风电机组及其齿轮箱换热装置、换热循环系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种风电机组及其齿轮箱换热装置、换热循环系统，所述换热装置包括设置于齿轮箱内部或齿轮箱的辅助油箱内部的齿轮油换热器，齿轮油换热器上设有分别用于换热介质进、出的入口和出口。换热循环系统包括齿轮箱换热装置、循环泵及介质换热器，齿轮油换热器的出口与循环泵的入口连通，循环泵的出口与介质换热器的入口连通，介质换热器的出口与齿轮油换热器的入口连通。换热循环系统还可进一步设置换向阀和加热器，从而实现冷却和加热功能集于一体。本实用新型的换热装置体积小，辅助设备少，换热循环系统换热效率高，故障率低，利于减少由于风电机组齿轮箱齿轮油泄漏造成的设备污染、着火等隐患。
【专利说明】风电机组及其齿轮箱换热装置、换热循环系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风电【技术领域】，特别是涉及风电机组及其齿轮箱换热装置、换热循环系统。
【背景技术】
[0002]随着风力发电技术的发展，机组容量越来越大。风电机组的重要部件齿轮箱在运转过程中的发热量也越来越大，需要通过散热装置将这部分热量及时散发出去，以控制齿轮箱温度在一定范围内，保证机组的安全运行。另外，在停机状态下，齿轮箱温度很低，接近环境温度，部分低温地区低于-40°C，必须通过加热装置将齿轮油加热到一定温度，保证齿轮油的流动及润滑性能，才能启动机组运行。
[0003]现有的齿轮油冷却装置及加热装置为两套独立的装置。齿轮油冷却装置通过油泵将齿轮油泵送到油-空气换热器进行热交换后，再流回齿轮箱。由于风电齿轮箱采用高粘度齿轮油，齿轮油粘度随温度变化系数大，因此需要的泵送压力高，消耗功率大，系统结构复杂，散热效率低，容易引起泄漏及污染等问题；特别在低温情况下运行，易发生油泵电机过载烧毁、联轴器损坏等故障。另一种冷却方式采用油-水换热器，进行换热后，再对冷却液进行散热。由于油-水换热器置于齿轮箱外部，同样存在齿轮油的泵送及泄漏问题。同时，油-水换热器采用板式换热器，耐压力及腐蚀性能差，极易造成泄漏，泄漏后油水混合会对齿轮箱造成严重损坏。
[0004]齿轮箱加热器通常采用齿轮箱内置电加热管，加热管浸入在齿轮油内。采用这种加热方式，由于齿轮油粘度高，流动性差，加热管表面温度及功率密度受到限制，加热管表面温度过高或功率密度太大容易造成齿轮油分解碳化。因此加热器体积大，效率低，且存在加热时间长，加热不均匀等问题。
[0005]由此可见，上述现有的风电机组齿轮箱换热装置及换热循环系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设出体积小，辅助设备少，换热效率高，可以集加热和冷却功能于一体的新型风电机组齿轮箱换热装置，实属当前重要研发课题之一。
实用新型内容
[0006]本实用新型的一个目的是提供一种风电机组齿轮箱换热装置，使其换热效率高，体积小，辅助设备少，故障率低，利于减少齿轮油泄漏造成的设备污染、着火等隐患，从而克服现有的齿轮油换热装置体积大，油泵、管路等辅助设备多，系统结构复杂，消耗功率大，换热效率低的不足。
[0007]本实用新型的又一个目的是提供一种包括上述风电机组齿轮箱换热装置的换热循环系统，系统故障率低，换热效率高。
[0008]本实用新型的再一个目的是提供一种应用上述齿轮箱换热循环系统的风电机组。
[0009]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0010]一种风电机组齿轮箱换热装置，包括齿轮油换热器，所述齿轮油换热器设置于所述齿轮箱内部或所述齿轮箱的辅助油箱内部，所述齿轮油换热器上设有分别用于换热介质进、出的入口和出口。
[0011]进一步地，所述齿轮油换热器设置于所述齿轮箱底部或所述齿轮箱的辅助油箱底部。
[0012]进一步地，所述齿轮油换热器为铜管换热器。
[0013]进一步地，所述铜管换热器的铜管上安装有翅片。
[0014]一种风电机组齿轮箱换热循环系统，包括所述的齿轮箱换热装置，还包括循环泵及介质换热器，所述齿轮油换热器的出口与所述循环泵的入口连通，所述循环泵的出口与所述介质换热器的入口连通，所述介质换热器的出口与所述齿轮油换热器的入口连通。
