专利名称：采用热管冷却齿轮箱的风力发电机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用热管冷却齿轮箱的风力发电机，属风力发电技术领域。
背景技术：
为了实现风力发电机高效、稳定、安全的长期运行，需在风力发电机中配置必要 的冷却装置，以保证齿轮箱、发电机及控制变频器等部件在一定的温度范围内工作。鉴 于风力发电机的结构和工作特点，目前对上述三大部件的冷却通常采用两套独立的冷却 系统，其中发电机和变频器共用一套，齿轮箱单独使用一套。对于MW级风力发电机， 发电机和控制变频器的冷却一般需要采用循环泵水冷系统才能满足冷却要求；而齿轮箱 则通过单独设置循环泵供油润滑系统进行冷却。
由于热管结构简单、无需能源驱动，因此具有成本低、运行能耗少、安装和维护容 易等突出优点，在风力发电机系统的冷却方面是个潜在的选择。考虑到发电机和控制变 频器及周围部件结构复杂、空间狭小等原因，无法实现热管的合理布置，它们在工作过 程中产生的热量，通常需要由泵驱动下流动的具有大换热系数的液体冷却介质进行冷 却，并通过设置在机舱盖外的板翅式空气换热器排放至大气。
而对于齿轮箱，不仅结构简单，而且因传动变速部件浸没于润滑油中，运动时产生 的热量主要由润滑油吸收，且随着齿轮旋转，润滑油具有良好的流动性和较强的换热能 力，为热管冷却技术的应用提供了必要的空间和工作条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、无需能源驱动、传热效率高、成本低、安装维 修方便、润滑油使用量少的采用热管冷却齿轮箱的风力发电机。
一种采用热管冷却齿轮箱的风力发电机，主要包括台架、风轮、低速轴、齿轮箱、
高速轴、控制变频器、发电机、机舱盖；所述齿轮箱通过低速轴与风轮相连，通过高速轴与发电机相连；其特征在于还设有与齿轮箱相连，用于冷却齿轮箱内润滑油的重力热 管，以及用于防止冬季润滑油温度过低的温度控制器和电加热器。
本发明的工作原理是，正常工作条件，齿轮箱工作过程中产生的热量先被润滑油吸 收，而后被吸收的热量经由润滑油传递到热管蒸发段，热管内工质因吸热而蒸发，蒸汽 沿着热管轴向上升，并经过热管绝热段后在机舱外通过热管冷凝段放热而冷凝，冷凝液 在重力作用下返回蒸发段，开始下一个蒸发过程，如此反复循环，实现对齿轮箱的有效 冷却；冬季，为了防止在北方寒冷地区工作时，因热管换热能力增加引起的润滑油温度 过低，可以通过温度控制器控制电加热器工作，确保润滑油在正常温度范围工作。
与目前采用的齿轮箱循环泵油冷系统相比，具有结构简单、无需能源驱动、传热效 率高、成本低、安装维修简便、润滑油使用量少等突出优点。此外，还可以通过选择适 当的热管工质，使齿轮箱维持在最佳工作温度状态。
图1是采用热管冷却齿轮箱的风力发电机示意图。 图2是重力热管示意图。
图l中标号名称l.台架，2.风轮，3.低速轴，4.齿轮箱，5.润滑油，6.重力热管， IO.温度控制器，11.电加热器，12.高速轴，13.控制变频器，14.发电机，15.机舱盖。 图2中标号名称7.工质，8.管壳，9.肋片，a.蒸发段，b.绝热段，c.冷凝段。
具体实施例方式
根据图1所示，本发明的采用热管冷却齿轮箱的风力发电机，主要包括台架l、风 轮2、低速轴3、齿轮箱4、润滑油5、高速轴12、控制变频器13、发电机14;其特征 是还设有与齿轮箱4相连，用于冷却齿轮箱4内润滑油5的重力热管6,以及用于防止 冬季润滑油5温度过低的温度控制器10和电加热器11。
在风力发电工作过程中，风轮在风力驱动下旋转，其转速通过低速轴传至齿轮箱进 行增速，经过高速轴与发电机相连，从而带动发电机工作产生电能。在齿轮箱工作过程 中会产生大量的热量，主要被润滑油吸收，通常要求齿轮箱油温最高不应超过8(TC，且 不同轴承间的温差不得超过15'C，否则会引起系统设备损坏的严重后果，因此为了保证 风力发电机系统安全、稳定，需要采取有效的手段对齿轮箱进行有效冷却。 我们知道，对于重力热管，当蒸发段置于下部，冷凝段置于上部，充以一定数量合 适的工质7，只要蒸发段和冷凝段存在一定的温差，就能够在无需外部能源驱动的情况 下工作，其中蒸发段工质吸热，冷凝段工质放热，而当蒸发段温度低于冷凝段温度时即 停止工作，从而维持蒸发段温度的恒定。
