CN212393128U - 一种适用于风力发电领域的水冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于风力发电领域的水冷系统，包括循环水泵、自力式温控阀、空气冷却器和风电功率元件，所述自力式温控阀具有进水口、第一出水口和第二出水口，所述循环水泵的出口连接所述进水口，循环水泵的进口连接所述风电功率元件，所述第一出水口连接所述风电功率元件，所述第二出水口连接所述空气冷却器的进口，所述空气冷却器的出口连接所述风电功率元件。本实用新型所涉及的水冷系统，采用自力式温控阀，能够根据冷却介质温度变化自动、连续调节开度或切换流道，配合空气冷却器启停，即可控制系统水温在所需范围内精确调节，性能稳定，温度波动范围小，控制逻辑简单，操作方便，同时能够明显降低成本。

Description

一种适用于风力发电领域的水冷系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备冷却技术领域，尤其涉及一种适用于风力发电领域的水冷系统。

背景技术

目前，我国风电发展势头迅猛，风电市场的容量日益扩大，已经成为全球最大风电市场。随着风力发电机容量的不断增大，国内各个风机厂家的大功率MW级技术已经逐渐成熟，机组的大型化对机器本身的散热要求将越来越高，齿轮箱、发电机和变流器是主要的发热部件，解决主要部件的散热是风力发电发展的关键点之一。

传统的风力发电发热部件一般采用风扇强制冷却方式，有风机等运动部件，存在安全隐患；风机尺寸大，机组布置难度大；同时高昂的制作成本也使其逐渐失去风电领域的市场，现有的冷却系统基本为水冷却方式。

现有风电水冷系统通常通过控制电动三通阀开度调节流经空气冷却器的流量，与空冷器配合进而实现对系统温度的控制，该控制方式需要电动三通阀和空冷器联合控制，控制逻辑复杂，容易带来系统水温波动较大等进而影响到风力发电发热部件运行的风险；此外，电动三通阀由于使用寿命限值，一般需要分档位进行调节，这就造成温度调节波动范围较大；同时，电动三通阀价格较贵，需要配套对应的电气控制元件，增加了设备的尺寸及运行成本。

实用新型内容

为了解决现有技术中的风电水冷系统控制逻辑复杂、温度拨动范围较大的技术问题，本实用新型提供了一种适用于风力发电领域的水冷系统来解决上述问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于风力发电领域的水冷系统，包括循环水泵、自力式温控阀、空气冷却器和风电功率元件，所述自力式温控阀具有进水口、第一出水口和第二出水口，所述循环水泵的出口连接所述进水口，循环水泵的进口连接所述风电功率元件，所述第一出水口连接所述风电功率元件，所述第二出水口连接所述空气冷却器的进口，所述空气冷却器的出口连接所述风电功率元件。

当流经所述自力式温控阀的冷却介质的温度低于温度下限时，所述第一出水口打开，第二出水口关闭；当流经所述自力式温控阀的冷却介质的温度高于温度上限时，所述第二出水口打开，第一出水口关闭；当流经所述自力式温控阀的冷却介质的温度位于所述温度下限和温度上限之间时，所述第一出水口和第二出水口均打开，且第一出水口的开度随冷却介质温度的升高逐渐减小，第二出水口的开度随冷却介质温度的升高逐渐增大。

进一步的，所述风电功率元件的入口处设置有温度传感器，所述温度传感器和空气冷却器与控制器电连接，当所述温度传感器的输出信号达到指定值时，所述控制器控制所述空气冷却器打开或者关闭。

进一步的，所述风电功率元件的出口处还设置有电加热器，所述电加热器与所述控制器电连接，当所述温度传感器的输出信号达到指定值时，所述控制器控制所述电加热器打开或者关闭。

进一步的，所述系统中还连接有稳压装置，当所述冷却介质温度升高时，冷却介质体积膨胀，稳压装置吸收冷却介质；当所述冷却介质温度降低时，冷却介质体积缩小，稳压装置向外释放冷却介质。

