用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置及風力發電機組的製作方法
2023-07-24 12:44:06 1
專利名稱：用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置及風力發電機組的製作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電機技術領域，尤其涉及一種用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置及風力發電機組。
背景技術：
目前，兆瓦級的風力發電機組在使用過程中常常產生較高的熱量，進而影響風力發電機組的工作效率。為保證風力發電機組正常、高效和安全的運行，必須對勵磁機、發電機、變頻器、變壓器等主要發熱部件進行合理的冷卻。現有的兆瓦級以下的風力發電機組可以採用自然風冷方式，兆瓦級以上包含兆瓦級的風力發電機組通常採用強制風冷或水冷方式。然而，當風力發電機組繼續朝著單機容量更大型化方向邁進時，風力發電機組運行過程中的發電機、勵磁機、變頻器等產生的熱量也越來越大，傳統的空氣冷卻方式很難滿足風力發電機組的散熱需求，進而影響風力發電機組的工作效率和使用壽命；而採用水冷方式對兆瓦級的風力發電機組進行冷卻過程中，容易出現漏水而引起的導電事故，並且水冷方式的風力發電機組維護非常複雜。因此，如何為大功率的風力發電機組進行冷卻成為當前需要解決的技術問題。
發明內容
本發明提供一種用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置及風力發電機組，該冷卻裝置能夠較好的冷卻風力發電機組，其冷卻能力強、維護方便，且可保證發電機高效穩定地運行。本發明的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，包括密封循環第一冷卻劑的第一冷卻迴路，該第一冷卻迴路包括依次連通的第一流入管路、一個以上的吸熱單元、第一流出管路和散熱單元；且散熱單元和第一流入管路連通組成循環的第一冷卻迴路；用於對第一冷卻迴路的散熱單元進行冷卻的第二冷卻迴路，該第二冷卻迴路採用第二冷卻劑將散熱單元中的熱量帶走，以使散熱單元中的氣態第一冷卻劑轉換為液態第一冷卻劑。根據本發明的另一方面，本發明還提供一種風力發電機組，包括風力發電機，和本發明任意所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，該冷卻裝置的吸熱單元位於風力發電機內以冷卻風力發電機。本發明的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置其通過設置兩個冷卻迴路，進而可高效地對風力發電機組進行冷卻，以保證風力發電機組中的發電機高效穩定地運行。相對於現有技術中的自然冷卻方式和水冷方式來說，本發明提供的具有冷卻裝置的風力發電機組的冷卻能力較強，其包括的冷卻裝置的檢修成本較低、進而使得發電機的運行效率提高，充分保證了風力發電機組的穩定性和可靠性。
為了更清楚地說明本發明或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明中的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置實施例的結構示意圖；圖2為本發明中的冷卻裝置實施例中的冷卻艙的結構示意圖。附圖標記說明I-葉輪；2_主軸；3_發電機；4-增壓泵；5-主機架；6-變頻器； 7-勵磁機；8-液態第一冷卻劑；9-氣態第一冷卻劑；10-第一冷空氣；11-噴淋單元；12-盤管裝置；13-擋水板；14-擋風板；15-熱交換單元；16-第二冷空氣 17-離心風機；18-集水槽；19-過濾裝置； 20-雨水收集裝置；21-循環水泵；22-水位調節裝置23-熱風24-冷卻艙
