风力发电机组的制作方法

本实用新型属于风力发电机领域，具体地，涉及一种具有优异的散热效果的风力发电机组。

背景技术：

风力发电机组运行过程中，相对运动部件由于摩擦会产生热量，并且风机运行主要热源包括发电机、主轴承等。主轴承在接触式摩擦生热的过程中向与之连接的动、定轴扩散，进而扩散到机舱，提高了机舱的温度。随着机组发电量的提升，机组主要热源产生的热量明显升高，而产生热源部件的热扩散能力却没有相应提高，进而导致风机核心部件发电机、主轴承高温过载故障、停机频发，寿命下降。

为降低风机的温度，风冷是风机常用的冷却方式之一。现有风机风冷散热分为自然风冷和主动风冷(开式风冷和闭式风冷)。自然风冷对于小功率机组较为适用，满足机组散热需求，简单方便。当机组额定功率提升时，自然风冷无法满足机组散热需求，需要采用主动风冷以加快热源区空气流动，以主动将运行产生的热量排到外界。

此外，随MW级风机的提高，对散热的需求也越来越高，所以需加快整体表面对流热交换，强化关键部件局部对流热交换。在这种情况下，采用主动风冷是十分必要的。主动散热可分为开式散热和闭式散热。

图1是示意性地示出根据现有技术的具有开式散热器的风力发电机的局部透视图。如图1所示，根据现有技术的具有开式散热器的风力发电机包括：机舱4；塔筒3，设置在机舱4的下方；发电机2，设置在塔筒3的一侧，叶轮通过其与塔筒3连接。此外，机舱3内还包括：通风管4.1，沿机舱4的长度方向布置；散热器4.2，连接到通风管4.1的一侧，散热器4.2的下侧设置有出风口4.20；操作平台4.0位于通风管4.1和散热器4.2的上方。图1所示的具有开式散热器的风力发电机的散热原理是主动将热源区的热量通过通风管4.1输送到外界(图1中的箭头示出了散热过程中的气体流动的方向)，加快热源空气热交换、低温空气进入机组，但这样也将外界的粉尘主动输送到热源区，增大发电机、轴承的粉尘量，提高发电机、轴承故障风险，降低机组运行的可靠性；

图2是示意性地示出根据现有技术的具有闭式散热器的风力发电机的局部透视。为了描述的简洁性，现仅针对图2与图1的差别进行描述，且同样的附图标记指示同样的元件。如图2所示，根据现有技术的具有闭式散热器的风力发电机与图1中示出的风力发电机的差别在于：散热器4.2包括外循环进风口4.21、外循环出风口4.22、内循环进风口4.23和出风4.24。根据图2的具有闭式散热器的锋利发电机是将机舱内的热空气与外界的冷空气进行非接触式热交换，将冷却后的机舱冷空气输送到发电机、主轴承及动、定轴等热源(图2中示出的箭头方向分别包括内循环空气流动方向及外循环空气流动方向)，这样可避免粉尘进入发电机、主轴承，有利于提高机组运行可靠性。

此外，为避免外界粉尘进入机舱、净化进入机舱的空气、减少风机核心部件的灰尘量、降低风机运行风险以及提高风机的环境适应性能力，可采用闭式空空冷却器或具有高质量过滤器的冷却器。

当机组额定功率提升时，需求的散热器的功率也需大幅提高，从而导致散热器的结构尺寸也相应增大，进而导致机舱尺寸、重量加大。另外，当机舱尺寸、重量加大时，将不便于运输并加大了连接件的载荷。为此，合理优化机舱散热布局具有一定的实际意义和经济价值。

现有的机舱散热排布的问题主要在于：对热源单点布置散热接口，散热不均匀、不及时；散热器等柜体沿机舱轴线一字长蛇排布，这样将会加大机舱长度，增加机舱罩加工误差，降低运输的便利性；同时，上述布置也会增加机舱挠度，如图3中示出的根据现有技术的风力发电机的机舱长度增加时其机舱挠度的变化的视图所示：当机舱加长时，挠度变化由A增加到B，使机舱重心后移，降低机舱适应多工况、抵抗复杂载荷的能力；机舱长度尺寸的加大也将降低机组的整体协调性，影响机组外观；并且沿长度方向排布，使得机舱维护作业跨度大、空间小等。

