一种用于风力发电减速齿轮箱的联合散热装置及方法与流程

本发明涉及风力发电机组领域，具体指一种用于风力发电减速齿轮箱的联合散热装置及方法。

背景技术：

风力发电能够成为中国电源结构的重要组成部分，发展风电有利于调整能源结构。目前中国的电源结构中75％是煤电，排放污染严重，增加风电等清洁电源比重刻不容缓。尤其在减少二氧化碳等温室气体排放，缓解全球气候变暖方面，风电是有效措施之一。从长远看，中国常规能源资源人均拥有量相对较少，为保持经济和社会的可持续发展，必须采取措施解决能源供应。

风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组是将风能转化为电能的机械。风轮是风电机组最主要的部件，由桨叶和轮毂组成。桨叶具有良好的空气动力外形，在气流作用下能产生空气动力使风轮旋转，将风能转换成机械能，再通过齿轮箱增速驱动发电机，将机械能转变成电能。

相比于其他发电方式，风力发电具有一定的优势：(1)风力发电是一种干净无污染的可再生自然资源，取之不尽用之不竭，没有常规能源(煤电、油电、核电)会造成环境污染问题；(2)风电技术日趋成熟，产品质量可靠，能源利用率达95％以上；(3)经济效益日益提高，发电成本低。

同时风力发电也存在一些缺点：(1)噪声大,视觉污染，需建设在人烟稀少且风能较大的地区；(2)占用大片土地；(3)风能不稳定,不可控；(4)目前成本仍然很高；(5)影响鸟类生活；(6)关键技术仍需大力研发，尤其是风力发电减速齿轮箱在夏天风机降档和停机问题：因齿轮油温度太高，风电机组设定齿轮油温度超过75℃时降挡使用，超过90℃停机。

技术实现要素：

本发明的目的是解决风力发电减速齿轮箱在夏天风机降档和停机问题，提供了一种用于风力发电减速齿轮箱的联合散热装置及方法，解决现有散热系统由于空气热容低，不能满足散热要求的问题，有效使装置在温度较高的情况下可以正常运转。

本发明采用的技术方案是：

一种用于风力发电减速齿轮箱的联合散热装置，包括齿轮油箱、出油截止阀、电动液压油泵、高压安全阀、细虑器、中压安全阀、粗虑器、第一散热器、回油截止阀、热交换水箱、电动水泵、第二散热器、控制单元；

所述出油截止阀进油口和所述齿轮油箱出油口连接，所述出油截止阀出油口和所述电动液压油泵进油口连接，所述高压安全阀连接在所述电动液压油泵两端，所述电动液压油泵出油口和所述细虑器进油口连接，所述中压安全阀连接在所述细虑器两端，所述细虑器出油口和所述粗虑器进油口连接，所述粗滤器出油口连接所述第一散热器的进油口，所述第一散热器的出油口连接所述热交换水箱进油口，所述热交换水箱出油口连接所述回油截止阀进油口，所述回油截止阀出油口连接所述齿轮油箱进油口，形成油液回路；所述热交换水箱内部通过管路连接进油口和出油口；热交换水箱的箱体上还设有进水口和出水口，所述热交换水箱内部充满冷却水；所述出水口通过管路连接电动水泵进水口，电动水泵出水口通过管路连接第二散热器进水口，第二散热器出水口连接热交换水箱进水口，形成冷却水回路；

所述电动液压油泵、所述电动水泵均通过信号线和控制单元进行数据连接；控制单元用于控制电动液压泵的转速、所述电动水泵的转速。

进一步，还包括第一温度传感器、第一流量传感器、第一电动冷却风扇，第二温度传感器、第二流量传感器、第二电动冷却风扇；

所述第一温度传感器、所述第一流量传感器设置在第一散热器进油口处的管路内，所述第一电动冷却风扇作用于第一散热器以辅助散热；所述第一温度传感器、第一流量传感器、所述第一电动冷却风扇均与所述控制单元相连；所述控制单元根据第一温度传感器、第一流量传感器的信息实时调节第一电动冷却风扇的转速；

所述第二温度传感器、所述第二流量传感器设置在热交换水箱出水口处的管路内，所述第二电动冷却风扇作用于第二散热器以辅助散热；所述第二温度传感器、第二流量传感器、所述第二电动冷却风扇均与所述控制单元相连；所述控制单元根据第二温度传感器、第二流量传感器的信息实时调节第二电动冷却风扇的转速和电动水泵的转速。