[0015]进一步地，还包括换向阀及加热器，所述换向阀设置于所述循环泵与所述介质换热器之间，所述加热器设置于所述换向阀与所述齿轮油换热器之间，所述换向阀的第一出口与所述介质换热器的入口连通，所述换向阀的第二出口与所述加热器的入口连通。
[0016]进一步地，所述介质换热器的出口与所述加热器的入口连通，所述换向阀的第二出口连通于所述介质换热器的出口与所述加热器的入口之间的连通管道。
[0017]进一步地，所述加热器为管式加热器。
[0018]进一步地，所述换向阀为自动温控阀或电动阀。
[0019]一种风电机组，包括齿轮箱，所述齿轮箱应用所述的风电机组齿轮箱换热循环系统。
[0020]由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点:
[0021](I)采用本实用新型的齿轮箱换热装置，替代原有的齿轮箱散热及加热装置，能大大减小齿轮箱换热装置的体积，提高齿轮油换热效率。由于换热器内置于齿轮箱内部，减少油泵、管路等辅助设备，减少齿轮油泄漏造成的设备污染、着火等隐患，同时减少原有齿轮油循环冷却系统故障率，并有利于风力发电机组标准化、模块化设计。
[0022](2)齿轮油换热器为铜管换热器，有更高的耐压及耐腐蚀能力，可保证换热器寿命，防止换热器腐蚀等问题造成渗漏，引起油水混合造成齿轮箱的严重损坏。进一步设有翅片可帮助提尚换热效率。
[0023](3)换热循环系统的元器件获得容易，数量少，控制简单，且循环管道连接关系简单，易于安装操作。
[0024](4)换热循环系统可实现高温时对齿轮油进行冷却，低温环境下还能对齿轮油加热，将冷却和加热功能集为一体，起到原有散热及加热两套装置的作用，并且克服了现有技术中加热器体积大，效率低，加热时间长，加热不均匀，易引起齿轮油分解碳化等缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]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。
[0026]图1是本实用新型的风电机组齿轮箱换热装置结构示意图。
[0027]图2是本实用新型的换热循环系统的连接示意图。
【具体实施方式】
[0028]请参阅图1所示，本实用新型提供一种风电机组齿轮箱换热装置，包括齿轮油换热器，齿轮油换热器设置于所述齿轮箱13内部或所述齿轮箱的辅助油箱内部，齿轮油换热器上设有分别用于换热介质进、出的入口和出口。
[0029]优选地，齿轮油换热器安装于齿轮箱13底部或齿轮箱辅助油箱底部，并浸于齿轮油中，直接与齿轮油进行热交换。
[0030]优选地，齿轮油换热器采用铜管换热器。进一步地，为了更好地提高换热效率，齿轮油换热器的铜管11上可安装铜翅片12，以进一步增加换热面积。采用铜管11及铜翅片12换热，具有更高的耐压及耐腐蚀能力，可保证换热器寿命，防止换热器腐蚀等问题造成渗漏，引起油水混合造成齿轮箱的严重损坏。
[0031]工作时，该换热装置通过铜管换热器及换热器内流动的冷却液与齿轮油进行热交换，再由冷却液将热量散发到外部空间。
[0032]由于齿轮油换热器内置于齿轮箱13底部，并浸入在齿轮油中，换热过程不需要对齿轮油进行泵送，只需要对冷却液进行循环泵送换热。由于冷却液的粘度很低，并且粘度随温度变化小，采用传统的离心泵就能够泵送。另外冷却液的比热容大，相同体积的冷却液比齿轮油能带走更多的热量，因此换热效率高。采用此换热技术能解决原有技术泵送压力高、消耗功率大，系统结构复杂，散热效率低，故障率高，容易引起泄漏及污染等问题。
[0033]请配合参阅图2，本实用新型还提供一种风电机组齿轮箱换热循环系统，包括上述的齿轮箱换热装置，还包括循环泵I及介质换热器3，其中，齿轮油换热器5的出口与循环泵I的入口连通，循环泵I的出口与介质换热器3的入口连通，介质换热器3的出口与齿轮油换热器5的入口连通。