现有技术专利文件CN202435195U也公开了一种风力发电机散热结构，其散热结构中的散热管道的一部分由机舱的一部分机舱壁形成。虽然这种散热结构中的散热管道的布置能够减少占用机舱内的空间，在一定程度上提高了散热效率。然而，该专利技术文献仍然存在机组散热不高、机舱部件摆放不够紧凑协调、人员维护机组作业空间狭窄的技术问题。

技术实现要素：

针对现有的机舱散热布局存在的不合理性，本实用新型提供了一种具有较为协调紧凑的机组散热布局的风力发电机，从而使机组散热更加高效、机舱部件摆放更加协调、人员维护机组作业空间更加宽敞、降低机舱罩加工、运输难度，提高机舱多工况复杂载荷适应能力，机组外观更加协调。

根据本公开的示例性实施例，所述风力发电机包括：机舱；塔筒，设置在所述机舱的下面；发电机，设置在所述机舱的一侧，叶轮(1)经由所述发电机连接到所述机舱；散热器，设置在所述机舱的另一侧，其中，所述机舱内设置有多条与所述散热器连接的通风管，并且至少一条通风管(4.1)的靠近发电机的端部具有多于一条的支管。

根据本公开的示例性实施例，所述发电机包括：发电机定子；发电机转子；多个发电机散热通风口，沿所述发电机定子的圆周布置，其中，所述发电机散热通风口的数目多于所述通风管的数目。

根据本公开的示例性实施例，所述发电机散热通风口的数目可以是通风管的数目的2倍，并且每两个相邻的发电机散热通风口可以构成一组发电机散热通风口，多组发电机散热通风口可以沿所述发电机定子的圆周均匀地布置。

根据本公开的示例性实施例，所述多条通风管可以靠近机舱的壁面设置，以扩大机舱作业空间和提高机舱内部布局协调性。

根据本公开的示例性实施例，所述风力发电机还可以包括轴承散热器。

根据本公开的示例性实施例，所述散热器和所述轴承散热器可以分别包括至少两个，其中，

所述散热器和轴承散热器可以在机舱内上下、左右空间对称布局，以缩短所述机舱的长度并协调空间尺寸比例。

根据本公开的示例性实施例，所述风力发电机还可以包括轴承内圈通风管，其中，所述轴承内圈通风管的一端可以连接到所述轴承散热器，所述轴承内圈通风管的另一端可以延伸到位于底座和叶轮门之间的空间腔体中。

根据本公开的示例性实施例，所述风力发电机还可以包括轴承外圈通风管，其中，所述轴承外圈通风管的一端可以连接到所述轴承散热器，所述轴承外圈通风管的另一端可以靠近轴承设置，其中，

所述轴承沿圆周方向可以设置有引导结构，所述引导结构可以将通过轴承外圈通风管输入的冷空气引导为围绕或部分围绕所述轴承的外周，并通过轴承外圈出风管排出所述轴承的热量。

