WO2021248717A1 - 冷却系统及风力发电机组 - Google Patents

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方涛
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Abstract

一种冷却系统及风力发电机组。该冷却系统包括第一冷却回路（1）、第二冷却回路（2）、第三冷却回路（3）、第一热交换器（4）和第二热交换器（5），第一冷却回路（1）包括第一流体管路（11）和第一泵组（12），第二冷却回路（2）包括第二流体管路（21）和第二泵组（22），第二流体管路（21）包括主路（211）和旁路（212）；第三冷却回路（3）包括第三流体管路（31）和第三泵组（32），第三流体管路（31）同时连通第一热交换器（4）和第二热交换器（5）；第一热交换器（4）构造为使第一冷却介质、第二冷却介质和第三冷却介质相互隔离地热耦合；第二热交换器（5）构造为通过旁路（212）使第二冷却介质与第三冷却介质相互隔离地热耦合。该系统通过各冷却回路之间相互隔离地热耦合实现冷量的合理分配及余热的合理应用，从而实现冷热的均衡利用，降低系统功耗。

Description

冷却系统及风力发电机组
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2020年06月09日提交的名称为“冷却系统及风力发电机组”的中国专利申请202010516556.1的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种冷却系统及风力发电机组。
背景技术
近年来，风力发电机组逐渐向高功率密度的方向发展，机组本身的损耗随之增加，同时需要进行散热的零部件数量也随之增加。发电机、轴系、变桨、机舱柜、机舱、变流柜、变压器等发热部件都需要进行必须的散热冷却处理才能实现各发热部件的正常运行，尤其对于海上风力发电机组，采用将各发热部件均布置于机舱的E-TOP结构，导致机组整体的冷却系统在机舱内的构成和布局越来越复杂。因此，需要在机舱的有限空间内设计更加紧凑的冷却系统结构布局，而集成冷却系统设计成为了重要的研究方向。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种冷却系统及风力发电机组，该冷却系统可以实现冷热的均衡利用，降低系统功耗。
一方面，本申请提出了一种冷却系统，该冷却系统包括第一冷却回路、第二冷却回路、第三冷却回路、第一热交换器和第二热交换器；第一冷却回路包括用于冷却第一发热部件的第一流体管路和第一泵组，第一泵组构 造为使第一冷却介质在第一流体管路内循环；第二冷却回路包括用于冷却第二发热部件的第二流体管路和第二泵组，第二流体管路包括主路和旁路；第二泵组构造为使第二冷却介质在主路内或者在主路和旁路内循环；第三冷却回路包括用于冷却第三发热部件的第三流体管路和第三泵组，第三泵组构造为使第三冷却介质在第三流体管路内循环，第三流体管路同时连通第一热交换器和第二热交换器；第一热交换器构造为使第一冷却介质、第二冷却介质和第三冷却介质相互隔离地热耦合；第二热交换器构造为通过旁路使第二冷却介质与第三冷却介质相互隔离地热耦合。
另一方面，本申请还提供了一种风力发电机组，包括：第一发热部件，包括轴系、电缆、机舱、变桨、机舱柜体、机舱底座中的至少一者；第二发热部件，包括发电机；第三发热部件，包括变压器、变流器、辅助变压器中的至少一者；如前所述的任一种冷却系统。
本申请提供的一种冷却系统，包括独立运行的第一冷却回路、第二冷却回路和第三冷却回路，以及第一热交换器和第二热交换器，通过液-液三路的第一热交换器，使第一冷却回路内的第一冷却介质、第二冷却回路内的第二冷却介质和第三冷却回路内的第三冷却介质相互隔离地热耦合。一方面，在合适的环境温度条件下，在满足小容量冷却系统的第一发热部件的温度控制需求的情况下，可以通过第一热交换器实现将第一冷却回路的富余的冷负荷分配给第二冷却回路的发电机冷却系统以及第三冷却回路的电气冷却系统，实现冷量的充分利用。第二方面，对于发电机冷却系统而言，通过第一热交换器，吸收来自于小容量冷却系统的富余冷量，实现机组的超发或者实现机组末端旋转部件的变频节能。第三方面，通过第一热交换器，实现小容量冷却系统、发电机冷却系统与电气冷却系统三者间的热均衡。同时，通过液-液两路的第二热交换器，使第二冷却回路的旁路内的第二冷却介质与第三冷却回路内的第三冷却介质相互隔离地热耦合，从而将第二冷却回路携带的一部分余热用于第三冷却回路的加热，实现余热的合理应用。在满足散热要求的同时，通过各冷却回路之间相互隔离地热耦合实现冷热的均衡利用，降低系统功耗。
附图说明
从下面结合附图对本申请的具体实施方式的描述中可以更好地理解本申请，其中，通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本申请实施例提供的一种风力发电机组的冷却系统的简化结构示意图；
图2是图1所示的冷却系统中的第一冷却回路的结构示意图；
图3是图1所示的冷却系统中的第二冷却回路的结构示意图；
图4是图1所示的冷却系统中的第三冷却回路的结构示意图。
附图标记说明：
