。如图1所示，第二换热器12可以设置在第一换热器11所在竖直面的正上方，与竖直方向平行设置。例如，第二换热器12可以为空水换热器，例如图1中所示的板翅式的空水换热器，其吸收面可以与竖直方向平行设置，且在图1中第二换热器12的吸收面可以朝向机舱1首部侧，与机组的正向迎风面垂直，便于吸收更多外部冷空气。当然，第二换热器12的设置方式不做限制，只要可以将机舱1外部的冷空气顺畅吸收并对第二输送管14输送的机舱1进行冷却即可。

具体地，第二输送管14可以为水管或其他管路，如图1所示，第二输送管14可以为两个，分别对应连接在第一换热器11和第二换热器12的两侧，例如可以通过连接件将第二输送管14的两端分别与第一换热器11和第二换热器12连接，或者采用一体化设计，以使第一换热器11、第二输送管14和第二换热器12之间形成冷热交替的循环回路。需要说明的是，第二输送管14的长度至少应确保第二换热器12处在机舱1外部的迎风位置处。且第二输送管14经过机舱1顶部向外延伸时，其与机舱1顶部接触的位置处均采用密封件进行密封，以确保机舱1内部与外界的隔离，减少外界环境对机舱内各部件的影响。当然，第一换热器11、第二输送管14和第二换热器12的类型不做限制，只要可以实现在机舱1上的合理布局，且形成冷热交替的循环回路，对机舱1内部的空气进行冷却即可。

此外，冷却机构还包括泵，泵的第一端与第一换热器11的第一端连接，泵的第二端与第二换热器12的第一端连接；第一换热器11的第二端通过第二输送管14与第二换热器12的第二端连接。

具体地，泵设置在机舱1内部。其中，泵的第一端和第二端均通过装有冷却液的管道分别与第一换热器11的第一端和第二换热器12的第一端连接。这里的装有冷却液的管道可以是第二输送管14，也可以是其他可以实现冷却机构循环冷却的其他管道，其与泵、第一换热器11和第二换热器12之间的连接可以使用连接件或其他方式，在此均不做限制。具体地，冷却机构的工作过程为：当第一换热器11吸收的空气热量达到预定温度时，启动泵，泵带动第一换热器11内部的热量经由第二输送管14进入第二换热器12中，第二换热器12吸收该热量并利用外界冷空气进行二次冷却，并将冷却后的冷却液输出经由第二输送管14返回至第一换热器11，确保第一换热器11可以在机舱1内部持续进行冷却。

具体地，如图1所示，在第一换热器11的上方设置有第一风扇15，通过第一风扇15将冷却后的空气输出至第一输送管13。第一风扇15可以固定设置在第一换热器11的防护罩上或者直接固定在机舱1的侧壁上。例如，第一风扇15可以为离心风扇，设置在第一换热器11的竖直方向的正上方，其竖直端口与第一换热器11的上端连接，水平端口与第一输送管13连接，便于带动机舱1内部空气更好的进入第一换热器11进行冷却。需要说明的是，第一风扇15与第一换热器11和第一输送管13之间的连接方式不限，可以根据实际结构设置例如通过螺栓连接。通过启动第一风扇15，使得机舱1内部的空气经第一风扇15的作用汇集并进入第一换热器11进行冷却，从而很好地控制并确保机舱1内部空气的有效冷却。

具体地，如图1所示，第一输送管13包括：第一出风口131，连接于主轴承2上，将第一输送管13中的空气输出至主轴承2；以及至少一个第二出风口132，设置于第一输送管13的长度方向上，将第一输送管13中的空气分流输出至机舱1内部。这里，第一输送管13可以为圆形或其他形状的管道，在此不做限制，只要可以实现冷却后的空气输送即可。由上述可知，第一输送管13的一端连接第一风扇15，其另一端可以设置为第一出风口131，连接于主轴承2上，以将第一输送管13中的空气输出至主轴承2处进行冷却。如图1所示，第一输送管13的第一出风口131穿过底座3内部设置在主轴承2上，使第一出风口131朝向主轴承2的发热部位，例如，可以为图2中所示的主轴承2的内表面处。为了确保第一出风口131输出的空气流向稳定，可以将第一输送管13与底座3内部上方固定连接，例如扎带绑定等。优选地，第一输送管13的固定位置可选择靠近第一出风口131的位置。

此外，在第一输送管13的长度方向上设置有至少一个第二出风口132，如图1中设置的三个第二出风口132，该第二出风口132与第一出风口131之间相互连通。当冷却后的空气经过第二出口风时，一部分冷却后的空气会分流经第二出风口132输出至机舱1内部进行冷却，由于受第一风扇15的作用，另一部分冷却后的空气会沿着第一输送管13经第一出风口131输出至主轴承2的发热部位进行冷却。该第一输送管的结构设置实现了对机舱1内部及主轴承2的同时冷却，且通过第一风扇15的作用将冷却之后的热空气沿冷却路径再次进入第一换热器11中进行循环冷却。这里，第一出风口131及第二出风口132的结构及形状不做限制。此外，第二出风口132可以等间距或其他方式设置在第一输送管13的长度方向上，只要确保冷却后的空气输出顺畅即可。第二出风口132的朝向可以如图1所示，均沿同一个方向设置，或者沿着第一输送管13圆周的不同方向设置，在此均不做限制。需要说明的是，第一输送管13的长度应满足第一风扇15和主轴承2之间的距离。

