採用蒸發循環冷卻的風力發電機的製作方法

2023-07-24 08:47:11

專利名稱：採用蒸發循環冷卻的風力發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用蒸發循環冷卻的風力發電機，屬風力發電機技術領域。
背景技術：
作為可再生能源技術中最成熟的風力發電，對於應對大量使用傳統化石燃料能源所帶來的迫在眉梢的自然環境、社會危機，是個切實可行的解決方案。在全世界範圍內，風力發電正迅速並持續地發展著，在過去的20多年裡，風力發電機的單臺最大功率已由原來的幾十千瓦到如今的2500千瓦，正朝著單機5000千瓦的目標邁進，採用多臺機組併網發電的風電場功率可達百萬千瓦，已成為能源供應鏈中的重要組成部分，而不再是可有可無的補充能源。我國幅員遼闊，風能資源十分豐富，隨著科學技術的不斷進步，風力發電的經濟性不斷改善，加之我國已把可再生能源作為我國能源戰略的重要組成部分，風力發電擁有巨大的潛在市場。
為了實現風力發電機高效、穩定、安全的長期運行，需在風力發電機系統中配置必要的冷卻措施，以保證齒輪箱、發電機及控制變頻器等部件在一定的溫度範圍內工作。目前對這些部件的冷卻普遍採用強制風冷和水冷方式，其中強制風冷適用於功率低於750kW的小型發電機組，而對於功率大於750kW的風電機組，則需採用循環水冷的方式才能滿足冷卻的要求。隨著風力發電機組向大型化方向的進一步邁進，其運行過程中產生的熱量將急劇增加，對冷卻系統提出了更為苛刻的要求，傳統意義上的冷卻方式將很難達到冷卻的需求，為此十分有必要發展基於其它冷卻方式的風力發電機系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種製冷量大、調節能力強、穩定性好，能夠滿足大功率冷卻需求的採用蒸發循環冷卻的風力發電機。
它包括臺架、風輪、低速軸、齒輪箱、齒輪箱換熱器、高速軸、控制變頻器、控制變頻器換熱器、發電機、發電機換熱器、冷卻介質換熱器、冷卻介質、循環泵、冷卻介質進水管、冷卻介質回水管和機艙蓋；其特徵是還包括設置在機艙蓋外的蒸發循環制冷機，該蒸發循環制冷機製造的冷量通過冷卻介質換熱器傳遞給冷卻管路中的冷卻介質冷卻，再由冷卻介質循環流經齒輪箱換熱器、發電機換熱器和控制變頻器換熱器，將它們產生的熱量帶走，保證風力發電機組高效、穩定、安全的長期工作。
與目前採用的強制風冷、水冷風力發電機相比，具有製冷量大、調節能力強、穩定性好等突出優點，能夠滿足大功率冷卻需求，為研製新一代大功率風力發電機組奠定基礎。此外，由於制冷機能夠提供更低的冷卻溫度，可以提供風力發電機所需的最佳工作溫度，從而大幅提高風力發電效率。