第一冷却回路1；第一流体管路11；第一流体支路11a；第一供水管111；第一回水管112；第一支路散热器11b；第一支路调节阀VV1；第一支路温度传感器TT1；第一支路流量传感器FF1；第一散热单元113；第一阀门V1；第一排液阀LV1；第一排气阀AV1；第一压力监测装置P1；
第二冷却回路2；第二流体管路21；主路211；第二供水管211a；第二回水管211b；第二流体支路2111；第二支路散热器2112；旁路212；旁路调节阀212a；第二散热单元213；第二总流量传感器F21；第二前总温度传感器T21、第二中总温度传感器T22；第二后总温度传感器T23；第二阀门V2；第二排液阀LV2；第二排气阀AV2；第二压力监测装置P2；
第三冷却回路3；第三流体管路31；第一分段311；第二分段312；第三流体支路3121；第三支路散热器3122；第三散热单元313；加热器H；第三总流量传感器F3；第三前总温度传感器T31；第三中总温度传感器T32；第三后总温度传感器T33；第三支路调节阀VV3；第三支路温度传感器TT3；第三支路流量传感器FF3；第三阀门V3；第三排液阀LV3；第三排气阀AV3；第三压力监测装置P3；
第一热交换器4；第一入口端41a；第一出口端41b；第二入口端42a；第二出口端42b；第三入口端43a；第三出口端43b；
第二热交换器5；第四入口端51a；第四出口端51b；第五入口端52a； 第五出口端52b；
第一泵组12；第二泵组22；第三泵组32；泵体Pu；泵体调节阀PV；止回阀SV；稳压装置SP；
第一发热部件100；第二发热部件200；第三发热部件300。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。下面的详细描述中公开了许多具体细节，以便全面理解本申请。但是，对于本领域技术人员来说，很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。本申请决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本申请的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本申请造成不必要的模糊。
随着风力发电机组的快速发展，机组的单机容量不断增加，一方面机组本身的损耗随之增加，另一方面，需要进行散热的零部件数量也随之增加。尤其随着海上大容量机组的E-TOP布局结构的发展，发电机、轴系、变桨系统、机舱柜、变流柜、变压器等发热部件均布置于机舱内，但这些发热部件需要独立进行必须的的散热冷却处理，导致机舱内各冷却子系统的数量越来越多，各冷却子系统的构成也越来越复杂。鉴于各冷却子系统控制策略、工艺及布局位置等的不同，实际运行过程中容易造成各发热部件的冷量分配出现较大的偏差，系统功耗较大，亟需对风力发电机组的各发热部件的冷却子系统进行整体布局、结构优化，以合理利用并分配系统的热量及冷量。
本申请旨在构建一种风力发电机组的多路耦合冷却系统，尤其适用于海上大功率的E-TOP布局的永磁直驱风力发电机组。对于并非采用E-TOP布局的机组，即各主要发热部件并非都位于机舱内的机组，若不考虑管路的复杂性，也可以采用本申请的多路耦合冷却系统，即可以根据各发热部件的实际位置采用同样的布局思路对各自的冷却子系统进行布局，从整体 上对各发热部件的冷却子系统进行优化布局。为了更好地理解本申请，下面结合图1至图4对本申请实施例的冷却系统及风力发电机组进行详细描述。
参阅图1，本申请实施例提供了一种风力发电机组，包括：第一发热部件100、第二发热部件200、第三发热部件300和冷却系统。
第一发热部件100为发热量较小的部件的组合，其散热损耗也较小，可以采用集成的方式将各发热部件的散热子系统整合于一个冷却回路或几个冷却支路内，达到各个发热部件的散热需求。可选地，第一发热部件100可以包括轴系、电缆、机舱、变桨、机舱柜体、机舱底座中的至少一者。
第二发热部件200为发热量较大的部件的组合，其相应的散热损耗需求也较大。可选地，第二发热部件200可以包括发电机。并且以发电机为例的第二发热部件200不仅发热量大，其产生的余热还可在低温环境时提供给其他发热部件，从而满足低温情况下其他发热部件的最低温度运行要求。
第三发热部件300为发热量较大的部件的组合，其发热量大于第一发热部件100，但小于第二发热部件200。可选地，第三发热部件300可以包括变压器、变流器、辅助变压器中的至少一者。并且，该第三发热部件300一般需要维持最低温度需求，且其散热损耗的增减与以发电机为例的第二发热部件200的散热损耗呈正比例关系，即二者相向运行。
需要说明的是，在实际运行和设计中，本申请可以根据各发热部件的具体数量、不同的冷却形式和冷却要求，对各冷却回路进行相似的设置及耦合设置，形成一个整体的冷却系统。为了便于描述，本申请实施例以用于冷却第一发热部件100的第一冷却回路1(即小容量冷却系统)、用于冷却第二发热部件200的第二冷却回路2(即发电机冷却系统)、用于冷却第三发热部件300的第三冷却回路3(即电气冷却系统)为例进行说明。
本申请实施例提供的一种冷却系统包括：第一冷却回路1、第二冷却回路2、第三冷却回路3、第一热交换器4和第二热交换器5。