此外，冷却装置还包括：第一隔离机构17，设置于主轴承2处，隔离主轴承2与轮毂4之间的空间；第二隔离机构18，设置于底座3处，隔离底座3内部与机舱1内部之间的空间。第二风扇16通过第二隔离机构18设置在底座3上。

具体地，可以在轮毂4与主轴承2之间的空间位置处设置第一隔离机构17，如图1所示，即在主轴承2靠近轮毂侧设置第一隔离机构17以与轮毂内部进行隔离。第一隔离机构17例如可以为连接板，其形状可以与轮毂侧所在平面形状相匹配。具体地，可以在连接板与轮毂4接触的位置之间安装密封条，以确保轮毂4与主轴承2之间的密封效果最佳。当然，第一隔离机构17的安装及密封形式不限，只要可以实现主轴承靠近轮毂侧的空气不经过底座3进入机舱1内部即可，从而确保机舱内部及主轴承的冷却效果。

同样地，可以在底座3内部与机舱1内部之间的空间位置处设置第二隔离机构18，如图1所示，即在底座3与机舱1内部对应的侧面上设置第二隔离机构18以将底座3内部与机舱1内部隔离。第二隔离机构18例如可以为连接板，其形状可以与底座3侧面形状相匹配。具体地，可以在连接板与底座3侧面接触的位置之间安装密封条，以确保底座3内部与机舱1内部空间隔离，密封效果最佳。当然，第二隔离机构18的安装及密封形式不限。具体地，在第二隔离机构18上设置有第二风扇16。此时，第二隔离机构18可以为连接门，第二风扇16可以固定在连接门上。通过第二风扇16的设置，经底座3内部的空气带入机舱1内部，与机舱1内部的空气汇集进行循环冷却。当然，第二风扇16的设置方式不做限制。

如图1所示，主轴承2处在底座3远离机舱1一侧的位置处，当第一隔离机构17和第二隔离机构18同时建立时，主轴承2与底座3之间形成密封空间，当冷却后的空气进入主轴承2冷却后，开启第二风扇16，可以将冷却后的热空气经第二风扇16作用带入机舱1内部，此时，汇集到机舱1内部的热空气经第一风扇15作用将其带入第一换热器11中进行循环冷却，至此完成机舱1及主轴承2的冷却。

此外，为了确保主轴承2产生的热量可以快速散出，可以在主轴承2的内表面的发热部位设置有散热翅片27，如图2所示，主轴承2包括转动轴22和固定轴21，在转动轴22和固定轴21之间设置有轴承内圈23和轴承外圈24，其中，轴承内圈23设置在固定轴21内侧，轴承外圈24设置在转动轴22外侧，在轴承内圈23和轴承外圈24之间设置有轴承滚子25，轴承内圈23与轴承外圈24通过轴承滚子25连接进行相对运动，从而产生热量。具体地，将散热翅片27安装于转动轴22的内表面26处，用于将主轴承2(包含轴承内圈23、轴承外圈24及轴承滚子25)导出到转动轴22的部分热量导出，通过增大散热面积的方式提高散热效率。

根据本实用新型的又一实施例的风力发电机组的冷却系统，包括如上所述的风力发电机组的冷却装置；温度检测单元，检测机舱1内部及主轴承2的温度；控制单元，根据温度检测单元的检测信号控制第一风扇15和第二风扇16的开启和关闭。当机舱1内部的温度大于第一预定温度时，和/或，主轴承2的温度大于第二预定温度时，控制单元控制第一风扇15和第二风扇16开启。

以下将具体描述本实施例中风力发电机组的冷却系统的具体工作过程。

在机组运行过程中，温度检测单元实时检测机舱1内部及主轴承2的温度，当机舱1内部温度大于第一预定温度，和/或主轴承2的温度大于第二预定温度时，控制单元根据检测信号产生的控制指令控制第一风扇15和第二风扇16开启，此时，第二风扇16将主轴承2产生的热量经底座3带入至机舱1内部，与机舱1内部热空气汇集一起进入第一换热器11进行冷却，当热空气被冷却后经第一风扇15输送至第一输送管13分别输出给机舱1及主轴承2，实现对机舱1及主轴承2的循环冷却。这里，控制单元根据检测信号产生的控制指令在开启第一风扇15的同时，启动泵，随时准备进行冷却机构内部的循环冷却，或者在开启第一风扇15一定时间后，启动泵进行冷却机构内部的循环冷却，以确保第一换热器11始终处于冷却状态。当温度检测单元检测到机舱1和主轴承2的内部温度均为设计要求温度时，控制单元根据检测信号产生的控制指令关闭第一风扇15、第二风扇16和泵，结束对机舱1及主轴承2的冷却。此处的设计要求温度为机舱1内部和主轴承2正常工作的温度环境。

