一种风电机组及其混合式冷却系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种风电机组及其混合式冷却系统，所述混合式冷却系统用于风电机组的发热部件的冷却降温，包括支架、换热器、换热风扇、电机、测温装置以及控制器，所述换热器及换热风扇安装在所述支架上且位置相对，所述电机连接并驱动所述换热风扇，所述测温装置用于测量所述发热部件的温度数据，并将所述温度数据传送给所述控制器，所述控制器根据接收到的所述温度数据控制所述电机的启闭。本实用新型的混合式冷却系统能够在不加大结构尺寸和重量的前提下，满足更高的散热需求，同时在保证机组正常工作基础上，降低机组自耗电。
【专利说明】
一种风电机组及其混合式冷却系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及风电技术领域，特别是涉及一种风电机组及其混合式冷却系统。
【背景技术】
[0002]随着风电机组单机容量的不断增长，大功率的兆瓦级机组的发电机、变流器与齿轮箱等发热部件的散热量越来越大，为了提升换热效率，整机厂大都倾向于使用水冷系统。水冷系统使用冷却液通过管路，将发热部件的热量带至机舱外的换热器，冷却液与舱外空气进行热交换后，低温冷却液再次流经发热部件进行冷却。冷却液与舱外空气的热交换分为自然换热与强制换热两种方式，前者依靠环境风与冷却液进行热交换；后者利用风扇对环境风进行加速，使与冷却液进行热交换的风量显著增大。根据热交换原理可知，强制换热的换热效率比自然换热显著增加。
[0003]目前，大功率的兆瓦级风电机组多采用自然换热的水冷系统方案，但是随着单机容量的增加，满足发热部件散热要求的换热器外形尺寸与重量不断增大，换热器的安装和支撑结构对机舱强度的要求已经近于苛刻。但是如果仍然采用原有较小功率的兆瓦级机组所用换热器，低风速下的热交换量则无法满足散热需求。因此，既满足机舱强度要求，又符合低风速下的散热需求的水冷系统方案成为大功率兆瓦级风电机组开发的一个瓶颈，亟需突破。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种风电机组及其混合式冷却系统，所述混合式冷却系统能够在不加大换热器结构尺寸和重量的前提下，满足风电机组更高的散热需求，同时在保证风电机组正常工作基础上，降低机组自耗电。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]—种风电机组的混合式冷却系统，用于风电机组的发热部件的冷却降温，包括支架、换热器、换热风扇、电机、测温装置以及控制器，所述换热器及换热风扇安装在所述支架上且位置相对，所述电机连接并驱动所述换热风扇，所述测温装置用于测量所述发热部件的温度数据，并将所述温度数据传送给所述控制器，所述控制器根据接收到的所述温度数据控制所述电机的启闭。
[0007]作为进一步地改进，所述支架包括换热器安装支架和换热风扇安装支架，所述换热器安装支架为框型支架，所述框型支架的两侧边沿上分别设有凸出部，所述换热风扇安装支架为板状支架，所述板状支架的两端分别与所述凸出部固定连接。
[0008]所述测温装置为温度传感器。
[0009]还包括用于罩在所述换热风扇外部的隔栅。
[0010]—种风电机组，包括所述的混合式冷却系统。
[0011]由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点:
[0012]针对大功率兆瓦级风电机组冷却系统设计的技术瓶颈，本实用新型所涉及的混合式冷却系统技术方案，可以有效解决换热功率大与机舱强度不足的矛盾冲突；同时在高风速条件下可以降低风电机组的自耗电，为增加发电效益提供一定的帮助。
【附图说明】
[0013]上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
[0014]图1是本实用新型的风电机组的混合式冷却系统结构示意图。
[0015]图2是低风速与高风速下的自然换热工况的空气流向示意图。
[0016]图3是中间风速下的强制换热与自然换热的混合工况的空气流向示意图。
[0017]图4是不同风速条件下的三种换热方式的对比结果。
【具体实施方式】
[0018]针对目前大功率兆瓦级风电机组水冷系统结构尺寸与重量同机舱强度相对不足的矛盾，本实用新型提出一种风电机组的混合式冷却系统，可实现对风电机组的加热部件进行自然换热与强制换热混合冷却方式。
[0019]请参阅图1所示，本实用新型的风电机组的混合式冷却系统，主要包括支架、换热器2、换热风扇3、电机5、测温装置(图中未示出)以及控制器(图中未示出)。其中，所述换热器2及换热风扇3安装在所述支架上且位置相对，所述电机5连接并驱动所述换热风扇3，所述测温装置用于测量风电机组发热部件的温度数据，并将所述温度数据传送给所述控制器，所述控制器根据接收到的所述温度数据控制所述电机5的启闭，从而控制换热风扇3的启闭。