根据本公开的示例性实施例，所述风力发电机还包括多个维护平台，所述多个维护平台多层次地布置在风力发电机的内部，便于人员维护空间不同部位的部件。

根据本公开的示例性实施例的以上方面，提供了一种具有改善了空间布局的风力发电机，并能产生不限于以下的有益技术效果：

采用空间、多点散热布局对热源进行均匀、主动散热，有效降低热源局部温度，避免因散热不均匀、局部温度过高而导致的故障；

散热器等柜体上下、左右空间对称布局，缩短机舱长度，协调空间尺寸比例，降低因机舱过长、重心后移而导致机舱挠度增加、附加载荷等；提高机舱外观尺寸比例协调性；

管道空间平稳过渡，相邻管道整合成大管道，沿机舱侧壁、顶部、中部、平台下部布置，扩大了机舱作业空间，提高机舱内部布局协调性；

多层次机舱维护作业平台，便于人员维护空间不同部位的部件；降低平台之间高度差，降低人员作业因高度过高而跌落的安全隐患。

附图说明

以下通过结合附图的示例性实施例的详细描述，本实用新型的上述和其它特征将变得明显，在附图中：

图1是示意性地示出根据现有技术的具有开式散热器的风力发电机的局部透视图；

图2是示意性地示出根据现有技术的具有闭式散热器的风力发电机的局部透视；

图3是示出当根据现有技术的风力发电机的机舱长度增加时其机舱挠度的变化的视图；

图4是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的风力发电机的局部透视图；

图5是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的发电机的沿A-A方向截取的局部剖视图；

图6是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的轴承处的散热布局视图；

图7和图8是分别示意性地示出根据本公开的示例性实施例的机舱散热布局视图。

具体实施方式

下面讨论的图1至图8以及在本专利文件中用来描述本公开的原理的各种实施例仅仅是通过说明性的方式，并且不应该被解释为以任何方式来限制本公开的范围。下面，将在这里参照附图描述示例性实施例。在下面的描述中，由于公知的功能或结构可能因不必要的细节而使本公开难以理解，所以没有详细地描述公知的功能或结构。另外，这里使用的术语根据本公开的功能来定义。因此，术语可以根据使用者的或者操作者的意图和用法而变化。也就是，这里使用的术语必须基于这里所做的描述来理解。同样的附图标记指示同样的元件。

图4示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的风力发电机的局部透视图。参照图4，根据本公开的示例性实施例的风力发电机包括：机舱4；塔筒3，设置在机舱的下方；发电机2，设置在机舱4的一侧，叶轮1通过其与机舱4连接；散热器，设置在机舱4的另一侧；通风管4.1，包括多条并设置在机舱4的内部，通风管4通过散热器4.2进行内部空气与外部空气之间的换热。

在散热器4.2中，外部空气通过散热器4.2的外循环进风口4.21进入到散热器4.2的内部，通过散热器4.2与来自通风管4.1的热气体进行非接触式热交换，并通过外循环出风口4.22排出。经散热器4.2换热后的来自通风管4.1的空气返回到机舱中。图4中的箭头方向可作为换热过程中的空气流向。

虽然图4中示出的通风管4.1包括上通风管和下通风管，然而本领域技术人员根据换实际需要可以设置多于两个通风管，例如，设置4、5、6个通风管。以下，参照图3至图7描述的是根据本公开的风力发电机的机舱中包括4个通风管的示例。

上面结合图4描述了通风管4.1与散热器4.2结合的端部，下面将对通风管4.1与发电机2结合的连接构造进行详细描述。

图5示出了沿图1的线A-A截取的剖视图。参照图4，发电机2包括发电机转子2.1和发电机定子2.2。此外，发电机2还包括多个发电机散热通风口2.3。发电机散热通风口2.3与通风管4.1连接，从而对发电机2进行主动散热，以避免因散热不均匀、不及时而导致发电机温度过高故障。

根据本公开的示例性实施例，发电机散热通风口2.3的数量可以被设置为大于1个，例如，数量可以为2、3、4、···、8个。换言之，发电机散热通风口2.3的数量可以根据实际需要来变化，且发电机散热通风口2.3的数目多于通风管4.1的数目。例如，如上所述，当机舱4中包括4个通风管4.1时，发电机散热通风管的数量可被设置为包括不小于5个，例如，6、7或8个或者更多。当发电机散热通风口2.3的数量被设置为大于通风管4.1的数量时，如以下将要参照图6描述的，可以将通风管4.1的靠近发电机2的一侧设置为具有支管。也就是说，多个通风管4.1中的至少一个通风管4.1的靠近发电机散热通风口2.3的端部可以具有多于一条的支管，即，多个通风管4.1中的至少一个的靠近发电机散热通风口2.3的端部可以包括两个或者更多个支管，从而对应地与发电机散热通风口2.3连接。

此外，发电机散热通风口2.3可以沿发电机定子2.2的圆周方向均匀地布置，这样有利于均匀高效地散热。例如，如图5中所示，当发电机散热通风口2.3的数目被设置为8个时，每两个通风口可以设置成一组，即，8个发电机散热器通风口2.3被设置成4组，且该4组通风口可以沿发电机定子的圆周均匀布置(每相邻两组通风口的最内侧或最外侧通风口之间的夹角相等)。在这种情况下，通风管4.1可以对称地或非对称地布置在机舱4内的底部、顶部和侧壁处(例如，靠近机舱4的壁面设置)。在这种情况下，优选地，通风管4.1的数目可被设置为4个，且每个通风管4.1的靠近发电机2的端部可以被设置为具有两个支管，从而每个支管对应地连接到每组发电机散热通风口2.3中的每个发电机散热通风口2.3。然而，本公开的示例性实施例不限于此。本领域技术人员根据实际需要来设计发电机散热通风口2.3的数量和布局。