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。第一實施例本實施例提供一種用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其中風力發電機組包括風力發電機，與風力發電機電連接的勵磁機和變頻器，以及用於冷卻風力發電機、勵磁機和變頻器的冷卻裝置。該冷卻裝置還可冷卻風電機組的齒輪箱等，在此不限定冷卻裝置的冷卻用途。其中，冷卻裝置包括第一冷卻迴路和第二冷卻迴路。該第一冷卻迴路內部密封循環有第一冷卻劑，且該第一冷卻迴路包括依次連通的第一流入管路、一個以上的吸熱單元、第一流出管路和散熱單元；且散熱單元和第一流入管路連通，使得上述第一冷卻迴路形成密封循環第一冷卻劑的冷卻迴路；第二冷卻迴路用於對第一冷卻迴路的散熱單元進行冷卻，該第二冷卻迴路採用第二冷卻劑將散熱單元中的熱量帶走，以使散熱單元中的氣態第一冷卻劑轉換為液態第一冷卻劑(該處的氣態第一冷卻劑可部分或全部轉換為液態第一冷卻劑)。當然，上述的吸熱單元可分別位於風力發電機內部、連接風力發電機的勵磁機內部、連接風力發電機的變頻器內部，或者風力發電機組其他需要冷卻的單元內部。本實施例中優選設置至少三個吸熱單元，該三個吸熱單元分別位於風力發電機內部、連接風力發電機的勵磁機內部和連接風力發電機的變頻器內部。特別地，本實施例中的散熱單元可為盤管裝置，或者為翅形的結構，其類似於現有技術中的中央空調中散熱管結構等。本實施例中使用的第一冷卻劑可為C5H2Fltl或氟利昂，以及用於在第二冷卻迴路中的第二冷卻劑可為液態水。進一步地，所述第一流入管路和吸熱單元之間設置有用於增加第一冷卻劑壓力的增壓泵，以保證第一冷卻迴路中的液態第一冷卻劑和氣態第一冷卻劑能夠較好的循環流通，進而可較好的對風力發電機組進行散熱。通常，第一冷卻迴路的第一流入管路、一個以上的吸熱單元、第一流出管路位於風力發電機組的機艙(圖中未標出) 中，散熱單元和第二冷卻迴路位於冷卻艙內。本實施例中的第二冷卻迴路可包括用於向散熱單元中均勻分布液態第二冷卻劑的噴淋單元、位於噴淋單元下方用於收集液態第二冷卻劑的熱交換單元、位於噴淋單元和熱交換單元同一側的離心風機，該離心風機能與空氣流通；在離心風機和噴淋單元之間增加一擋水板，以及在離心風機和熱交換單元之間增加另一擋水板，該些擋水板可使熱空氣和氣相的第二冷卻劑通過；以及，在噴淋單元的背離散熱單元的一側與空氣流通，在熱交換單元的背離離心風機的一側部分設置可使空氣進入的風道，且噴淋單元區域的空氣流通處、熱交換單元區域的空氣流通處和離心風機區域的空氣流通處相互間隔開；優選可以採用擋風板將噴淋單元區域的空氣流通處、熱交換單元區域的空氣流通處和/或離心風機區域的空氣流通處隔開；熱交換單元的下部連通集水槽，該集水槽與噴淋單元之間設置有循環液態第二冷卻劑的循環水泵。進一步地，所述第二冷卻迴路還包括位於集水槽和循環水泵之間用於過濾第二冷卻劑的過濾裝置；和/或，位於冷卻艙外部且連通於集水槽的雨水收集裝置。優選地，還可在集水槽上部設有用於調節水位的水位調節裝置。上述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置主要通過獨立的冷卻艙設置兩個冷卻迴路如第一冷卻迴路和第二冷卻迴路，由此可高效地對風力發電機組進行冷卻，以保證風力發電機組中的發電機高效穩定運行。相對於現有技術的自然冷卻方式和水冷方式來說，本發明提供的具有冷卻裝置的風力發電機組的冷卻能力強，其冷卻裝置的檢修方便、進而使得發電機的運行效率提高，充分保證了風力發電機組的穩定性和可靠性。