CN220134116U - 一种海上风机塔下集成式水冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种海上风机塔下集成式水冷系统，涉及风力发电领域，内置环控散热器、变流换热器、转子升压变换热器、机组升压变换热器四者当中的其中两者串联于第一管路、另两者串联于第二管路；在外循环模式下，第一管路和第二管路形成并联管路，第一管路和第二管路并联同时流过冷却液，此时外置空水散热器参与散热，热量转移到外界散发，此模式的散热功率较大；在内循环模式下，第一管路和第二管路串联形成循环管路，泵组模块驱动冷却液在循环管路中循环流动，此时外置空水散热器并不参与散热，热量由内置环控散热器转移到风机的其他位置，此模式的散热功率较小，本实用新型可以实现海上风机塔的冷却功率调节，可以应用于不同的工况。

Description

一种海上风机塔下集成式水冷系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，更进一步涉及一种海上风机塔下集成式水冷系统。

背景技术

水冷系统主要用于冷却设备发热部件，确保设备在恒温状态下正常运作。海上大兆瓦风机运行工况具备如下特点：1)安装运行环境恶劣，机舱、塔筒内部密闭性要求较高；2)关键高压部件多设置于塔筒内部，主要包括变流器、变压器，其中变压器又分为干变和油变，散热需求较大。

针对海上风机塔下机组特性，要求冷却系统既能够满足防腐需求又能够保证塔下关键发电部件的可靠性，需要防止具有腐蚀性的空气进入风机塔内部，因此，传统空冷技术，如直冷、风冷不再适用。

传统的冷却方式采用塔内自循环散热以及塔外循环散热两种方式，只能以恒定的功率进行散热，无法根据环境的差异实现调节，造成能量的浪费。对于本领域的技术人员来说，如何实现海上风机塔的冷却功率调节，是目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种海上风机塔下集成式水冷系统，能够切换不同的模式实现功率切换，可以满足不同的散热需求，具体方案如下：

一种海上风机塔下集成式水冷系统，包括泵组模块、外置空水散热器、内置环控散热器、变流换热器、转子升压变换热器、机组升压变换热器，其中：所述内置环控散热器、所述变流换热器、所述转子升压变换热器、所述机组升压变换热器四者当中的其中两者串联于第一管路、另两者串联于第二管路；所述第一管路和所述第二管路并联于所述泵组模块与所述外置空水散热器形成的循环管路；所述海上风机塔下集成式水冷系统能够切换两种不同的冷却模式：外循环模式：所述第一管路和所述第二管路形成并联管路，所述泵组模块驱动冷却液流经所述并联管路循环流动和所述外置空水散热器；内循环模式：所述第一管路和所述第二管路串联形成循环管路，所述泵组模块驱动冷却液在所述循环管路中循环流动。