第一冷却回路1包括用于冷却第一发热部件100的第一流体管路11和 第一泵组12，第一泵组12构造为使第一冷却介质在第一流体管路11内循环。第一冷却回路1连通第一热交换器4。
第二冷却回路2包括用于冷却第二发热部件200的第二流体管路21和第二泵组22，第二流体管路21包括主路211和旁路212；第二泵组22构造为使第二冷却介质在主路211内或者在主路211和旁路212内循环。主路211连通第一热交换器4，旁路212连通第二热交换器5。
第三冷却回路3包括用于冷却第三发热部件300的第三流体管路31和第三泵组32，第三泵组32构造为使第三冷却介质在第三流体管路31内循环。第三流体管路31同时连通第一热交换器4和第二热交换器5。其中，第一发热部件100的发热量最小，第二发热部件200的发热量最大，第三发热部件300的发热量介于第一发热部件100与第二发热部件200的发热量之间。
第一热交换器4构造为使第一冷却介质、第二冷却介质和第三冷却介质相互隔离地热耦合。其中，第一冷却介质、第二冷却介质、第三冷却介质可以为相同的液态介质，例如水、油等，也可以为不同的液态介质。可选地，第一热交换器4为液-液三路换热器。
第二热交换器5构造为通过旁路212使第二冷却介质与第三冷却介质相互隔离地热耦合。可选地，第二热交换器5为液-液两路换热器。
本申请实施例提供的一种冷却系统，包括独立运行的第一冷却回路1、第二冷却回路2和第三冷却回路3，以及第一热交换器4和第二热交换器5。通过液-液三路的第一热交换器4，使第一冷却回路1内的第一冷却介质、第二冷却回路2内的第二冷却介质和第三冷却回路3内的第三冷却介质相互隔离地热耦合。一方面，在合适的环境温度条件下，在满足小容量冷却系统的第一发热部件100的温度控制需求的情况下，可以通过第一热交换器4实现将第一冷却回路1的富余的冷负荷分配给第二冷却回路2的发电机冷却系统以及第三冷却回路3的电气冷却系统，实现冷量的充分利用。第二方面，对于发电机冷却系统而言，通过第一热交换器4，接收来自于小容量冷却系统的富余冷量，实现机组的超发或者实现机组末端旋转部件的变频节能。第三方面，通过第一热交换器4，实现小容量冷却系统、 发电机冷却系统与电气冷却系统三者间的热均衡。同时，通过液-液两路的第二热交换器5，使第二冷却回路2的旁路212内的第二冷却介质与第三冷却回路3内的第三冷却介质相互隔离地热耦合，从而将第二冷却回路2携带的一部分余热用于第三冷却回路3的加热，实现余热的合理应用。在满足散热要求的同时，通过各冷却回路之间相互隔离地热耦合实现冷热的均衡利用，降低系统功耗。
再次参阅图1，旁路212上设置有旁路调节阀212a，当第三冷却介质的温度低于预设温度时，旁路调节阀212a打开，以使旁路212内的第二冷却介质通过第二热交换器5与第三冷却介质进行热交换。
由此，在极低温的条件下，通过第二热交换器5，发电机冷却系统通过旁路212将一部分损耗产生的热负荷传递给电气冷却系统，既合理利用了发电机的余热，又满足电气冷却系统各变压器、变流器、辅助变压器等发热部件的最低运行温度要求。
进一步地，第一热交换器4包括间隔设置的第一导热通道、第二导热通道和第三导热通道。第一导热通道包括第一入口端41a和第一出口端41b，第一流体管路11的第一供水管111与第一入口端41a连接，第一回水管112与第一出口端41b连接。
第二导热通道包括第二入口端42a和第二出口端42b，第二流体管路21的第二供水管211a与第二入口端42a连接，第二回水管211b与第二出口端42b连接。
第三导热通道包括第三入口端43a和第三出口端43b，第三流体管路31包括在第一热交换器4和第二热交换器5之间延伸的第一分段311和第二分段312；第三泵组32位于第一分段311，第一分段312的上游与第三入口端43a连接，第二分段312的下游与第三出口端43b连接。
由此，第一热交换器4上共设置六个接口，第一冷却介质、第二冷却介质和第三冷却介质在第一热交换器4内以顺流或错流的方式实现热量的传递，从而实现三路冷却回路热量的彼此传递及均衡。该六个接口可以设置于第一热交换器4的同一侧，也可以分别设置于第一热交换器4的两侧。
第二热交换器5包括间隔设置的第四导热通道和第五导热通道。
第四导热通道包括第四入口端51a和第四出口端51b，第二流体管路21的旁路212的第二旁供水管212a与第四入口端51a连接，旁路212的第二旁回水管212b与第四出口端51b连接。
第五导热通道包括第五入口端52a和第五出口端52b，第三流体管路31的第一分段311的下游与第五入口端52a连接，第二分段312的上游与第五出口端52b连接。
由此，第二热交换器5上共设置四个接口，第二冷却介质和第三冷却介质在第二热交换器5内以顺流或错流的方式实现热量的传递，从而实现两路冷却回路热量的彼此传递及均衡。该四个接口可以设置于第二热交换器5的同一侧，也可以分别设置于第二热交换器5的两侧。
下面结合附图2～4进一步详细说明各个冷却回路的具体结构。
图2示出了第一冷却回路1的具体结构。第一冷却回路1为小容量冷却系统，包括第一流体管路11、第一泵组12、用于冷却第一发热部件100的多个并联的第一支路散热器11b以及将所有零部件的热损耗带走的第一散热单元113；还包括各功能阀、各传感器、稳压装置以及过滤器，来实现第一冷却回路1的正常、稳定、可维护地运行。