以上参照图4和图5描述了根据本公开的示例性实施例的风力发电机的散热结构的基本布局，并且以上公开的技术信息仅是示例性实施方式，本领域技术人员可根据实际需要来变换各组件的数量、连接关系及布局位置，其并未超出权利要求的精神和范围。

在下文中，将对根据本公开的示例性实施例的风力发电机的轴承区和机舱的换热布局进行详细描述。

图6是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的主轴承散热布局视图；图7和图8是分别示意性地示出根据本公开的示例性实施例的机舱散热布局视图。以下，将参照图6-8来详细描述根据本公开的示例性实施例的风力发电机的轴承区和机舱的散热布局。

参照图6，包括在根据本公开的示例性实施例的风力发电机的机舱4内的轴承区设置有底座4.3、底座门4.6、叶轮门5.1、动轴5.2、轴承5.3和定轴5.5。为了描述的简洁性，并未对包括在现有技术中的轴承区的结构进行具体描述。

在上述轴承布置区中，动轴5.2与轴承5.3的内圈接触，定轴5.5与轴承5.3的外圈接触。在轴承5.3的内圈与外圈的相对运动过程中会产生热量，然而产生的热量会分别向动轴5.2、定轴5.5传导，进而扩散到机舱。在这种情况下，根据本公开的示例性实施例，在定轴5.5上可以设置轴承外圈通风口5.4，外部空气通过轴承外圈通风管4.7进入到轴承外圈通风口5.4，从而能够对定轴5.5及轴承主动进行散热，这在下面描述中将详细描述。

此外，底座门4.6、叶轮门5.1、动轴5.2、定轴5.5之间可以形成空间腔体，在这种情况下，可以在机舱4内设置轴承内圈通风管4.5，并且可以将轴承内圈通风管4.5的一端引入到轴承区的空间腔体内。通过轴承内圈通风管4.5，可以向腔体内输送冷空气，从而可以对动轴5.2、轴承5.3、定轴5.5进行主动散热。通过轴承内圈通风管4.5不断送入的冷空气可以使得腔体内的热量通过叶轮门5.1上缝隙排出腔体，从而达到散热目的。

以上结合图6描述了具有轴承内圈通风管4.5和轴承外圈通风管4.7的轴承散热布局，通过在定轴5.5上设置轴承外圈通风口5.4并与轴承外圈通风管4.7连接，能够对定轴5.5及轴承主动进行散热。另外，通过在轴承区的腔体内设置轴承内圈通风管4.5，可以使得腔体内的热量通过叶轮门上缝隙排出腔体，从而达到高效散热的目的。

以下，将参照图7和图8来描述机舱散热布局视图。

在图7和图8中，具体示出了每个通风管4.1的靠近发电机的端部包括两个支管的示例，然而图7和图8只是具体示例，通风管4.1的端部可以包括不具有支管或包括除了两个以外的其它数目的支管。通过通风管4.1的端部的支管可以从发电机散热通风口2.3(如图5所示)主动抽出具有热量的气体。每根支管可以通过连接件(例如，三通)将从如上所述的每组通风口中的相邻两通风口抽出的热空气整合到诸如一根大管道的通风管4.1中，如此，多根支管(例如，与图5中的发电机散热通风口对应的8根支管)可以整合成少于支管数目的通风管4.1(例如，4根通风管)，并且可以将通风管4.1分别布置于机舱4的上下、左右侧，这样可以降低管道排布凌乱性，从而扩大了机舱人员的活动空间。