可选地，所述变流换热器和所述转子升压变换热器设置于所述第一管路；所述内置环控散热器和所述机组升压变换热器设置于所述第二管路。

可选地，所述泵组模块包括电机、水泵、电动三通阀，所述电机带动所述水泵工作以对冷却液提供动力；所述电动三通阀用于控制切换所述外循环模式和所述内循环模式。

可选地，所述电动三通阀的接口采用快装卡箍连接。

可选地，所述外置空水散热器和所述内置环控散热器均采用强制风冷。

可选地，所述泵组模块包括膨胀罐，用于稳定冷却液的压力；

和/或，所述泵组模块包括自动排气阀，用于自动排除系统冷却液中的气体；

和/或，所述泵组模块包括压力变送器，用于监控管道内部压力值变化，并通过压力表显示压力值；

和/或，所述泵组模块包括加热器，用于加热管路内的冷却液；

和/或，所述泵组模块包括流量计，用于监测路内的冷却液流量；

和/或，还包括温度传感器，用于监测管道内温度变化。

可选地，所述内置环控散热器设置围挡或者不设置围挡；

设置围挡的所述内置环控散热器用于吸收塔内本层及下一层空间的热空气，通过冷水降温后，借助柔性导风筒将空气吹到上一层空间；

不设置围挡的所述内置环控散热器用于吸收塔内下一层空间的热空气，通过冷水降温后，将空气吹到本层空间。

本实用新型提供一种海上风机塔下集成式水冷系统，内置环控散热器、变流换热器、转子升压变换热器、机组升压变换热器四者当中的其中两者串联于第一管路、另两者串联于第二管路；在外循环模式下，第一管路和第二管路形成并联管路，第一管路和第二管路并联同时流过冷却液，此时外置空水散热器参与散热，热量转移到外界散发，此模式的散热功率较大；在内循环模式下，第一管路和第二管路串联形成循环管路，泵组模块驱动冷却液在循环管路中循环流动，此时外置空水散热器并不参与散热，热量由内置环控散热器转移到风机的其他位置，此模式的散热功率较小，本实用新型可以实现海上风机塔的冷却功率调节，可以应用于不同的工况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的海上风机塔下集成式水冷系统一种具体实施例的结构示意图；

图2为泵组模块一种具体实施例的结构示意图；

图3为图2中虚线圆框的局部放大图；

图4为外循环模式的原理示意图；

图5为内循环模式的原理示意图。

图中包括：

泵组模块1、电机11、水泵12、膨胀罐13、压力变送器14、自动排气阀15、加热器16、压力表17、流量计18、电动三通阀19、快装卡箍191、外置空水散热器2、内置环控散热器3、变流换热器4、转子升压变换热器5、机组升压变换热器6、第一管路7、第二管路8。

具体实施方式

本实用新型的核心在于提供一种海上风机塔下集成式水冷系统，能够切换不同的模式实现功率切换，可以满足不同的散热需求。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本实用新型的海上风机塔下集成式水冷系统进行详细的介绍说明。

本实用新型提供一种海上风机塔下集成式水冷系统，包括泵组模块1、外置空水散热器2、内置环控散热器3、变流换热器4、转子升压变换热器5、机组升压变换热器6等组件，共同构成可以实现冷却散热功能的系统结构。泵组模块1用于提供冷却液流动的动力；外置空水散热器2设置在海上风机塔的外部，用于向外界散发热量；内置环控散热器3设置在海上风机塔的内部，用于将内部发热元件的热量转移到海上风机塔内部的其他部位；变流换热器4安装于变流器上，用于吸收变流器的热量，变流器的热量转移到变流换热器4；海上风机塔内的发热元件主要包括变流器、转子升压变(干式变压器)和机组升压变(油式变压器)，转子升压变换热器5安装于转子升压变上，用于吸收转子升压变的热量，转子升压变的热量转移到转子升压变换热器5；机组升压变换热器6安装于机组升压变上，用于吸收机组升压变的热量，机组升压变的热量转移到机组升压变换热器6。变流换热器4、转子升压变换热器5、机组升压变换热器6三者位于管路上，冷却液经过三者时将热量带出，到达外置空水散热器2或者内置环控散热器3时将热量散发。

内置环控散热器3、变流换热器4、转子升压变换热器5、机组升压变换热器6四者当中的其中两者串联于第一管路7、另两者串联于第二管路8；将内置环控散热器3、变流换热器4、转子升压变换热器5、机组升压变换热器6四个结构分为两组。

第一管路7和第二管路8并联于泵组模块1与外置空水散热器2形成的循环管路；泵组模块1与外置空水散热器2形成的循环管路，第一管路7和第二管路8两者形成并联关系，可以并联通水，但第一管路7和第二管路8也可以以串联通水的方式运行。

海上风机塔下集成式水冷系统能够切换两种不同的冷却模式：外循环模式和内循环模式。

外循环模式：第一管路7和第二管路8形成并联管路，泵组模块1驱动冷却液流经并联管路循环流动和外置空水散热器2；泵组模块1驱动冷却液流动，分为两条独立的管路，冷却液可同时经过第一管路7和第二管路8，并最终汇合到一起；变流换热器4、转子升压变换热器5、机组升压变换热器6各自吸收热量，当冷却液经过内置环控散热器3和外置空水散热器2时散发热量，一部分热量经过内置环控散热器3散发到海上风机内部的其他位置，一部分热量经过外置空水散热器2散发到外界，此时外置空水散热器2参与热量散发的过程。在外循环模式下，外置空水散热器2和内置环控散热器3同时参与散热，散热冷却功率较高。