具体地，温度检测单元可以是分别设置在主轴承2和机舱1内部的温度传感器，亦可是机舱1内部主控部件内部的温控系统，其位置及设置方式在此均不做限制，只要可以实现实时测温即可。控制单元可以是设置在机舱1内部的主控部件。同时，上述提到的第一预定温度为机舱1内部温度范围的上限值，以实际机组的情况进行设定；第二预定温度为主轴承2内部温度范围的上限值，以实际情况进行设定，在此不做具体限制。

根据本实用新型的又一实施例的风力发电机组可包括上文提及的冷却系统。

根据本实用新型的实施例的风力发电机组的冷却装置、系统及风力发电机组，通过采用分别设置在机舱的内部和外部的换热器连接的方式，形成冷却机构的内外循环冷却，可以实现在机舱内部的完全冷却，避免受到外部环境的影响。通过在第一输送管的不同位置设置多个出风口，可以实现在对机舱内部及主轴承的同时冷却。通过设置隔离机构，可以实现机舱与主轴承之间形成的密封空间，确保机舱内部与主轴承处的热量均通过冷却机构进行冷却。通过采用该冷却装置不仅实现对机舱及主轴承的同时冷却，且结构简单，占用空间小，重量轻，还可以适应不同环境需求。通过采用该冷却系统，可以实现对风力发电机组内部冷却的自动控制，为风力发电机组的稳定运行提供保障。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的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组合、修改和完善，这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。

Claims (12)

1.一种风力发电机组的冷却装置，用于冷却机舱(1)和主轴承(2)，其特征在于，所述冷却装置包括：

冷却机构，设置于所述机舱(1)上，用于吸收并冷却所述机舱(1)内部的空气；

第一输送管(13)，设置于所述机舱(1)内部，连接所述冷却机构，用于将冷却后的空气分别输送至所述机舱(1)内部和所述主轴承(2)；

第一风扇(15)，设置于所述冷却机构和所述第一输送管(13)之间，用于带动所述机舱(1)内部的空气进入所述冷却机构，并将冷却后的空气输出至所述第一输送管(13)；

第二风扇(16)，设置于底座(3)上，用于带动所述主轴承(2)处的空气进入至所述机舱(1)内部，并通过所述冷却机构将冷却后的空气输出至所述第一输送管(13)。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述第一输送管(13)包括：

第一出风口(131)，连接于所述主轴承(2)上，将所述第一输送管(13)中的空气输出至所述主轴承(2)；

至少一个第二出风口(132)，设置于所述第一输送管(13)的长度方向上，将所述第一输送管(13)中的空气分流输出至所述机舱(1)内部。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述冷却机构包括：

第一换热器(11)，设置在所述机舱(1)的侧壁上；

第二换热器(12)，设置在所述机舱(1)顶部的外侧，通过第二输送管(14)与所述第一换热器(11)连接。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组的冷却装置，其特征在于，

所述第一换热器(11)与竖直方向成预定角度设置，所述第一风扇(15)设置在所述第一换热器(11)上；

所述第二换热器(12)与竖直方向平行设置。

5.根据权利要求3所述的风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述冷却机构还包括：

泵，所述泵的第一端与所述第一换热器(11)的第一端连接，所述泵的第二端与所述第二换热器(12)的第一端连接；

所述第一换热器(11)的第二端通过第二输送管(14)与所述第二换热器(12)的第二端连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括：

第一隔离机构(17)，设置于所述主轴承(2)处，隔离所述主轴承(2)与轮毂之间的空间；

第二隔离机构(18)，设置于所述底座(3)处，隔离所述底座(3)内部与所述机舱(1)内部之间的空间。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述第二风扇(16)通过所述第二隔离机构(18)设置在所述底座(3)上。

8.根据权利要求2所述的风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述主轴承(2)的内表面设置有散热翅片(27)。

9.根据权利要求4所述的风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述第一换热器(11)和/或所述第二换热器(12)为空水换热器。

10.一种风力发电机组的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括：

如权利要求1至9中任一项所述的风力发电机组的冷却装置；

温度检测单元，检测所述机舱(1)内部及所述主轴承(2)的温度；

控制单元，根据所述温度检测单元的检测信号控制第一风扇(15)和第二风扇(16)的开启和关闭。

11.根据权利要求10所述风力发电机组的冷却系统，其特征在于，

所述控制单元用于当所述机舱(1)内部的温度大于第一预定温度时，和/或，当所述主轴承(2)的温度大于第二预定温度时，控制所述第一风扇(15)和所述第二风扇(16)开启。

12.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求10至11中任一项所述的风力发电机组的冷却系统。