进一步的，所述稳压装置为膨胀罐，所述膨胀罐包括罐体和位于所述罐体内部的气囊，所述气囊和罐体的侧壁之间填充有气体，所述气囊的出口通过管道与所述电加热器和所述循环水泵之间的管路连接，当所述冷却介质的温度变化时，所述气囊能够膨胀或者缩小。

优选的，所述自力式温控阀包括三通阀体、感温元件和阀杆，所述进水口、第一出水口和第二出水口均位于所述三通阀体上，所述阀杆具有适于分别堵住所述第一出水口和第二出水口的垫板，感温元件挤压在所述进水口和阀杆之间。

当所述冷却介质温度升高时，所述感温元件膨胀，所述阀杆沿轴向位移；沿所述阀杆的轴线方向，所述第二出水口位于所述第一出水口和所述进水口之间。

优选的，所述循环水泵的出口处设置有压力表。

优选的，所述风电功率元件的进口处还安装有压力开关。

优选的，所述风电功率元件的进口处还设置有冷却支路，所述冷却支路上设置有排空阀。

优选的，所述排空阀为双向阀门。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型所涉及的水冷系统，采用自力式温控阀，能够根据冷却介质温度变化自动、连续调节开度或切换流道，配合空气冷却器启停，即可控制系统水温在所需范围内精确调节，性能稳定，温度波动范围小，控制逻辑简单，操作方便，同时能够明显降低成本。

（2）本实用新型所述的水冷系统中包含有稳压装置，利用可膨胀和收缩的气囊将气体和液体分离，有效避免膨胀罐内部的气体泄漏。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1 是本实用新型所述的适用于风力发电领域的水冷系统的连接示意图；

图2 是本实用新型中所述自力式温控阀的结构示意图。

图中，1、循环水泵，2、自力式温控阀，201、三通阀体，202、感温元件，203、阀杆，204、垫板，3、空气冷却器，4、风电功率元件，5、第一出水口，6、进水口，7、第二出水口，8、电加热器，9、膨胀罐，901、罐体，902、气囊，10、压力表，11、压力开关，12、排空阀，13、温度传感器，14、控制器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1和图2所示，一种适用于风力发电领域的水冷系统，包括循环水泵1、自力式温控阀2、空气冷却器3和风电功率元件4，自力式温控阀2具有进水口6、第一出水口5和第二出水口7，循环水泵1的出口连接进水口6，循环水泵1的进口连接风电功率元件4，第一出水口5连接风电功率元件4，第二出水口7连接空气冷却器3的进口，空气冷却器3的出口连接风电功率元件4。循环水泵1采用立式多级离心泵，为整个闭式循环系统提供动力。风电功率元件4为主要发热元件，是本实用新型所述水冷系统中的被冷却设备。所述冷却介质一般为纯水，当环境温度过低时，可以添加乙二醇或其他防冻液。

如图1所示，当流经自力式温控阀2的冷却介质的温度低于温度下限时，第一出水口5打开，第二出水口7关闭；当流经自力式温控阀2的冷却介质的温度高于温度上限时，第二出水口7打开，第一出水口5关闭；当流经自力式温控阀2的冷却介质的温度位于温度下限和温度上限之间时，第一出水口5和第二出水口7均打开，且第一出水口5的开度随冷却介质温度的升高逐渐减小，第二出水口7的开度随冷却介质温度的升高逐渐增大，从而实现冷却介质温度的连续调节。需要说明的是，图1仅为冷却介质流通方向示意图，并不作为上下或者左右方向的方位示意，例如，图1中第一出水口5和第二出水口7的上下位置关系并不代表自力式温控阀2中第一出水口5和第二出水口7的实际位置关系。

本实用新型采用水冷的方式对需要冷却的风电功率元件4进行冷却，控制逻辑简单，自力式温控阀2可以通过自身的感温元件202调节流通通道，仅需要单独控制空气冷却器3的启停即可。另外，与使用电动三通阀相比，使用自力式温控阀2时可及时切断或者连通空气冷却器3所在管路，能够实现精准和小波动范围的温度控制。