内循环模式：第一管路7和第二管路8串联形成循环管路，泵组模块1驱动冷却液在循环管路中循环流动。第一管路7和第二管路8相互连接形成一个通路，冷却液在第一管路7和第二管路8当中循环流动，变流换热器4、转子升压变换热器5、机组升压变换热器6各自吸收热量，当冷却液经过内置环控散热器3时散发热量，此时外置空水散热器2不参与热量散发的过程，只有内置环控散热器3参与热量散发。在内循环模式下，只有内置环控散热器3参悟散热，散热冷却功率较低。

本实用新型的海上风机塔下集成式水冷系统可以实现海上风机塔的冷却功率调节，可以应用于不同的工况，在散热需求较大时采用外循环模式，在散热需求较小时采用内循环模式，根据散热需求合理地安排不同的散热功率，实现塔内、塔外低功率、高功率水冷冷却，在满足散热需求的情况下降低能耗。

结合图4、图5所示，本实用新型在此提供一种具体的实施例，变流换热器4和转子升压变换热器5设置于第一管路7；内置环控散热器3和机组升压变换热器6设置于第二管路8。结合图4，在外循环模式，泵组模块1输出的一路冷却液经过变流换热器4和转子升压变换热器5，另一路冷却液经过内置环控散热器3和机组升压变换热器6。结合图5，在内循环模式，泵组模块1输出的冷却液依次经过内置环控散热器3、变流换热器4、转子升压变换热器5、机组升压变换热器6。

需要指出的是，图4和图5所提供的实施例仅作为一种优选的参考，具体的布局形式还可以相应调整，例如将第一管路7和第二管路8上的器件调节位置。

结合图2所示，泵组模块1包括电机11、水泵12、电动三通阀19，电机11带动水泵12工作以对冷却液提供动力；电动三通阀19用于控制切换外循环模式和内循环模式，电动三通阀19通过改变其所连接的管路的通路状态，改变管路内部的冷却液流动方向，从而实现模式切换的效果。

结合图3所示，电动三通阀19的接口采用快装卡箍191连接，安装前，检查卡箍锁紧螺栓螺纹干净无异物，再在螺纹上涂抹防咬合剂；快装卡箍191接口中间放上卡箍密封圈，两端卡箍接口对齐，压紧，再装上两半卡箍，将卡箍锁紧螺栓分别插入卡箍孔内，螺栓头保证在有台阶的一边。再装入弹垫和螺母，手动初紧螺母，使用力矩扳手终紧。

结合图2和图3所示，当冷却液温度高于设定值T1时，电动三通阀19打开，即指针指向OPEN，在OPEN状态下：冷却液全部流经塔外散热器，冷却液的流动路径为a→b→d。

当冷却液温度低于设定值T1-N时(N值一般取值3-5左右)，电动三通阀19关闭，即指针指向SHUT，在SHUT状态下：冷却液直接流向被冷却设备，不流经塔外散热器，冷却液的流动路径为c→d。

具体地，本实用新型中的外置空水散热器2和内置环控散热器3均采用强制风冷；外界的冷空气经过外置空水散热器2，冷空气吸收热量，从而将热量散发到外界；内部的空气经过内置环控散热器3，热量转移到海上风机塔的内部。