[0020]具体地，如图1所示，所述支架包括换热器安装支架I和换热风扇安装支架6，所述换热器安装支架I为框型支架，该支架用于与机舱连接，换热器2通过螺栓连接到换热器支架I上，换热器2的上设有冷却液/油进口 21、冷却液/油出口 22。换热器安装支架I的两侧边沿上分别设有凸出部，所述换热风扇安装支架6为板状支架，该板状支架的两端分别与所述凸出部通过螺栓固定连接。换热风扇3及电机5通过螺栓安装于换热风扇安装支架6上。换热风扇3外部还罩有隔栅4。隔栅4安装在换热风扇安装支架6上。
[0021]本实用新型的风电机组的混合式冷却系统实际应用时包括三种工况:低风速下的自然换热工况、中间风速下的强制换热与自然换热的混合工况，以及高风速下的自然换热工况。低风速与高风速下的自然换热工况的空气流向分别如图2所示，中间风速下的强制换热与自然换热的混合工况的空气流向如图3所示，其中空心箭头表示冷空气，小的实心箭头表示自然换热后的热空气，大的实心箭头表示强制换热后的热空气。
[0022]低风速的自然换热工况(发热部件监测温度未达到电机5启动触发温度时)下，换热风扇3不启动，发热部件完全依靠环境风进行热交换。冷却液/油流经换热器2，与换热器2周围的空气进行热交换。冷空气由上风向穿过换热器2，吸收换热器2内部冷却液/油的一部分热量，转化为热空气，由环境风产生的换热器2前后压差，使热空气排向下风向。
[0023]中间风速的强制换热工况(发热部件监测温度达到电机5启动触发温度以上时)下，换热风扇3启动，依靠换热风扇3提供的上下风向的压差，显著增大通过换热器2中间部分的空气流量，根据热交换原理，这种混合方式的换热功率比自然换热方式的换热功率高，可以满足发热部件在中间风速下的散热需求。
[0024]高风速的自然换热工况(发热部件监测温度下降到电机5关闭触发温度以下时)下，换热风扇3关闭，发热部件完全依靠环境风进行热交换。冷却液/油流经换热器2，与换热器2周围的空气进行热交换。冷却系统再次恢复自然换热方式进行热交换，此时环境风提供的空气流量可以满足发热部件散热需求，不再需要启动换热风扇3。
[0025]根据传热方程与热平衡方程可知，对于换热面积相等的同种换热器，冷流体的流量越大，换热器的换热功率就越高;对于面积不等的同种换热器，冷流体的流量越大，换热器的换热效率越高。同时由于自然换热方式的冷却风量不足，导致大功率兆瓦级换热器的体积重量越来越大，已经超出机舱强度许可的范围。为此，本实用新型将自然换热与强制换热两种方式有机结合，可以在使用满足机舱强度要求的换热器条件下，尽量减少风电机组冷却系统的耗电量。
[0026]本实用新型所用的混合换热方式，与自然换热方式采用相同的换热器，在不同风速条件下的对比如图4所示。由图4可见，发热部件的散热量在超过切入风速后，随着风速增加而增大；当达到额定风速后由于发电功率不再增长，散热量趋于定值不再增加。自然换热方式在低风速条件下，因为发热部件的散热量较低，环境风提供的空气流量能够满足散热需求;但达到中间风速阶段，发热部件的散热量增长速度超过换热器的热交换量增长速度，使得中间风速条件下的换热器所能提供的热交换量低于发热部件的散热量，打破热平衡，导致发热部件过热故障；伴随风速继续增长到高风速阶段，发热部件的散热量由于机组容量限制而趋于定值，而换热器所能提供的热交换量却仍然继续增加，因而在高风速条件下换热器再次满足发热部件的散热需求。
[0027]综上所述，本实用新型的混合式冷却系统采用混合换热方式，在低风速条件下，自然换热方式能够满足散热需求时，风扇关闭，依靠自然换热方式进行热交换；当达到中间风速阶段，流经发热部件的冷却液/油监测温度达到换热风扇的电机启动触发温度以上时，换热风扇启动，提高换热器所能提供的热交换量，满足发热部件的散热需求，以保证发热部件的正常工作；当风速进一步增大到高风速阶段，流经发热部件的冷却液/油监测温度降至换热风扇的电机关闭触发温度以下时，换热风扇关闭，恢复到完全依靠环境风的自然换热方式进行热交换，从而降低由换热风扇启动导致的自耗电。
[0028]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种风电机组的混合式冷却系统，用于风电机组的发热部件的冷却降温，其特征在于，包括支架、换热器、换热风扇、电机、测温装置以及控制器，所述换热器及换热风扇安装在所述支架上且位置相对，所述电机连接并驱动所述换热风扇，所述测温装置用于测量所述发热部件的温度数据，并将所述温度数据传送给所述控制器，所述控制器根据接收到的所述温度数据控制所述电机的启闭。2.根据权利要求1所述的一种风电机组的混合式冷却系统，其特征在于，所述支架包括换热器安装支架和换热风扇安装支架，所述换热器安装支架为框型支架，所述框型支架的两侧边沿上分别设有凸出部，所述换热风扇安装支架为板状支架，所述板状支架的两端分别与所述凸出部固定连接。3.根据权利要求1所述的一种风电机组的混合式冷却系统，其特征在于，所述测温装置为温度传感器。4.根据权利要求1所述的一种风电机组的混合式冷却系统，其特征在于，还包括用于罩在所述换热风扇外部的隔栅。5.—种风电机组，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的混合式冷却系统。
【文档编号】F03D80/60GK205714604SQ201620535621
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】董礼, 康涛
【申请人】国电联合动力技术有限公司