进一步，还包括压差继电器，所述压差继电器并联在所述细滤器和所述粗滤器串联后的两端，用于监测细滤器和粗滤器串联后两端的工作状态，压力是否异常。

进一步，还包括压力表，所述压力表设置所述回油截止阀的进口端管路上。

进一步，还包括温控阀，所述温控阀连接在粗滤器和回油截止阀之间。

进一步，所述出油截止阀和所述齿轮油箱之间通过冷却油管连接；所述出油截止阀和所述电动液压泵之间、所述电动液压泵和所述细滤器之间、所述细滤器和所述粗滤去之间均通过管路连接。

进一步，所述热交换水箱内部的管路为曲线形。

根据所述装置，本发明还提出了一种散热方法，包括如下：

所述散热装置根据冷却润滑油液分度的不同分为4种工作模式：低温、高压、中/低压、高温；具体地：

(a)每次开机工作前，先启动发电系统的润滑与冷却装置，待各润滑点充分得到润滑后在启动齿轮箱工作；等系统处于低温冷启动状态，先通过齿轮箱中的加热装置，将齿轮油加热再启动机器。

(b)刚开机时齿轮油温度较低，齿轮油的粘度大，造成系统内压力升高，装置在高压状态，此状态下齿轮油通过高压安全阀直接与电动液压油泵构成回路，加速齿轮油的循环，使油温迅速升高，降低装置内的压力；

(c)随着齿轮油的循环，齿轮油温度不断升高，管路中的压力逐渐降低，装置工作在中低压状态，此状态下高压安全阀自动关闭，中压安全阀自动打开，齿轮油一部分依次经过出油截止阀、电动液压油泵、细滤器、粗过滤器、温控阀、回油截止阀流回齿轮油箱，另一部分还通过第一散热器、热交换水箱之后流回齿轮油箱；

(d)当齿轮油温度进一步升高后，装置工作在低压状态，此状态下中压安全阀自动关闭，齿轮油经过两级过滤器后流回齿轮箱构成回路；此状态下如果油温升高，则电动液压油泵的流量增大；

(e)系统长时间运行后，导致齿轮油油温处于高温状态，此状态下，温控阀关闭，齿轮油先经过两级过滤器过滤、第一散热器散热后进入热交换水箱，在热交换水箱内将多余的热量传递给冷却水，冷却后的油液经出油口、回油截止阀返回齿轮油箱，实现油液冷却。

进一步，所述(e)还包括：

通过第一温度传感器、第一流量传感器采集管路油液温度和流量，并将数据传递给控制单元，由控制单元实时调节第一电动冷却风扇的工作状态以加速或减速第一散热器散热；

通过第二温度传感器、第二流量传感器采集冷却水温度、流量，并将数据传递给控制单元，由控制单元实时调节电动水泵、第二电动冷却风扇的工作状态以加速或减速第二散热器散热。

本发明的有益效果是：

(1)辅助散热装置的热交换水箱中的冷却水相比于原散热系统的风冷热容量有所提高，提高了辅助散热系统的散热能力；

(2)由热交换水箱以及电动水泵和第二散热器组成的辅助散热系统具有独立的散热部件，且在风力发电机机组上安装方便，不改变原散热系统的结构和工作原理；

(3)辅助散热系统与原散热系统之间没有相互影响，原散热系统仍能保持原有的散热能力。

附图说明

图1是用于风力发电减速齿轮箱的联合散热装置结构示意图

图2是风力发电减速齿轮箱的联合散热装置工作状态2的热量流向示意图

图3是风力发电减速齿轮箱的联合散热装置工作状态3的热量流向示意图

图4是风力发电减速齿轮箱的联合散热系统工作状态4的热量流向示意图

图中：1-齿轮油箱，2-出油截止阀，3-电动液压油泵，4-高压安全阀，5-细虑器，6-中压安全阀，7-粗虑器，8-压差继电器，9-温控阀，10-回油截止阀，11-压力表，12-第一温度传感器，13-第一流量传感器，14-第一散热器，15-第一电动冷却风扇，16-热交换水箱，17-第二温度传感器，18-第二流量传感器，19-电动水泵，20-第二散热器，21-第二电动冷却风扇，22控制单元。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明涉及的用于风力发电减速齿轮箱的辅助散热系统的结构和工作原理。

如图1所示，本发明提出的联合散热装置包括齿轮油箱1、出油截止阀2、电动液压油泵3、高压安全阀4、细虑器5、中压安全阀6、粗虑器7、压差继电器8，温控阀9、回油截止阀10、压力表11、第一温度传感器12、第一流量传感器13、第一散热器14、第一电动冷却风扇15、热交换水箱16、第二温度传感器17、第二流量传感器18、电动水泵19、第二散热器20、第二电动冷却风扇21、控制单元22。