泵组模块1包括膨胀罐13，用于稳定冷却液的压力，膨胀罐13位于冷却液流动的管路上，膨胀罐13保证系统内因外泄、温度影响等造成系统水压变化，影响水冷回路循环。

泵组模块1包括自动排气阀15，用于自动排除系统冷却液中的气体，自动排气阀15设置在管路高点位置，可以设置多个自动排气阀15，自动排除系统冷却水中的气体。

泵组模块1包括压力变送器14，用于监控管道内部压力值变化，并通过压力表17显示压力值。

泵组模块1包括加热器16，加热器16用于加热管路内的冷却液，避免在环境温度过低的情况下冷却液流动受阻。

泵组模块1包括流量计18，流量计18用于监测路内的冷却液流量。

在管路上还设置温度传感器，温度传感器用于监测管道内温度变化。

上述设置的膨胀罐13、自动排气阀15、压力变送器14、加热器16、流量计18、温度传感器可以任一单独设置，也可以同时设置一个或者几个。

内置环控散热器3包括设置围挡或者不设置围挡两种方式：设置围挡的内置环控散热器3用于吸收塔内本层及下一层空间的热空气，通过冷水降温后，借助柔性导风筒将空气吹到上一层空间；不设置围挡的内置环控散热器3用于吸收塔内下一层空间的热空气，通过冷水降温后，将空气吹到本层空间。

内置环控散热器(无围挡)的作用是吸收塔内本层及下一层空间的“热空气”，通过与“冷水”降温后，借助柔性导风筒将其吹到上一层空间，以此达到塔内空气的流动以及降低塔内温度的目的。

内置环控散热器(带围挡)的作用是吸收塔内下一层空间的“热空气”，通过与“冷水”降温后将其吹到本层空间，以此达到塔内空气的流动以及降低塔内温度的目的。

围挡用于屏蔽本层空气，起到对下一层空气的引流作用。

本实用新型提供的海上风机塔下集成式水冷系统包括外循环模式和内循环模式，处于外循环模式时，第一管路7和第二管路8形成并联管路，泵组模块1驱动冷却液流经并联管路循环流动和外置空水散热器2。处于内循环模式时，第一管路7和第二管路8串联形成循环管路，泵组模块1驱动冷却液在循环管路中循环流动。

外循环模式和内循环模式的切换条件为：

当同时满足如下条件时，切换至外循环模式：A电动三通阀19打开指令＝1；B电动三通阀19关闭指令＝0；C电机11启动，或外置空水散热器2出口水温大于设定值。指令为1表示发出相应指令，指令为0表示没有相应指令。

当同时满足如下条件时，切换至内循环模式：A电动三通阀19打开指令＝0；B电动三通阀19关闭指令＝1；C电机11关闭，或外置空水散热器2出口水温低于设定值。

电机11的启动逻辑为：

“压力变送器14检测的压力过低”和“压力变送器14检测的压力过高”均不存在的情况下，满足以下任一条件：A机组并网运行；B水冷系统塔外散热器出口温度过高或待冷却部件发出冷却请求；C升压变温度高于设定温度值；D变压器冷却风机任一启动；

电机11的停止逻辑为：

当已触发“压力变送器14检测的压力超低或超高”时，电机11和水泵12关闭，并且同时满足以下任一条件：A机组停机；B水冷系统塔外散热器出口温度低于某设定值且未收到待冷却部件发出冷却请求；C升压变变压器温度小于升压变油泵停止温度；D变压器冷却风机任一停止。

本实用新型所介绍的海上风机塔下集成式水冷系统工作参数设置如下：塔内温度-20℃～40℃、塔外环境温度-30℃～38℃；总冷却功率为：250kw、水冷系统工作流量：220L/min、变流换热器4最高进水温度：40℃、转子升压变换热器5最高进水温度：50℃、内置环控散热器3最高进水温度：40℃、机组升压变换热器6最高进水温度：55℃、外置空水散热器2最高进风温度：35℃；整机设计压力：15bar、额定出水压力：≤5bar、外置空水散热器2、内置环控散热器3、变流换热器4的压降≤2bar；冷却液：纯水+乙二醇等比例混合物。

主控侧状态设置主要包含：塔下水冷泵进/出口水压、塔下水冷系统升压变流量FT01/FT02、塔下水冷主回路水温、塔下水冷系统升压变1/2入口温度/出口温度、塔下水冷电动三通阀打开/关闭指令、塔下水冷电动三通阀打开/关闭反馈、塔下水冷散热器电机过载/启动反馈、塔下水冷散热器风扇运行反馈、塔下水冷主循环泵电机运行/过载/启动反馈、塔下水冷加热器正常、塔下水冷加热器运行指令/反馈、塔下内置水冷风扇过载/运行反馈、塔下内置水冷风扇启动指令等。