空气冷却器3主要由盘管和风机组成，冷却介质流经空气冷却器3的盘管，即可自然散热；当冷却介质水温过高时，控制器14会控制风机开启，对盘管内冷却介质强制散热；当空气冷却器3有多组风机时，可对风机进行分组控制；冷却介质的水温越高，需要的风机动力越大，保证冷却介质以合适的温度进入风电功率元件4，反之，冷却介质的温度较低时，则需要的风机动力较小，避免冷却介质温度过低。

在本实用新型的一个具体实施例中，风电功率元件4的入口处设置有温度传感器13，温度传感器13和空气冷却器3与控制器14电连接，当温度传感器13的输出信号达到指定值时，控制器14控制空气冷却器3打开或者关闭。温度传感器13安装在风电功率元件4的进口管路上，实时监测风电功率元件4进口处冷却介质的温度，并输出温度信号，信号输出端与控制器14相连，控制器14向空气冷却器3的风机发送启停信号。温度传感器13选用型号为wzp-231（睿普斯），测量范围在-50-1300℃。

风电功率元件4的出口处还设置有电加热器8，电加热器8与控制器14电连接，当温度传感器的输出信号达到指定值时，控制器14控制电加热器8打开或者关闭。电加热器8安装在风电功率元件4的出口及循环水泵1的进口管路上，当风电功率元件4的进口温度低于电加热器8的启动定值时，电加热器8启动，对系统内冷却介质进行加热，防止管路凝露或结冻。

由于系统内部冷却介质的温度变化会导致系统压力变化，为避免管道破裂，作为优选的，所述系统中还连接有稳压装置，当所述冷却介质温度升高时，冷却介质体积膨胀，稳压装置吸收冷却介质；当所述冷却介质温度降低时，冷却介质体积缩小，稳压装置向外释放冷却介质。

具体的，稳压装置为膨胀罐9，膨胀罐9包括罐体901和位于罐体901内部的气囊902，气囊902和罐体901的侧壁之间填充有气体，气囊902的出口通过管道与电加热器8和循环水泵1之间的管路连接，当冷却介质的温度变化时，气囊902能够膨胀或者缩小。罐体901与气囊902之间预充一定压力的空气或氮气，正常工作时冷却介质进入气囊902，通过气囊902的弹性形变与预充压力达到平衡，当系统内冷却介质温度变化，体积膨胀或缩小时，冷却介质被压入或被挤出气囊902，从而保持系统压力在某范围内稳定波动，起到稳压的作用。

在本实用新型的一个具体实施例中，自力式温控阀包括三通阀体201、感温元件202和阀杆203，进水口6、第一出水口5和第二出水口7均位于三通阀体201上，阀杆203具有适于分别堵住第一出水口5和第二出水口7的垫板204，感温元件202挤压在进水口6和阀杆203之间。当所述冷却介质温度升高时，感温元件202膨胀，阀杆203沿轴向位移；沿阀杆203的轴线方向，第二出水口7位于第一出水口5和进水口6之间。

如图2所示，三通阀体201为柱状结构，进水口6位于三通阀体201的轴向一端，三通阀体201的轴向另一端封闭，第一出水口5和第二出水口7均位于三通阀体201的侧向壁面。感温元件202的一端与三通阀体201的进水口6固定，感温元件202的另一端与阀杆203固定，阀杆203的侧向延伸一支杆与垫板204固定，感温元件202可以根据温度上下限进行动作。当流经自力式温控阀2的冷却介质的温度低于温度下限时，感温元件202的膨胀量为零，阀杆203位于初始位，对应自力式温控阀2的第一出水口5打开，垫板204挡在第二出水口7上，冷却介质直接回流进入风电功率元件4；当流经自力式温控阀2的冷却介质的温度介于温度下限及温度上限之间时，感温元件202随温度变化线性膨胀，同时推动阀杆203动作，此时冷却介质同时从自力式温控阀2的第一出水口5和第二出水口7流出，分别流向空气冷却器3和风电功率元件4；当流经自力式温控阀2的冷却介质温度高于温度上限时，感温元件202的膨胀量达到最大，阀杆203处于极限位置，对应自力式温控阀2的第二出水口7打开，垫板挡在第一出水口5处，冷却介质全部由第二出水口7流出，进入空气冷却器3。