出油截止阀2进油口和齿轮油箱1出油口用冷却油管连接，出油截止阀2出油口和电动液压油泵3进油口管路连接，高压安全阀4连接在电动液压油泵3两端，电动液压油泵3出油口和细虑器5进油口管路连接，中压安全阀6连接在细虑器5两端，细虑器5出油口和粗虑器7进油口管路连接，在细虑器5和粗虑器7两侧并联有压差继电器8，粗虑器7出油口连接温控阀9进油口，温控阀9出油口连接回油截止阀10进油口，回油截止阀的进油口处管路中设有压力表11，回油截止阀10出油口连接齿轮油箱1回油口，形成油液回路。粗虑器7出油口还经过第一温度传感器12、第一流量传感器13，连接第一散热器14进油口，在第一电动冷却风扇15散热作用后连接热交换水箱16进油口，热交换水箱16出油口连接回油截止阀10进油口。热交换水箱内部的油液管管路为曲线形，其箱体上设有进水口和出水口，热交换水箱16的出水口经过第二温度传感器17、第二流量传感器18，连接到电动水泵19进水口，电动水泵19出水口连接第二散热器20进水口，在第二电动冷却风扇21散热作用后连接热交换水箱16进水口，形成冷却水回路。

其中，由第一温度传感器、第一流量传感器以及第一散热器和第一电动冷却风扇组成主散热装置；由热交换水箱、第二温度传感器、第二流量传感器、电动水泵、第二散热器、第二电动冷却风扇组成辅助散热装置。

电动液压油泵3、第一温度传感器12、第一流量传感器13、第一电动冷却风扇15、第二温度传感器17、第二流量传感器18、电动水泵19、第二电动冷却风扇21均通过信号线和控制单元22进行数据连接。控制单元控制电动液压油泵3的转速以控制出油量，所述控制单元还根据第一温度传感器12、第一流量传感器13采集的信息控制第一电动冷却风扇15的转速，所述控制单元还根据第二温度传感器17、第二流量传感器18采集的信息控制电动水泵转速和第二电动冷却风扇的转速。控制单元由上位机实现。

下面结合附图来具体描述本发明涉及的用于风力发电减速齿轮箱的辅助散热系统的控制方法。

风力发电减速齿轮箱的联合散热装置根据冷却润滑油分度的不同分为4种工作模式：1.低温2.高压3.中/低压4.高温

系统要求在每次开机工作前，必须先启动发电系统的润滑与冷却装置，待各润滑点充分得到润滑后在启动齿轮箱工作。等系统处于低温冷启动状态，先通过齿轮箱中的加热装置(由电动液压油泵3和高压安全阀4组成)，将齿轮油加热再启动机器。

如图2所示，联合散热装置工作状态2，系统处于高压状态下，本发明实施例中高压为大于10bar，由于刚开机时齿轮油温度较低，所以齿轮油的粘度大，造成系统内压力升高，齿轮油不会流经细滤器，仅通过高压安全阀4直接与电动液压油泵3构成回路以加速齿轮油的循环，使油温迅速升高，降低系统的压力。

如图3所示散热系统工作状态3，随着齿轮油的循环，齿轮油温度不断升高，管路中的压力逐渐降低。当压力降到小于10bar后，高压安全阀4自动关闭，中压安全阀6自动打开。齿轮油一方面经过中压安全阀6、粗过滤器7、温控阀9、回油截止阀10流回齿轮箱构成回路，另一方面经过主散热装置和辅助散热装置后流回齿轮油箱。

当齿轮油温度进一步升高后，压力继续减小，当压力小于3bar后，管路处于低压状态。中压安全阀6自动关闭，齿轮油经过两级过滤器后流回齿轮箱构成回路。如果此时的油温升高，电动液压油泵3流量增大。

系统长时间运行后，导致齿轮油油温处于高温状态。则必须对齿轮油进行冷却。如图4所示，本发明联合散热装置工作状态4，此时，温度超过温控阀9的阈值(本发明实施例为70度)，温控阀9关闭，齿轮油先经过两级过滤器过滤后，先进入主散热装置，第一温度传感器12、第一流量传感器13采集油液温度，流量，将数据传递给控制单元22，控制单元22控制第一电动冷却风扇15在第一散热器14进行散热。然后油液进入辅助散热装置，在热交换水箱16内将多余的热量传递给冷却水，经热交换水箱16的出油口、冷却油管回油截止阀10返回齿轮油箱1。辅助散热装置中的冷却水经过第二温度传感器17、第二流量传感器18采集冷却水温度，流量，将数据传递给控制单元22，由控制单元控制电动水泵19、第二电动冷却风扇21，在第二散热器20内进行冷却水强制散热，最终达到油液降温的目的。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。