参照图4、图5、图7和图8，通风管4.1可以连接到散热器4.2，散热器4.2布置在机舱4的与发电机2相对的另一侧，如参照图4描述的。此外，散热器4.2的布置位置以及与通风管4.1的连接方式可根据本领域技术人员的实际需要来设置。例如，根据本公开的示例性实施例，当通风管4.1在被布置为位于机舱4的轴向方向的两侧时，散热器4.2可以被布置在机舱4的与发电机2相对的一侧的轴向方向的两侧，并且位于机舱4的轴向方向的两侧的每侧通风管4.1可以连接到同一侧的散热器4.2。具体地，例如，当通风管4.1的数目为4且对称地布置在机舱4的轴向方向的左右两侧时，为了整合机舱内的空间布局，散热器4.2可以沿机舱4的对称地布置在机舱的轴向方向的两侧，位于机舱4的轴向方向的两侧的通风管4.1可以与对应地布置在机舱4的轴向方向的两侧的散热器4.2连接。然而，本公开的示例性实施例不限于此。

参照图4和图8，散热器4.2利用抽入的外部冷空气与通过通风管4.1送入的具有热量的空气进行热量交换。具体地，当散热器4.2从外部抽入冷空气时，外部空气与具有热量高于外部空气的内部空气(通过通风管4.1送入)这两部分空气进行非接触式热量交换，使得抽入的外部冷空气在散热器4.2内吸吸收内部空气的热量并升温，同时内部空气被降温。升温后的外部空气通过外循环出风口4.22排到机舱4的外部，同时降温后的内部空气进入机舱4并扩散到诸如发电机2等的热源区。

以上描述了通过通风管4.1和换热器来降低诸如发电机2等的热源区的热量。对于轴承区产生的热量，可以通过设置在轴承区的散热设备来进行散热。

具体地，参照图6、图7和图8，根据本公开的示例性实施例，在轴承区中，由底座门4.6、叶轮门5.1、动轴5.2、定轴5.5之间形成了空间腔体。在这种情况下，可以将轴承内圈通风管4.5从空间腔体的外部引入到其内部。也就是说，轴承内圈通风管4.5的一端可以与轴承散热器4.10连接(如图7所示)，轴承内圈通风管4.5的另一端可以伸入到空间腔体。通过轴承散热器4.10和轴承内圈通风管4.5可以向腔体内输送冷空气，从而可以对动轴5.2、轴承5.3、定轴5.5进行主动散热。通过轴承内圈通风管4.5不断送入的冷空气可以使得腔体内的热量通过叶轮门上缝隙排出腔体，从而达到散热目的。

此外，进一步地，还可以在轴承5.3的外侧设置轴承外圈通风管4.7。具体地，可以将轴承外圈通风管4.7的一端连接到轴承散热器4.10(如图7中所示)，并将另一端连接到例如如上所述的设置在轴承5.3的外部处的轴承外圈通风口5.4。轴承外圈通风口5.4将轴承外圈通风管4.7中的冷空气引入到轴承外侧，并例如通过引导构件将冷空气在轴承5.3的圆周方向包围或部分地包围轴承5.3。经由引导构件引入并经过轴承5.3的空气可以经由另外的通道排出到风力发电机的外部，例如，经由设置在轴承的外侧的轴承外圈出风管4.12以及下面将要描述的外圈散热出风口4.13排出到风力发电机的外部。然而，本公开的示例性实施例不限于此。

轴承散热器4.10可以包括一个或更多个。在本公开的示例性实施例中，例如，在图7中示出了轴承散热器4.10的数目为2。然而，本公开的示例性实施例不限于此。此外，轴承散热器4.10的空间布局也可以根据实际需要来布置。具体地，根据本公开的示例性实施例，例如，如图7中所示，轴承散热器4.10可以被布置为基于机舱4的轴向方向左右对称布置。然而，本公开的示例性实施例不限于此。

轴承散热器4.10可以被构造为从外部吸入冷空气并将冷空气送入轴承内圈通风管4.5和轴承外圈通风管4.7。此外，为了避免外界粉尘进入机舱、净化进入机舱的空气、减少风机核心部件的灰尘量、降低风机运行风险以及提高风机的环境适应性能力，轴承散热器4.10还可以包括设置在其中的过滤器，以对抽入的空气进行过滤。在这种情况下，轴承散热器4.10可以从外部抽入冷空气并且经过自身内部的高质量过滤器过滤后将冷空气送入轴承内圈通风管4.5和轴承外圈通风管4.7。冷空气可以分别经轴承内圈通风管4.5、轴承外圈通风管4.7输送到轴承外圈通风口5.4和空间腔体。轴承内圈通风管4.5内的空气被输送至空间腔体，从而可以对动轴5.2、轴承5.3、定轴5.5进行主动散热。通过轴承内圈通风管4.5不断送入的冷空气可以使得空间腔体内的热量通过叶轮门上缝隙排出腔体，从而达到散热目的。轴承外圈通风管4.7内的冷空气可以经由轴承外圈通风口5.4以及沿轴承5.3的圆周方向围绕定轴5.5上的引导结构分成两路并经过轴承外圈出风管4.12、隔离罩4.4再到外圈散热出风口4.13，从而可以主动排出定轴热量，以均匀、有效地降低定轴温度。