对于风力发电机齿轮箱，工作时产生的热量主要由润滑油吸收，引起润滑油的温度 上升，需要对润滑油进行有效冷却，进而实现齿轮箱的冷却。工作过程中，通常要求润 滑油的工作温度在1(TC一8(TC之间，而环境温度一般低于40°C，因此可以在齿轮箱内 部和机舱外部环境之间设置重力热管，并将其蒸发段a置于齿轮箱内润滑袖中，冷凝段 c置于机舱上部。重力热管在工作过程中，液体状的工质在蒸发端吸收润滑油的热量蒸 发，上升的蒸汽经过绝热段b在冷凝端处被外界高速气流冷却释放气化潜热凝结成液体， 冷凝液在重力作用下,重新返回蒸发段，进行下一轮冷却，依次往复，最终将齿轮箱产生 的热量源源不断的泵送到机舱外部环境。此外，在齿轮箱内设有温度控制器，实时监测 齿轮箱中润滑油的温度。冬季，由于机舱外部环境温度与润滑油温度之差明显增大，重 力热管的换热能力增强，使得齿轮箱润滑油温度可能低于1CTC。当油温低于IO'C时， 温度控制器将控制设置于齿轮箱内的电加热器对润滑油进行加热，使油温达到正常工作 温度范围，从而保证风力发电机组高效、稳定、安全的长期工作。
根据图1和图2所示，所述的重力热管6采用适当的倾斜角度布置，其目的是为了 液态工质能够在重力作用下沿热管内壁顺利回流，确保热管正常工作，同时倾斜布置时 也有助于提高冷凝段换热能力。蒸发段浸没于润滑油中，由于润滑油的流动，换热系数 较大，可以直接采用光管；绝热段的长度根据实际需求而定；而冷凝段处于外界环境中， 与空气对流换热，换热系数较小，因此为强化换热通常需要在冷凝段管外侧加装肋片9， 工质则根据冷却要求可以采用氨或氟利昂。另外，在工作过程中，热管的数量根据实际 传热量选择布置。
与目前采用的风力发电齿轮箱冷却系统相比，采用热管冷却齿轮箱的风力发电机， 具有结构简单、无需能源驱动、传热效率高、成本低、安装和维修方便、润滑油使用量 少等突出优点，能够满足大功率风力发电机的冷却要求。此外，还可以通过选择适当的 热管工质，使齿轮箱维持在最佳工作温度状态。
权利要求
1、一种采用热管冷却齿轮箱的风力发电机，主要包括台架(1)、风轮(2)、低速轴(3)、齿轮箱(4)、高速轴(12)、控制变频器(13)、发电机(14)、机舱盖(15)；所述齿轮箱(4)通过低速轴(3)与风轮(2)相连，通过高速轴(12)与发电机(14)相连；其特征在于还设有与齿轮箱(4)相连，用于冷却齿轮箱(4)内润滑油(5)的重力热管(6)，以及用于防止冬季润滑油(5)温度过低的温度控制器(10)和电加热器(11)。
2、 根据权利要求1所述的采用热管冷却齿轮箱的风力发电机，其特征在于所述重力 热管(6)，其蒸发段(a)置于齿轮箱内润滑油中，其冷凝段(c)伸出机舱外。
3、 根据权利要求2所述的采用热管冷却齿轮箱的风力发电机，其特征在于所述重力 热管(6)，其冷凝段(c)外侧装有肋片(9)。
4、 根据权利要求1-3任一所述的采用热管冷却齿轮箱的风力发电机，其特征在于所 述重力热管(6)倾斜布置。
全文摘要
一种采用热管冷却齿轮箱的风力发电机，属于风力发电机技术领域。主要包括台架(1)、风轮(2)、低速轴(3)、齿轮箱(4)、高速轴(12)、控制变频器(13)、发电机(14)、机舱盖(15)；其特征是还设有与齿轮箱相连，用于冷却齿轮箱内润滑油(5)的重力热管(6)，以及用于防止冬季润滑油温度过低的温度控制器(10)和电加热器(11)。该风力发电机具有结构简单、无需能源驱动、传热效率高、成本低、安装和维修方便等突出优点。
文档编号F03D11/00GK101338732SQ200810124198
公开日2009年1月7日 申请日期2008年6月17日 优先权日2008年6月17日
发明者何舟东, 秋 张, 朱春玲, 政 王, 珑 王, 蒋彦龙 申请人:南京航空航天大学