圖1是採用蒸發循環冷卻的風力發電機示意圖。
圖1中標號名稱1、臺架，2、風輪，3、低速軸，4、齒輪箱，5、齒輪箱換熱器，6、高速軸，7、控制變頻器，8、控制變頻器換熱器，9、發電機，10、發電機換熱器，11、冷卻介質換熱器，12、蒸發循環制冷機，13、冷卻介質，14、循環泵，15、冷卻介質進水管，16、冷卻介質回水管，17、機艙蓋。
具體實施例方式
根據圖1所示，本發明的採用蒸發循環冷卻的風力發電機包括臺架1、風輪2、低速軸3、齒輪箱4、齒輪箱換熱器5、高速軸6、控制變頻器7、控制變頻器換熱器8、發電機9、發電機換熱器10、冷卻介質換熱器11、冷卻介質13、循環泵14、冷卻介質進水管15、冷卻介質回水管16和機艙蓋17；其特徵是還包括設置在機艙蓋17外的蒸發循環制冷機12，該蒸發循環制冷機12製造的冷量通過冷卻介質換熱器11傳遞給冷卻管路中的冷卻介質13，再由冷卻介質13循環流經齒輪箱換熱器5、發電機換熱器10和控制變頻器換熱器8，將它們產生的熱量帶走，保證風力發電機組高效、穩定、安全的長期工作。
風力發電機工作時，風輪2在風力驅動下旋轉，其轉速通過低速軸3傳至齒輪箱4進行增速，經過增速的高速軸6與發電機9內部的轉子聯接，帶動轉子高速旋轉並切割磁力線產生電勢能，與此同時為了避免風力變化時因發電機9轉速波動引起的供電頻率改變，確保送到供配電系統的電力滿足併網要求，還需要配備控制變頻器7對供電頻率進行自動調節。在上述發電機組工作過程中，齒輪箱4、發電機9、控制變頻器7會產生大量的熱量，如果沒有適當的冷卻措施，當溫度超過一定範圍時將會引起燒毀的嚴重後果。為了確保這些部件在允許的工作溫度範圍內工作，保證發電機組安全運行，可在齒輪箱4、發電機9及控制變頻器7外部分別設置齒輪箱換熱器5、發電機換熱器10及控制變頻器換熱器8，由流經各換熱器的冷卻介質將以上部件產生的熱量帶走。溫度升高後的冷卻介質經過冷卻介質換熱器11，與設置在機艙蓋外的蒸發循環制冷機16製造的冷量進行熱量交換降溫，然後對各部件進行下一輪循環冷卻，從而保證了風力發電機組高效、穩定、安全的長期工作。
與目前採用強制風冷、水冷的風力發電機相比，採用蒸發循環冷卻的風力發電機雖然增加了蒸發循環制冷機和各部件換熱器的費用以及制冷機對冷卻介質進行冷卻所需要的能耗，但它具有製冷量大、調節能力強、穩定性好等突出優點，能夠滿足大功率冷卻需求，為研製新一代大功率風力發電機組奠定基礎。此外，由於制冷機能夠提供更低的冷卻溫度，因此可以保證風力發電機最佳運行工況所需的溫度，一方面大幅提高風力發電效率，另一方面還能延長設備的使用壽命，從而減少設備的維修費用及更換費用，提高了風力發電的經濟性。
權利要求
1.一種採用蒸發循環冷卻的風力發電機，它包括臺架(1)、風輪(2)、低速軸(3)、齒輪箱(4)、齒輪箱換熱器(5)、高速軸(6)、控制變頻器(7)、控制變頻器換熱器(8)、發電機(9)、發電機換熱器(10)、冷卻介質換熱器(11)、冷卻介質(13)、循環泵(14)、冷卻介質進水管(15)、冷卻介質回水管(16)和機艙蓋(17)；其特徵是還包括設置在機艙蓋(17)外的蒸發循環制冷機(12)，該蒸發循環制冷機(12)製造的冷量通過冷卻介質換熱器(11)傳遞給冷卻管路中的冷卻介質(13)，再由冷卻介質(13)循環流經發電機換熱器(10)、齒輪箱換熱器(5)和控制變頻器換熱器(8)，將它們產生的熱量帶走。
全文摘要
一種採用蒸發循環冷卻的風力發電機，屬風力發電機技術領域。主要包括風輪(2)、低速軸(3)、齒輪箱(4)、齒輪箱換熱器(5)、高速軸(6)、控制變頻器(7)、控制變頻器換熱器(8)、發電機(9)、發電機換熱器(10)、冷卻介質換熱器(11)、冷卻介質(13)、循環泵(14)；其特徵是還包括蒸發循環制冷機(12)，它製造的冷量通過冷卻介質換熱器(11)傳遞給冷卻介質(13)，再由冷卻介質循環流經發電機換熱器、齒輪箱換熱器和控制變頻器換熱器，將它們產生的熱量帶走，保證風力發電機組高效、穩定、安全的長期工作。與目前採用的強制風冷、水冷風力發電機相比，具有製冷量大、調節能力強、穩定性好等突出優點。
文檔編號F03D11/00GK1834454SQ200610039658
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月19日 優先權日2006年4月19日
發明者蔣彥龍, 元偉偉, 李華林, 許磊 申請人:南京航空航天大學