这里，隔离罩4.4是用来隔离机舱4与塔筒3空气以避免塔筒内的空气污染机舱4内的洁净空气的组件，其形状及具体设置位置可根据本领域技术人员的实际需要及工艺要求来确定。此外，从塔筒3上来的冷空气可以进入底座4.3，通过设置隔离罩4.4可以隔离机舱4与塔筒3内的空气，使从塔筒3上来的冷空气与机舱内部的热空气通过隔离罩4.4进行非接触式热交换，从而可以带走一部分机舱4内的热量。另外，从塔筒3上来的冷空气与轴承外圈出风管4.12的热空气存在温差，进而可以引导并带走轴承外圈出风管4.12内的热空气到机舱外部。

根据本公开的示例性实施例，散热器4.2与轴承散热器4.10可以采用上下、左右空间对称布局，从而能够缩短机舱轴向长度，协调空间尺寸比例。然而，本公开的示例性实施例不限于此。换言之，本公开的以上描述仅是优选的示例性实施例，本领域技术人员可以基于本公开的精神和范围来对上述结构和构造进行修改和变化。

此外，根据本公开的示例性实施例，还可以在机舱内设置多个维护平台，从而可以组成机舱空间人员作业平台。多个维护平台可以采用空间布局，进而协调了高度方向上的尺寸。

根据本公开的示例性实施例，例如，多个维护平台可以包括第一维护平台4.8、第二维护平台4.9、第三维护平台4.11和第四维护平台4.14，如图4、图7和图8中所示。这里，维护平台4.8可作为出机舱作业、上部管道及上部布置的柜体等部件的维护平台，从而可以避免人员高空作业不安全等不利条件；维护平台4.9可作为将尾部部件、柜体等的维护作业平台；维护平台4.11可以为机舱作业的主要平台，平台上部的管道可以沿其顶部走线，平台下部管道可以设置在其下部，可以将盖板制作成可打开的片体，从而便于维护平台下部小部件。此外，机舱罩底部(未示出)可作为下部维护平台，从而可对维护平台4.9和维护平台4.11以下部件进行维护，进而可以对机舱内部各部件进行分层次维护，降低平台之间高度差，便于人员上下，降低因平台高度差过大而引起的跌落安全隐患。

以上结合附图详细地描述了根据本公开的示例性实施例。根据本公开的一方面，为扩大机舱活动空间，条理化管道布局，从发电机散热通风口处引出的多个管道可以被整合为一根管道，并采用空间平稳过渡，使管道靠近机舱侧壁、顶部和平台下部。此外，由于轴承内圈散热腔体与轴承散热器4.10的接口存在较大的高度差，从轴承散热器接口引出的轴承内圈通风管4.5可以沿机舱4顶部排布，然后经隔离罩4.4、底座4.3过渡到腔体，从而能够避免两点成线式的纵穿机舱内部空间、不利于人员活动等布置。轴承内圈通风管4.5与轴承外圈通风管4.7可以并排位于机舱4中部，或者可以与通风管4.1同位于机舱顶部，从而可以提高机舱内部布局协调性。

根据本公开的另一方面，设置空间多点接口可以对热源区进行均匀、主动散热；可以散热管道布置在机舱顶部、平台下部和机舱侧壁侧处，从而可以扩大机舱内部人员活动空间；散热器等柜体上下、左右空间对称布局，能够提高机舱布局协调性；设置维护作业多层平台，能够便于人员对空间不同部位部件进行维护，从而可以降低平台之间高度差，高度跨距合理，方便人员作业。

以上描述了本公开的示例性实施例，但本公开的示例性实施例的范围不限于此。