第二實施例參考圖I和圖2所示，圖I示出了本發明中的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置實施例的結構示意圖；圖2示出了本發明中的冷卻裝置實施例中的冷卻艙的結構示意圖。本實施例中提供的風力發電機組主要由葉輪I、主軸2、發電機3、主機架5、勵磁機7、變頻器6和冷卻艙24組成。其中，葉輪I、主軸2、發電機3、主機架5、勵磁機7和變頻器6位於機艙內，該機艙和冷卻艙相互間隔開，冷卻艙中的冷卻裝置用於對機艙內的相關部件/設備進行冷卻，以保證風力發電機組高效的運行。具體地，葉輪I通過主軸2和發電機3連接，使得發電機3將機械能轉換為電能，以及發電機3、勵磁機7和變頻器6安裝於主機架5上。在風力發電機組運行時，勵磁機7對發電機3的轉子進行勵磁，葉輪I通過主軸2直接驅動發電機3產生電流，變頻器6對供電頻率自動調節以確保滿足用戶的併網要求。通常風力發電機組的機艙內的各部件處於密封狀態，由此可有效避免外界沙層、鹽霧侵入對風力發電機組造成損害。通常，風力發電機組的冷卻艙位於風力發電機組的尾部，具體參照圖2所示，除了冷卻艙中的第一冷卻劑在機艙與冷卻艙連接的第一流出管路和第一流入管路的流動和熱交換外，冷卻艙與機艙是相互隔離的。
上述風力發電機組的冷卻裝置包括第一冷卻迴路和第二冷卻迴路。具體地，第一個冷卻迴路在發電機3、變頻器6、勵磁機7與冷卻艙24之間循環，第二個冷卻迴路在冷卻艙24和外部空氣之間循環。在兩個冷卻循環迴路(即第一冷卻迴路和第二冷卻迴路)中均存在冷卻介質的相變換熱環節，因此冷卻能力相比傳統風冷、水冷系統成倍提高。在第一個冷卻迴路中，第一流入管路中流動的大多是液態第一冷卻劑8，第一流出管路中流動的大多是氣態第一冷卻劑9，以便使液態第一冷卻劑8可在位於發電機3內部的吸熱單元(圖中未示出)中充分吸熱進而氣化為氣態第一冷卻劑9，該氣態第一冷卻劑9再通過第一流出管路到達散熱單元即盤管裝置12，經由盤管裝置12外部的第二冷卻迴路對其盤管裝置12內的氣態第一冷卻劑9進行冷卻，使得盤管裝置12中的氣態第一冷卻劑液化為液態第一冷卻劑8，再次在第一流入管路中流動，形成第一冷卻迴路的循環過程。具體地，低溫的液態冷卻介質即液態第一冷卻劑8從冷卻艙24的第一流如管路中流出，分流至發電機3、變頻器6和勵磁機7等需要散熱的單元內部的吸熱單元(圖中未示出)中，用以吸收發電機3、變頻器6和勵磁機7等自身產生的熱量後，該液態冷卻介質即 液態第一冷卻劑8的溫度達到沸點，進一步該第一冷卻劑再次吸收發電機3、變頻器6和勵磁機7內部大量熱量而氣化為高溫氣態冷卻介質即氣態第一冷卻劑9 ;該高溫氣態冷卻介質在第一流出管路中循環流動至冷卻艙24中的散熱單元即盤管裝置12，經由盤管裝置12外部的第二冷卻迴路對盤管裝置12內部的高溫氣態冷卻介質進行冷卻使氣態第一冷卻劑9液化為液態第一冷卻劑8繼續進行循環以冷卻發電機3、變頻器6和勵磁機7等自身產生的熱量。上述的第一冷卻迴路可以較好的將發電機3、勵磁機7和變頻器6內部的熱量進行冷卻。優選地，在第一流入管路和吸熱單元之間設置有用於增加液態第一冷卻劑8的壓力的增壓泵4，以保證第一冷卻迴路中的氣態第一冷卻劑9和液態第一冷卻劑8能夠較好的循環。特別地，本實施例中使用的第一冷卻劑可為環保氟碳化合物冷卻劑如HFC-4310( 二氫十氟戊烷)；分子式為C5H2Fltl, C5H2Fltl為無色透明液體。當然,第一冷卻劑還可為氟利昂冷卻劑。本實施例中優選使用C5H2Fltl作為第一冷卻劑。上述第一冷卻迴路可以在較低壓力、溫度下運行，保證氣態第一冷卻劑在第一冷卻迴路中各管路/單元中的洩漏量降至最低。由於第一冷卻迴路中第一冷卻劑的冷卻能力強，發電機3的繞組溫度可以穩定控制在較低水平，使得發電機的工作效率提高，發電機的使用壽命提高，進一步地，還能夠較好提高發電機的過載能力。