[0034]进一步地，通过设置换向阀2及加热器4，还可实现对齿轮油进行冷却和加热的切换。所述换向阀2设置于循环泵I与介质换热器3之间，所述加热器4设置于换向阀2与齿轮油换热器5之间。循环泵I的出口与换向阀2的入口连通，换向阀2的第一出口与介质换热器3的入口连通，换向阀2的第二出口与加热器4的入口连通。其中，换向阀2的作用为:齿轮油冷却过程，换向阀2切换冷却液通向介质换热器3，介质换热器3对吸收齿轮油热量后的高温冷却液进行散热，散热后低温冷却液重新流向齿轮箱，从而对齿轮油进行冷却；齿轮油加热过程，换向阀2切换冷却液直接通向加热器4，而不通过介质换热器3循环，可减少加热器热量的损失。
[0035]优选地，如图2所示，介质换热器3的出口与加热器4的入口连通，换向阀2的第二出口连通于介质换热器3的出口与加热器4的入口之间的连通管道上。在齿轮油冷却过程，加热器4不通电，冷却液虽然流经加热器4，但不被加热；齿轮油加热过程，加热器4通电，冷却液被加热器4加热后，通过循环泵I循环后通过齿轮油换热器5加热齿轮油。按此原理进行齿轮油加热和冷却的切换。
[0036]换热循环系统中所列元器件，除齿轮油换热器5需要加工定做外，其余元器件均可选用标准元器件。换向阀2可采用自动温控阀或电动阀；冷却液加热器4可采用通用管式加热器；介质换热器3可采用标准板式换热器，利用冷却液-空气换热，直接将热量散发到外部空气中。
[0037]通过上述设置，本实用新型的齿轮油换热循环系统，可根据齿轮油的实时温度，通过对换热循环系统换向阀及加热器的控制，实现对齿轮油进行冷却和加热的切换，以保证齿轮油在正常的工作温度范围内。
[0038]该系统高温时对齿轮油进行冷却，同时在低温环境下还能对齿轮油加热，将对齿轮油的冷却和加热功能集为一体，起到原有散热及加热两套装置的作用，并且所用元器件数量少，控制简单。克服了现有技术中加热器体积大，效率低，加热时间长，加热不均匀，易引起齿轮油分解碳化等缺陷。
[0039]上述换热循环系统为较简化的结构形式，本实施例所列换热循环系统只对采用此方案的齿轮油冷却循环，对于发电机和变频器也采用冷却液冷却的方式，可进一步组成集中换热循环系统。
[0040]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。
【权利要求】
1.一种风电机组齿轮箱换热装置，其特征在于，包括齿轮油换热器，所述齿轮油换热器设置于所述齿轮箱内部或所述齿轮箱的辅助油箱内部，所述齿轮油换热器上设有分别用于换热介质进、出的入口和出口。
2.根据权利要求1所述的风电机组齿轮箱换热装置，其特征在于，所述齿轮油换热器设置于所述齿轮箱底部或所述齿轮箱的辅助油箱底部。
3.根据权利要求1所述的风电机组齿轮箱换热装置，其特征在于，所述齿轮油换热器为铜管换热器。
4.根据权利要求3所述的风电机组齿轮箱换热装置，其特征在于，所述铜管换热器的铜管上安装有翅片。
5.一种风电机组齿轮箱换热循环系统，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的齿轮箱换热装置，还包括循环泵及介质换热器，所述齿轮油换热器的出口与所述循环泵的入口连通，所述循环泵的出口与所述介质换热器的入口连通，所述介质换热器的出口与所述齿轮油换热器的入口连通。
6.根据权利要求5所述的风电机组齿轮箱换热循环系统，其特征在于，还包括换向阀及加热器，所述换向阀设置于所述循环泵与所述介质换热器之间，所述加热器设置于所述换向阀与所述齿轮油换热器之间，所述换向阀的第一出口与所述介质换热器的入口连通，所述换向阀的第二出口与所述加热器的入口连通。
7.根据权利要求6所述的风电机组齿轮箱换热循环系统，其特征在于，所述介质换热器的出口与所述加热器的入口连通，所述换向阀的第二出口连通于所述介质换热器的出口与所述加热器的入口之间的连通管道。
8.根据权利要求6所述的风电机组齿轮箱换热循环系统，其特征在于，所述加热器为管式加热器。
9.根据权利要求6所述的风电机组齿轮箱换热循环系统，其特征在于，所述换向阀为自动温控阀或电动阀。
10.一种风电机组，包括齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱应用权利要求5-9中任一项所述的风电机组齿轮箱换热循环系统。
【文档编号】F16H57/04GK204239723SQ201420632123
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】周世东, 张海涛, 王博 申请人:龙源（北京）风电工程技术有限公司