第一冷却介质由第一换热器4的第一导热通道流入，经由第一泵组12将第一冷却介质输送至多个并联的第一支路换热器11b，各支路换热器与各第一发热部件100热交换后，第一冷却介质汇流进入第一散热单元113，并流入第一换热器4的第一导热通道。
具体来说，第一泵组12包括一个泵体Pu或者并联设置的至少两个泵体Pu。当第一泵组12包括并联设置的至少两个泵体Pu时，可以采用至少两个泵体Pu并联运行，也可以采用部分运行、部分备用的形式，根据空间布置尺寸、系统容量情况、可靠性与性价比等因素综合考虑后实现节能及容错运行，即在一个泵体Pu出现故障后，其余泵体Pu仍然能够满足系统的全部或75％以上的性能。同时，为进一步实现系统能效最优，第一泵组12可以采用定频运行、高低速运行、变频运行或者至少两个泵体Pu容错运行等控制方式，满足第一冷却回路1的冷负荷运行需求，提高系统的容错性及有效的节能策略。
每个泵体设置有排气阀AV，在系统运行中排出气体，从而保护第一泵组12的安全运行。每个泵体Pu的出口分别设置有止回阀SV，用于保护泵体Pu；每个泵体Pu的入口分别设置有泵体调节阀PV，在其中任何一个泵体Pu出现泄漏问题时对应的泵体调节阀PV快速关闭；通过止回阀SV和泵体调节阀PV切断对应的泵体Pu。如采用泵体Pu为非机封形式，可省略泵体调节阀PV的设置。
可选地，第一泵组12的入口分别设置有稳压装置SP，用于系统随温度变化造成系统压力波动产生报警及对系统造成危害，可采用高位水箱或膨胀罐形式。
进一步地，第一流体管路11上设置有与多个第一发热部件100一一对应的多个第一流体支路11a，多个第一发热部件100例如可以为轴系、机舱、变桨等，每个第一流体支路11a上设置有第一支路散热器11b，每个第一流体支路11a的下游设置有第一支路调节阀VV1、第一支路温度传感器TT1和第一支路流量传感器FF1，第一流体管路11的第一回水管112上还设置有第一散热单元113。
第一流体支路11a的具体数量根据第一发热部件100的数量进行设置。经多个第一流体支路11a后的第一冷却介质温度升高，沿第一供水管111进入第一散热单元113。
监测各第一支路温度传感器TT1和各第一支路流量传感器FF1的测量值，根据各第一发热部件100的目标温度值，通过控制各第一支路调节阀VV1的开度调节各第一流体支路11a的流量。
根据各个第一发热部件100的目标温度值进行开度调节，可以满足各第一发热部件100的换热量需求。第一支路调节阀VV1的设置，可以避免各个第一流体支路11a的损耗值不同、计算过程容易出现偏差、且流量容易出现不均的问题。
可选地，第一泵组12的入口和出口、第一流体管路11的第一供水管111及第一回水管112、第一泵组12的出口及各第一流体支路11a的上游及下游中的至少一者设置有第一阀门V1。关闭第一阀门V1，可以进行对应第一流体支路11a上的各个零部件进行更换及维护。
可选地，第一流体管路11、各第一流体支路11a中的至少一者还设置有第一排液阀LV1，用于维护和更换零部件过程中局部排液。
可选地，第一泵组12的入口处设置有第一过滤器，用于保证系统的洁净度。另外，第一过滤器具有排液功能，可以作为第一泵组12的局部排液点。
可选地，第一泵组12、第一散热单元113分别设置有第一排气阀AV1，第一散热单元113用于将所有零部件的损耗热量带走，并通过第一排气阀AV1实现局部或高点的排气，经过第一散热单元113后的第一冷却介质在第一泵组12的作用下将第一冷却介质带入第一热交换器4中。
可选地，第一泵组12的入口和出口、各第一流体支路11a的上游和下游中的至少一者设置有第一压力监测装置P1。可选地，第一压力检测装置P1包括第一压力变送器和第一压力显示装置，第一压力变送器用于本地及远程对系统运行状况的监控，第一压力显示装置用于本地注液及运维观察。
图3示出了第二冷却回路2的具体结构。第二冷却回路2为发电机冷却系统，包括第二流体管路21、第二泵组22、用于冷却第二发热部件200的多个并联的第二支路散热器2112以及将所有零部件的热损耗带走的第二散热单元213；还包括各功能阀、各传感器、稳压装置以及过滤器，来实现第二冷却回路2的正常、稳定、可维护地运行。
第二冷却介质由第一换热器4的第二导热通道流入，经由第二泵组22将第二冷却介质输送至多个并联的第二支路换热器2112，各支路换热器与第二发热部件200热交换后，当旁路212上的旁路调节阀212a打开时，第二冷却介质从主路211和旁路212分别汇流进入第二散热单元213，并流入第一换热器4的第二导热通道。
其中，进入旁路212的第二冷却介质流经第二换热器5的第四导热通道，并与第三冷却介质进行热交换，再与主路211汇流。当旁路212上的旁路调节阀212a关闭时，第二冷却介质直接从主路211进入第二散热单元213，并流入第一换热器4的第二导热通道。
具体来说，第二泵组22包括一个泵体Pu或者并联设置的至少两个泵体Pu。当第二泵组22包括并联设置的至少两个泵体Pu时，可以采用至少 两个泵体Pu并联运行，也可以采用部分运行、部分备用的形式，也可采用部分运行、部分备用的形式，根据空间布置尺寸、系统容量情况、可靠性与性价比等因素综合考虑后实现节能及容错运行，即在一个泵体Pu出现故障后，其余泵体Pu仍然能够满足系统的全部或75％以上的性能。同时，为进一步实现系统能效最优，第二泵组22可以采用定频运行、高低速运行、变频运行或者至少两个泵体Pu容错运行等控制方式，满足第二冷却回路2的冷负荷运行需求，提高系统的容错性及有效的节能策略。