上述的第一冷卻劑為低沸點(60度左右)的氟碳化合物，該氟碳化合物具有無毒、無汙染、無腐蝕性、高絕緣特點，並具有防火、滅弧性能。本實施例中的第二個冷卻迴路位於冷卻艙24內，第二冷卻迴路中通常使用的冷卻劑為吸熱能力較強的水，故以下第二冷卻迴路中均以水作為第二冷卻劑進行說明。該第二冷卻迴路包括用於向盤管裝置12中均勻分布液態水的噴淋單元11、位於噴淋單元11下方用於收集液態水的熱交換單元15、位於噴淋單元11和熱交換單元15同一側的離心風機17，該離心風機17可與空氣流通；在離心風機17和噴淋單元11、離心風機17和熱交換單元15之間分別增加擋水板13，該擋水板13可使氣相水即水蒸氣通過；以及，在噴淋單元11的背離盤管裝置12的一側(如圖所示的噴淋單元11的上部區域)與空氣流通即第一冷空氣10進入盤管裝置12外表面對第一冷卻劑和液態水、水蒸氣同時進行散熱，在熱交換單元15的背離離心風機17的一側(如圖所示)部分設置可使空氣進入的風道，進而使第二冷空氣16進入熱交換單元15對部分的液態水、水蒸氣進行散熱，且噴淋單元11區域的空氣流通處、熱交換單元15區域的空氣流通處和離心風機17區域的空氣流通處相互隔開；優選採用擋風板14進行隔開(如圖2中所示)。熱交換單元15的下部連通集水槽18，該集水槽18與噴淋單元11之間設置有循環液態水的循環水泵21，以及，在集水槽18和循環水泵21之間設置過濾液態水的過濾裝置19。當然，在冷卻艙24外部還設置有連通集水槽18的雨水收集裝置20，以便收集風電機組外部的雨水加以循環使用。優選地，集水槽18上部還設有用於調節水位的水位調節裝置22，進而可充分保證本實施例中的冷卻裝置較好的循環使用。具體地，第二冷卻迴路的循環過程可為高溫氣態第一冷卻劑9通過第一流出管路循環進入冷卻艙24內的盤管裝置12中，與盤管裝置12外的噴淋單元11噴出的液態水及來自冷卻艙24外的第一冷空氣進行熱交換，則盤管裝置12內部的氣態第一冷卻劑9逐漸被液化為液態第一冷卻劑8，進而進行第一冷卻迴路的循環過程。同時，離心風機17的風力使噴淋單元11噴出的液態水全面覆蓋在盤管裝置12的外表面，增強了盤管裝置12的換熱效率。噴出的液態水和第一冷空氣吸收熱量後溫度升高，此時，部分液態水轉為水蒸氣， 且在水的蒸發過程帶走大量氣化潛熱，升溫後的熱空氣與水蒸氣在離心風機17的引導下穿過擋水板13排出，也就是說，經由擋水板13的吸收熱量後的熱空氣和水蒸氣直接通過離心風機17鼓出冷卻艙24外。此外，經由盤管裝置12外表面後吸熱升溫的高溫液態水進入熱交換單元15。熱交換單元15中的高溫液態水被另一股冷卻艙24外的冷空氣即第二冷空氣16冷卻，熱交換單元15中的液態水溫度降低後被連通熱交換單元15的集水槽18收集，再由循環水泵21送至噴淋單元11繼續循環冷卻。本實施例中的冷卻艙24中帶有雨水收集裝置20，收集所需量的雨水，經簡單淨化後按照水位調節裝置22的控制進入集水槽18以補充蒸發散失到空氣中的水分。與現有技術相比較，本實施例中的冷卻艙24可以節省較多的成本，並且本實施例所使用的離心風機17的功率較小，結構緊湊，散熱效果好，節能，同時能夠避免了冷卻艙24外風沙和鹽霧對風力發電機組核心部件的損害。上述實施例中使用的各部件的具體結構可以參照現有技術中具有相同功能的各部件的結構，本發明不對各具體部件的結構進行限定。最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於，包括 密封循環第一冷卻劑的第一冷卻迴路，該第一冷卻迴路包括依次連通的第一流入管路、一個以上的吸熱單元、第一流出管路和散熱單元；且散熱單元和第一流入管路連通組成循環的第一冷卻迴路； 用於對第一冷卻迴路的散熱單元進行冷卻的第二冷卻迴路，該第二冷卻迴路採用第二冷卻劑將散熱單元中的熱量帶走，以使散熱單元中的氣態第一冷卻劑轉換為液態第一冷卻劑。