作为优选的，循环水泵1的出口处设置有压力表10，压力表10安装在循环水泵1出口管路上，具有就地显示泵出口压力的功能。

作为优选的，风电功率元件4的进口处还安装有压力开关11，压力开关11设置有压力低报警，输出开关量信号。

作为优选的，风电功率元件4的进口处还设置有冷却支路，所述冷却支路上设置有排空阀12，排空阀12在系统停运或检修时排空系统内冷却介质，同时所述冷却支路也可以作为补水口，补充系统内冷却介质，此时排空阀12为双向阀门。

在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：包括循环水泵（1）、自力式温控阀（2）、空气冷却器（3）和风电功率元件（4），所述自力式温控阀（2）具有进水口（6）、第一出水口（5）和第二出水口（7），所述循环水泵（1）的出口连接所述进水口（6），循环水泵（1）的进口连接所述风电功率元件（4），所述第一出水口（5）连接所述风电功率元件（4），所述第二出水口（7）连接所述空气冷却器（3）的进口，所述空气冷却器（3）的出口连接所述风电功率元件（4）；

当流经所述自力式温控阀（2）的冷却介质的温度低于温度下限时，所述第一出水口（5）打开，第二出水口（7）关闭；当流经所述自力式温控阀（2）的冷却介质的温度高于温度上限时，所述第二出水口（7）打开，第一出水口（5）关闭；当流经所述自力式温控阀（2）的冷却介质的温度位于所述温度下限和温度上限之间时，所述第一出水口（5）和第二出水口（7）均打开；且第一出水口（5）的开度随冷却介质温度的升高逐渐减小，第二出水口（7）的开度随冷却介质温度的升高逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述风电功率元件（4）的入口处设置有温度传感器，所述温度传感器和空气冷却器（3）与控制器电连接，当所述温度传感器的输出信号达到指定值时，所述控制器控制所述空气冷却器（3）打开或者关闭。

3.根据权利要求2所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述风电功率元件（4）的出口处还设置有电加热器（8），所述电加热器（8）与所述控制器电连接，当所述温度传感器的输出信号达到指定值时，所述控制器控制所述电加热器（8）打开或者关闭。

4.根据权利要求3所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述系统中还连接有稳压装置，当所述冷却介质温度升高时，冷却介质体积膨胀，稳压装置吸收冷却介质；当所述冷却介质温度降低时，冷却介质体积缩小，稳压装置向外释放冷却介质。

5.根据权利要求4所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述稳压装置为膨胀罐（9），所述膨胀罐（9）包括罐体（901）和位于所述罐体（901）内部的气囊（902），所述气囊（902）和罐体（901）的侧壁之间填充有气体，所述气囊（902）的出口通过管道与所述电加热器（8）和所述循环水泵（1）之间的管路连接，当所述冷却介质的温度变化时，所述气囊（902）能够膨胀或者缩小。

6.根据权利要求1所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述自力式温控阀包括三通阀体（201）、感温元件（202）和阀杆（203），所述进水口（6）、第一出水口（5）和第二出水口（7）均位于所述三通阀体（201）上，所述阀杆（203）具有适于分别堵住所述第一出水口（5）和第二出水口（7）的垫板，感温元件（202）挤压在所述进水口（6）和阀杆（203）之间；

当所述冷却介质温度升高时，所述感温元件（202）膨胀，所述阀杆（203）沿轴向位移；沿所述阀杆（203）的轴线方向，所述第二出水口（7）位于所述第一出水口（5）和所述进水口（6）之间。

7.根据权利要求1所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述循环水泵（1）的出口处设置有压力表（10）。

8.根据权利要求1所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述风电功率元件（4）的进口处还安装有压力开关（11）。

9.根据权利要求1所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述风电功率元件（4）的进口处还设置有冷却支路，所述冷却支路上设置有排空阀（12）。

10.根据权利要求9所述的适用于风力发电领域的水冷系统，其特征在于：所述排空阀（12）为双向阀门。

Images