泵体设置有排气阀AV，在系统运行中排出气体，从而保护第一泵组12的安全运行。泵体Pu的出口分别设置有止回阀SV，用于保护泵体Pu；泵体Pu的入口分别设置有泵体调节阀PV，在其中任何一个泵体Pu出现泄漏问题时对应的泵体调节阀PV快速关闭；通过止回阀SV和泵体调节阀PV切断对应的泵体Pu。如采用泵体Pu为非机封形式，可省略泵体调节阀PV的设置。
可选地，第二泵组22的入口设置有稳压装置SP，用于稳定系统压力。
可选地，第二泵组22的入口处设置有第二过滤器，用于保证系统的洁净度。另外，第二过滤器具有排液功能，可作为第二泵组22的局部排液点。
进一步地，第二流体管路21的主路211上设置有与第二发热部件200对应的多个第二流体支路2111，第二发热部件200例如可以为发电机，旁路212设置于多个第二流体支路2111的下游，每个第二流体支路2111上设置有第二支路散热器2112，主路211的第二回水管211b上还设置有第二散热单元213。由于多个第二流体支路2111的流量及换热量均匀布置，不需要设置相关的流量调节措施。
流经第二散热单元213后的第二冷却介质进入第一热交换器4中，吸收第一冷却回路1中富余冷量及与第三冷却回路3实现冷量的均衡分配，以规避散热计算中的偏差，在达到足够热量后可通过变频或高低速手段控制各第二支路散热器2112和第二泵组22，从而达到节能的目的，或者在冷量富余及风况满足的情况下，实现机组的超发。
另外，主路211上还设置有位于第二泵组22入口的第二总流量传感器F21、位于第二泵组22出口的第二前总温度传感器T21、位于多个第二流 体支路2111下游的第二中总温度传感器T22、位于第二散热单元213入口的第二后总温度传感器T23。
根据第二中总温度传感器T22与第二前总温度传感器T21的温度差值及第二总流量传感器F21的流量，获得第二流体管路21的总散热耗损量。另外，还可以计算出第二冷却回路2根据环境温度的变化实时的损耗变化，便于优化系统积累数据。
根据第二后总温度传感器T23与第二中总温度传感器T22的温度差值及第二中总流量传感器F22的流量，获得第二流体管路21在进入第二散热单元213前的待散热耗损量。根据总散热耗损量与待散热耗损量的差值，获得从旁路212传递至第三冷却回路3的废热热量。
可选地，第二泵组22的入口和出口、多个第二流体支路2111的下游及旁路212的上游和下游中的至少一者设置有第二压力监测装置P2。可选地，第二压力检测装置P2包括第二压力变送器和第二压力显示装置，第二压力变送器用于本地及远程对系统运行状况的监控，第二压力显示装置用于本地注液及运维观察。
在进入第二热交换器5的旁路212上设置有第二压力监测装置P2，通过远程及本地判断第二热交换器5、第二冷却回路2的堵塞情况，以便提前更换及维护。旁路212的上游和下游设置第二阀门V2，可以将第二热交换器5切出系统，满足维护要求。
可选地，第二供水管211a、第二回水管211b、第二泵组22的出口、各第二流体支路2111的上游及下游、旁路212的上游和下游及第二散热单元213的入口中的至少一者设置有第二阀门V2。
高温的第二冷却介质进入第二散热单元213，第二散热单元213设置有第二排气阀AV2，用于第二散热单元213的高点和局部的排气。第二散热单元213的入口及第二回水管211b设置有第二阀门V2，可以切出第二散热单元213，以便于更换及维护第二散热单元213。
第二冷却回路2的第二供水管211a和第二回水管211b上分别设置有第二阀门V2，可方便切出主路211、旁路212上的零部件及多个第二流体支路2111上的各第二支路散热器2112，还可以将第一热交换器4从第二冷 却回路2切出。各第二流体支路2111上设置有第二阀门V2，可以将第二支路散热器2112切出第二冷却回路2。
可选地，第二流体管路21、各第二流体支路2111及各第二支路散热器2112中的至少一者设置有第二排液阀LV2。通过第二排液阀LV2可以将第一热交换器4、第二冷却回路2侧及第二散热单元213中的第二冷却介质进行局部排放。
可选地，第二泵组22、第二流体管路21、第二散热单元213及各第二支路散热器2112中的至少一者设置有第二排气阀AV2。第二支路散热器2112上分别设置有第二排气阀AV2及第二排液阀LV2，便于第二支路散热器2112注液过程中的排气及维护更换过程中的排气。
图4示出了第三冷却回路3的具体结构。第三冷却回路3为电气冷却系统，包括第三流体管路31、第三泵组32、用于冷却第三发热部件300的多个并联的第三支路散热器3122以及将所有零部件的热损耗带走的第三散热单元313，还包括加热器、各功能阀、各传感器、稳压装置以及过滤器，来实现第三冷却回路3的正常、稳定、可维护地运行。
第三冷却介质由第一换热器4的第三导热通道流入，经由第三泵组32将第三冷却介质流经第二换热器5的第五导热通道后，输送至多个并联的第三支路换热器3122，各支路换热器与第三发热部件300热交换后，汇流进入第三散热单元313，并流入第一换热器4的第三导热通道。