2.根據權利要求I所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於，所述吸熱單元位於風力發電機內部、連接風力發電機的勵磁機內部或連接風力發電機的變頻器內部。
3.根據權利要求I所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於，所述散熱單元為盤管裝置。
4.根據權利要求I所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於，所述第一流入管路和吸熱單元之間設置有用於增加第一冷卻劑壓力的增壓泵。
5.根據權利要求I所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於，第一冷卻劑為 C5H2Fiqij
6.根據權利要求I所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於，第二冷卻迴路位於冷卻艙內； 第二冷卻迴路包括用於向散熱單元均勻分布液態第二冷卻劑的噴淋單元、位於噴淋單元下方用於收集液態第二冷卻劑的熱交換單元、位於噴淋單元和熱交換單元同一側的離心風機，該離心風機能與空氣流通； 在離心風機和噴淋單元之間增加擋水板，以及在離心風機和熱交換單元之間增加擋水板，該擋水板可使氣相的第二冷卻劑通過； 以及，在噴淋單元的背離散熱單元的一側與空氣流通，在熱交換單元的背離離心風機的一側部分設置可使空氣進入的開口，且噴淋單元區域的空氣流通處、熱交換單元區域的空氣流通處和離心風機區域的空氣流通處相互間隔開； 熱交換單元的下部連通集水槽，該集水槽與噴淋單元之間設置有循環液態第二冷卻劑的循環水泵。
7.根據權利要求6所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於，第二冷卻劑為水。
8.根據權利要求7所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於， 所述第二冷卻迴路還包括位於集水槽和循環水泵之間用於過濾第二冷卻劑的過濾裝置； 和/或，位於冷卻艙外部且連通於集水槽的雨水收集裝置。
9.根據權利要求8所述的用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置，其特徵在於，採用擋風板將噴淋單元區域的空氣流通處、熱交換單元區域的空氣流通處和/或離心風機區域的空氣流通處隔開； 以及，所述集水槽上部還設有用於調節水位的水位調節裝置。
10.一種風力發電機組，包括風力發電機，其特徵在於，還包括如上權利要求I至9任一項所述的用於冷卻風 力發電機組的冷卻裝置，該冷卻裝置的吸熱單元位於風力發電機內以冷卻風力發電機。
全文摘要
本發明公開了一種用於冷卻風力發電機組的冷卻裝置及風力發電機組，冷卻裝置包括密封循環第一冷卻劑的第一冷卻迴路，該第一冷卻迴路包括依次連通的第一流入管路、一個以上的吸熱單元、第一流出管路和散熱單元；且散熱單元和第一流入管路連通組成循環的第一冷卻迴路；用於對第一冷卻迴路的散熱單元進行冷卻的第二冷卻迴路，該第二冷卻迴路採用第二冷卻劑將散熱單元中的熱量帶走，以使散熱單元中的氣態第一冷卻劑轉換為液態第一冷卻劑。該冷卻裝置能夠較好的冷卻風力發電機組，其冷卻能力強、維護方便，且可保證發電機高效穩定運行。
文檔編號F01P3/18GK102678472SQ20111006631
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者劉文廣, 路計莊, 黃強 申請人:華銳風電科技(集團)股份有限公司