主控侧可实现远程状态信号预警主要包括：回路压力低、水泵进出口压力低、待冷却设备入口温度超高、塔内温度超温、传感器读数异常等。以上预警信号可保证控制端尽早发现水冷系统运行故障，避免风机停机或故障。

系统运行控制流程设计情况做如下概述，首先水泵按照设计压力和流量工作，冷却介质由主回路直接循环流经变流器、变压器、塔筒环控散热模块带走热量。外置散热器与冷空气进行热交换，散热后冷却介质再循环进入变流器、变压器、塔筒环控散热模块。回油管路处设有膨胀罐并且预充压力1.5bar，保证系统内的正常补水和吸收高温膨胀要求。压力传感器监控水冷系统管道内部压力值变化提示报警。在进口设置有温度传感器(铂热电阻)，用于监测水冷系统管道内部的温度变化或提示报警。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种海上风机塔下集成式水冷系统，其特征在于，包括泵组模块(1)、外置空水散热器(2)、内置环控散热器(3)、变流换热器(4)、转子升压变换热器(5)、机组升压变换热器(6)，其中：

所述内置环控散热器(3)、所述变流换热器(4)、所述转子升压变换热器(5)、所述机组升压变换热器(6)四者当中的其中两者串联于第一管路(7)、另两者串联于第二管路(8)；

所述第一管路(7)和所述第二管路(8)并联于所述泵组模块(1)与所述外置空水散热器(2)形成的循环管路；

所述海上风机塔下集成式水冷系统能够切换两种不同的冷却模式：

外循环模式：所述第一管路(7)和所述第二管路(8)形成并联管路，所述泵组模块(1)驱动冷却液流经所述并联管路循环流动和所述外置空水散热器(2)；

内循环模式：所述第一管路(7)和所述第二管路(8)串联形成循环管路，所述泵组模块(1)驱动冷却液在所述循环管路中循环流动。

2.根据权利要求1所述的海上风机塔下集成式水冷系统，其特征在于，所述变流换热器(4)和所述转子升压变换热器(5)设置于所述第一管路(7)；所述内置环控散热器(3)和所述机组升压变换热器(6)设置于所述第二管路(8)。

3.根据权利要求1所述的海上风机塔下集成式水冷系统，其特征在于，所述泵组模块(1)包括电机(11)、水泵(12)、电动三通阀(19)，所述电机(11)带动所述水泵(12)工作以对冷却液提供动力；所述电动三通阀(19)用于控制切换所述外循环模式和所述内循环模式。

4.根据权利要求3所述的海上风机塔下集成式水冷系统，其特征在于，所述电动三通阀(19)的接口采用快装卡箍(191)连接。

5.根据权利要求1所述的海上风机塔下集成式水冷系统，其特征在于，所述外置空水散热器(2)和所述内置环控散热器(3)均采用强制风冷。

6.根据权利要求1所述的海上风机塔下集成式水冷系统，其特征在于，所述泵组模块(1)包括膨胀罐(13)，用于稳定冷却液的压力；

和/或，所述泵组模块(1)包括自动排气阀(15)，用于自动排除系统冷却液中的气体；

和/或，所述泵组模块(1)包括压力变送器(14)，用于监控管道内部压力值变化，并通过压力表(17)显示压力值；

和/或，所述泵组模块(1)包括加热器(16)，用于加热管路内的冷却液；

和/或，所述泵组模块(1)包括流量计(18)，用于监测路内的冷却液流量；

和/或，还包括温度传感器，用于监测管道内温度变化。

7.根据权利要求1所述的海上风机塔下集成式水冷系统，其特征在于，所述内置环控散热器(3)设置围挡或者不设置围挡；

设置围挡的所述内置环控散热器(3)用于吸收塔内本层及下一层空间的热空气，通过冷水降温后，借助柔性导风筒将空气吹到上一层空间；

不设置围挡的所述内置环控散热器(3)用于吸收塔内下一层空间的热空气，通过冷水降温后，将空气吹到本层空间。