具体来说，第三泵组32包括一个泵体Pu或者并联设置的至少两个泵体Pu。当第三泵组32包括并联设置的至少两个泵体Pu时，可以采用至少两个泵体Pu并联运行，也可以采用部分运行、部分备用的形式，根据空间布置尺寸、系统容量情况、可靠性与性价比等因素综合考虑后实现节能及容错运行，即在一个泵体Pu出现故障后，其余泵体Pu仍然能够满足系统的全部或75％以上的性能。同时，为进一步实现系统能效最优，第三泵组32可以采用定频运行、高低速运行、变频运行或者至少两个泵体Pu容错运行等控制方式，满足第三冷却回路3的冷负荷运行需求，提高系统的容错性及有效的节能策略。
泵体设置有排气阀AV，在系统运行中排出气体，从而保护第三泵组 32的安全运行。泵体Pu的出口分别设置有止回阀SV，用于保护泵体Pu；泵体Pu的入口分别设置有泵体调节阀PV，在其中任何一个泵体Pu出现泄漏问题时对应的泵体调节阀PV快速关闭；通过止回阀SV和泵体调节阀PV切断对应的泵体Pu。如采用泵体Pu为非机封形式，可省略泵体调节阀PV的设置。
可选地，第三泵组32的入口设置有稳压装置SP，用于稳定系统压力。
进一步地，第三流体管路31的第一分段311的上游设置有第三总流量传感器F3，第一分段311的下游设置有第三前总温度传感器T31，第二分段312的下游设置有第三散热单元313。
根据第三发热部件300的数量及散热损耗量的不同，第二分段312上设置有与多个第三发热部件300一一对应的多个第三流体支路3121，多个第三发热部件300例如可以为变压器、变流器、辅助变压器等，每个第三流体支路3121上设置有第三支路散热器3122，每个第三流体支路3121的下游设置有第三支路调节阀VV3、第三支路温度传感器TT3和第三支路流量传感器FF3。
监测各第三支路温度传感器TT3和各第三支路流量传感器FF3的测量值，根据各第三发热部件300的目标温度值，通过控制各第三支路调节阀VV3的开度调节各第三流体支路3121的流量。
进一步地，第三流体管路31的第一分段311的下游设置有加热器H，当第三冷却介质的温度低于预设温度且第二发热部件200未启动时，启动加热器H。
由于第三发热部件300即变流器在极低温下无法启动，需要通过第三冷却回路3中的冷却介质进行预热。如果第二发热部件200即发电机没有启动运行，变流器可以通过启动加热器H来加热冷却介质，以满足变流器启动前的预热要求。如果在此期间发电机启动，则关闭加热器H，并打开旁路调节阀212a，发电机产生的余热可以加热第二冷却回路2中的冷却介质，并通过旁路212进入第二热交换器5。低温的第三冷却介质在第二热交换器5中与高温的第二冷却介质进行热交换，直至达到能够启动变流器的预设温度。当第三冷却介质的温度达到预设温度时，变流器开始运行， 关闭旁路调节阀212a。通过发电机余热的再利用及尽可能少地启动加热器H，可以节省系统的自耗电，降低系统能耗。
可选地，第二分段312的上游还设置有第三中总温度传感器T32，根据第三中总温度传感器T32的测量值控制加热器H的开启/关闭及旁路调节阀212a的开度，从而满足系统需求。通过控制旁路调节阀212a的开启度，调节进入旁路212的高温冷却介质的流量，从而逐渐加热第三冷却介质。
升温后的第三冷却介质进入第三散热单元313中，经过散热后再次进入第一热交换器4中，吸收第一冷却回路1中的富余冷量，同时与第二冷却回路2实现热量的均衡分配，达到第三泵组32节能或超发的效果。
进一步地，第二分段312的下游还设置有第三后总温度传感器T33，根据第三后总温度传感器T33与第三前总温度传感器T31的温度差值及第三总流量传感器F3的流量，获得第三冷却介质流经第一热交换器4后的换热量。根据第三后总温度传感器T33与第三中总温度传感器T32的温度差值及第三总流量传感器F3的流量，获得第三发热部件300的总发热量。
可选地，第一分段311的上游和下游、第二分段312的上游和下游、各第三流体支路3121的上游及下游及第三散热单元313的入口中的至少一者设置有第三阀门V3。
可选地，第一分段311、各第三流体支路3121中的至少一者设置有第三排液阀LV3。可选地，第三泵组32的入口处设置有第三过滤器，用于保证系统的洁净度。另外，第三过滤器具有排液功能，可作为第三泵组32的局部排液点。
可选地，第三泵组32、第三散热单元313及各第三流体支路3121中的至少一者设置有第三排气阀AV3。
第三阀门V3、第三排液阀LV3及第三排气阀AV3分别与前述的第二阀门V2、第二排液阀LV2及第二排气阀AV2功能相似，不再赘述。
可选地，第三泵组33的入口和出口、第一分段311的下游、第二分段312的上游及各第三流体支路3121的上游和下游中的至少一者设置有第三压力监测装置P3。可选地，第三压力检测装置P3包括第三压力变送器和第三压力显示装置，第三压力变送器用于本地及远程对系统运行状况的监 控，第三压力显示装置用于本地注液及运维观察。
由此，本申请实施例提供的冷却系统中，第一冷却回路1、第二冷却回路2和第三冷却回路3通过管路、阀门、温度传感器、流量传感器、压力变送器等形成各自的闭路循环，在保持各冷却回路独立运行情况下，通过第一热交换器4和第二热交换器5将各冷却回路进行传热不传质，实现多系统冷量的合理分配，满足各发热部件的散热需求。同时，冷却回路中设置调节阀，根据各个发热部件的负荷需求调节各冷却回路的流量，在合适的环境温度条件下，满足第一冷却回路1的第一发热部件100的温度控制需求情况下，将其富余的冷量分配给第二冷却回路2及第三冷却回路3，通过旁路212将第二冷却回路2携带的一部分余热用于第三冷却回路3的加热，减少第三冷却回路3电加热造成的功耗，在满足散热要求的同时，通过各冷却回路之间相互隔离地热耦合，实现冷量的合理分配及余热的合理应用，从而实现冷热的均衡利用，降低系统功耗。
另外，本申请实施例提供的一种风力发电机组，采用如前所述的冷却系统，可以有效地统计系统损耗及机组运行过程中热量传递方向，同时结合环境温度，可摸索出更加合理的零部件选型，为后续评估风力发电机组的可靠性提供充足的数据统计依据。
此外，根据以上所述的示例性实施例的冷却系统可被应用到各种需要设置散热的电气设备中，例如但不限于风力发电机组。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；物品没有使用数量词修饰时旨在包括一个/种或多个/种物品，并可以与“一个/种或多个/种物品”互换使用”；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出 现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (19)

  1. 一种冷却系统，包括：第一冷却回路、第二冷却回路、第三冷却回路、第一热交换器和第二热交换器；其中，
    所述第一冷却回路包括用于冷却第一发热部件的第一流体管路和第一泵组，所述第一泵组构造为使第一冷却介质在所述第一流体管路内循环；
    所述第二冷却回路包括用于冷却第二发热部件的第二流体管路和第二泵组，所述第二流体管路包括主路和旁路；所述第二泵组构造为使第二冷却介质在所述主路内或者在所述主路和所述旁路内循环；
    所述第三冷却回路包括用于冷却第三发热部件的第三流体管路和第三泵组，所述第三泵组构造为使第三冷却介质在所述第三流体管路内循环，所述第三流体管路同时连通所述第一热交换器和所述第二热交换器；
    所述第一热交换器构造为使所述第一冷却介质、所述第二冷却介质和所述第三冷却介质相互隔离地热耦合；
    所述第二热交换器构造为通过所述旁路使所述第二冷却介质与所述第三冷却介质相互隔离地热耦合。
  2. 根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述旁路上设置有旁路调节阀，当所述第三冷却介质的温度低于预设温度时，所述旁路调节阀打开，以使所述旁路内的所述第二冷却介质通过所述第二热交换器与所述第三冷却介质进行热交换。
  3. 根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述第一热交换器包括间隔设置的第一导热通道、第二导热通道和第三导热通道；
    所述第一导热通道包括第一入口端和第一出口端，所述第一流体管路的第一供水管与所述第一入口端连接，第一回水管与所述第一出口端连接；
    所述第二导热通道包括第二入口端和第二出口端，所述第二流体管路的第二供水管与所述第二入口端连接，第二回水管与所述第二出口端连接；
    所述第三导热通道包括第三入口端和第三出口端，所述第三流体管路包括在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间延伸的第一分段和第二 分段；所述第三泵组位于所述第一分段，所述第一分段的上游与所述第三入口端连接，所述第二分段的下游与所述第三出口端连接。
  4. 根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述第二热交换器包括间隔设置的第四导热通道和第五导热通道；
    所述第四导热通道包括第四入口端和第四出口端，所述第二流体管路的所述旁路的第二旁供水管与所述第四入口端连接，所述旁路的第二旁回水管与所述第四出口端连接；
    所述第五导热通道包括第五入口端和第五出口端，所述第三流体管路的所述第一分段的下游与所述第五入口端连接，所述第二分段的上游与所述第五出口端连接。
  5. 根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述第一流体管路上设置有与多个所述第一发热部件一一对应的多个第一流体支路，每个所述第一流体支路上设置有第一支路散热器，每个所述第一流体支路的下游设置有第一支路调节阀、第一支路温度传感器和第一支路流量传感器，所述第一流体管路的所述第一回水管上还设置有第一散热单元；
    监测各所述第一支路温度传感器和各所述第一支路流量传感器的测量值，根据各所述第一发热部件的目标温度值，通过控制各所述第一支路调节阀的开度调节各所述第一流体支路的流量。
  6. 根据权利要求5所述的冷却系统，其中，所述第一流体管路的所述第一供水管及所述第一回水管、所述第一泵组的出口及各所述第一流体支路的上游及下游中的至少一者设置有第一阀门；
    所述第一流体管路、各所述第一流体支路中的至少一者还设置有第一排液阀；
    所述第一泵组、所述第一散热单元中的至少一者设置有第一排气阀。
  7. 根据权利要求5所述的冷却系统，其中，所述第一泵组的入口和出口、各所述第一流体支路的上游和下游中的至少一者设置有第一压力监测装置。
  8. 根据权利要求4所述的冷却系统，其中，所述第二流体管路的所述主路上设置有与所述第二发热部件对应的多个第二流体支路，所述旁路设置于多个所述第二流体支路的下游，每个所述第二流体支路上设置有第二支路散热器，所述主路的所述第二回水管上还设置有第二散热单元；
    所述主路上还设置有位于所述第二泵组入口的第二总流量传感器、位于所述第二泵组出口的第二前总温度传感器、位于多个所述第二流体支路下游的第二中总温度传感器、位于所述第二散热单元入口的第二后总温度传感器。
  9. 根据权利要求8所述的冷却系统，其中，根据所述第二中总温度传感器与所述第二前总温度传感器的温度差值及所述第二总流量传感器的流量，获得所述第二流体管路的总散热耗损量；
    根据所述第二后总温度传感器与所述第二中总温度传感器的温度差值及所述第二中总流量传感器的流量，获得所述第二流体管路在进入所述第二散热单元前的待散热耗损量；
    根据所述总散热耗损量与所述待散热耗损量的差值，获得从所述旁路传递至所述第三冷却回路的余热热量。
  10. 根据权利要求8所述的冷却系统，其中，所述第二供水管、所述第二回水管、所述第二泵组的出口、各所述第二流体支路的上游及下游、所述旁路的上游和下游及所述第二散热单元的入口中的至少一者设置有第二阀门；
    所述第二流体管路、各所述第二流体支路及各所述第二支路散热器中的至少一者设置有第二排液阀；
    所述第二泵组、所述第二流体管路、所述第二散热单元及各所述第二支路散热器中的至少一者设置有第二排气阀。
  11. 根据权利要求8所述的冷却系统，其中，所述第二泵组的入口和出口、多个所述第二流体支路的下游及所述旁路的上游和下游中的至少一者设置有第二压力监测装置。
  12. 根据权利要求4所述的冷却系统，其中，所述第三流体管路的所述第一分段的上游设置有第三总流量传感器，所述第一分段的下游设置有第三前总温度传感器，所述第二分段的下游设置有第三散热单元；
    所述第二分段上设置有与多个所述第三发热部件一一对应的多个第三流体支路，每个所述第三流体支路设置有第三支路散热器，每个所述第三流体支路的下游设置有第三支路调节阀、第三支路温度传感器和第三支路流量传感器；
    监测各所述第三支路温度传感器和各所述第三支路流量传感器的测量值，根据各所述第三发热部件的目标温度值，通过控制各所述第三支路调节阀的开度调节各所述第三流体支路的流量。
  13. 根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述第三流体管路的所述第一分段的下游设置有加热器，当所述第三冷却介质的温度低于预设温度且所述第二发热部件未启动时，启动所述加热器。
  14. 根据权利要求13所述的冷却系统，其中，所述第二分段的上游还设置有第三中总温度传感器，根据所述第三中总温度传感器的测量值控制所述加热器的开启/关闭及所述旁路调节阀的开度。
  15. 根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述第二分段的下游还设置有第三后总温度传感器，根据所述第三后总温度传感器与所述第三中总温度传感器的温度差值及所述第三总流量传感器的流量，获得所述第三发热部件的总发热量；
    根据所述第三后总温度传感器与所述第三前总温度传感器的温度差值及所述第三总流量传感器的流量，获得所述第三冷却介质流经所述第一热交换器后的换热量。
  16. 根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述第一分段的上游和下游、所述第二分段的上游和下游、各所述第三流体支路的上游及下游及所述第三散热单元的入口中的至少一者设置有第三阀门；
    所述第一分段、各所述第三流体支路中的至少一者设置有第三排液阀；
    所述第三泵组、所述第三散热单元及各所述第三流体支路中的至少一者设置有第三排气阀。
  17. 根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述第三泵组的入口和出口、所述第一分段的下游、所述第二分段的上游及各所述第三流体支路的上游和下游中的至少一者设置有第三压力监测装置。
  18. 根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第一泵组、所述第二泵组、所述第三泵组分别包括一个泵体或者并联设置的至少两个泵体，所述泵体设置有排气阀，所述泵体的出口分别设置有止回阀，所述泵体的入口分别设置有泵体调节阀；所述第一泵组、所述第二泵组、所述第三泵组的入口分别设置有稳压装置。
  19. 一种风力发电机组，包括：
    第一发热部件，包括轴系、电缆、机舱、变桨、机舱柜体、机舱底座中的至少一者；
    第二发热部件，包括发电机；
    第三发热部件，包括变压器、变流器、辅助变压器中的至少一者；
    如权利要求1-18任一项所述的冷却系统。
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