用于风力发电机组的散热系统及风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体地讲，涉及一种用于风力发电机组的散热系统以及采用该散热系统的风力发电机组。

背景技术：

风力发电机组是将风能转换为电能的装置。风能作为一种清洁可再生能源，越来越得到关注。海上风电项目是推动风力发电技术进步和产业升级以及促进能源结构调整的重要举措。我国海上风能资源丰富，加快海上风电项目的建设，对于促进沿海地区治理大气雾霾、调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。

然而，应用于海上的风力发电机组需要在湿气重、极端高温或低温的环境下运行。在这种环境下，对风力发电机组进行维修是非常困难的，因此需要确保风力发电机组可靠稳定地运行。风力发电机组的轮毂的位置相对较高，当风力发电机组在温度较高的夏季运行时，风力发电机组受到阳光的照射，轮毂内的温度会持续升高。轮毂内的温度过高不仅影响轮毂内电子元件的性能，而且风力发电机组也会频报轮毂温度过高故障，导致风力发电机组停机，由此降低了风力发电机组的可利用率和发电量。

因此，需要对风力发电机组的轮毂进行散热，以使风力发电机组适应于高温运行环境，提高风力发电机组的环境适应性。然而，目前风力发电机组的轮毂并没有针对性的散热系统或者仅采用风扇进行散热。然而，如若安装风扇，则需要对轮毂进行开孔，由于轮毂为旋转结构，因此开孔可能会影响轮毂的结构稳定性。此外，运维人员或调试人员进行调试或检修时，需要从轮毂入口进入轮毂，如果风扇安装在轮毂入口处，还会影响运维人员或调试人员的进入。而且，还需要定期对风扇进行维护，增加了风力发电机组的运维成本。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的在于提供一种用于风力发电机组的散热系统，以解决不能有效地对风力发电机组的轮毂进行散热的问题。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于风力发电机组的散热系统，所述风力发电机组可包括机舱罩、导流罩和轮毂，所述轮毂的前端形成有轮毂入口，其中，所述散热系统可包括：进风口，所述进风口形成在所述导流罩的前端；出风口，所述出风口形成在所述导流罩和/或所述机舱罩上；导流板，所述导流板安装在所述进风口与所述轮毂入口之间，沿所述轮毂的轴向与所述轮毂入口分开预定距离，并且遮挡所述轮毂入口的前侧。

优选地，所述出风口可包括第一出风口和第二出风口，所述第一出风口可形成在所述导流罩与风力发电机组的叶片的根部之间，所述第二出风口可形成在所述导流罩与所述机舱罩的连接处。

优选地，所述导流板可以为圆弧面状并朝向所述进风口凸出，所述导流板的边缘的切线可大体与所述轮毂入口的边缘相切。

优选地，所述导流板可通过连接件连接到所述导流罩和/或所述轮毂。

优选地，所述用于风力发电机组的散热系统还可包括进风口挡板，所述进风口挡板安装在所述进风口与所述导流板之间，用于打开或关闭所述进风口。

优选地，所述用于风力发电机组的散热系统还可包括：支撑杆，所述支撑杆的第一端可运动地连接到所述导流板，所述支撑杆的第二端连接到所述进风口挡板；驱动电机，所述驱动电机安装在所述导流板上，用于驱动所述支撑杆沿所述轮毂的轴向运动。

优选地，所述用于风力发电机组的散热系统还可包括：滑槽，所述滑槽安装在所述导流板上，所述支撑杆的第一端可运动地安装在所述滑槽内；其中，所述驱动电机与支撑杆之间以丝杠方式连接，将驱动电机的旋转运动转换为支撑杆的直线运动。

优选地，所述滑槽内可安装有弹性构件，所述弹性构件可对所述支撑杆的第一端施加弹力。

优选地，所述支撑杆的外部可设置有径向限位件，所述径向限位件可固定连接到所述驱动电机。

根据本实用新型的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组具有如上所述的散热系统。

根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，通过导流板改变经由进风口进入到导流罩内的空气的方向，在轮毂入口周围形成低压区，进而将轮毂内的高温空气排出轮毂，从而实现对轮毂的散热，同时导流板以及进风口挡板的轴向设置，可有效遮挡雨水和外部空气，防止外部空气或雨水直接流入轮毂内和驱动电机内，进而影响变桨系统运行。

此外，根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，根据需要通过进风口挡板打开或关闭进风口，并且通过进风口挡板和导流板改变经由进风口进入到导流罩内的空气的方向，因此可提高轮毂的散热效率。

此外，根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，结构相对简单，便于安装。此外，根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，可降低风力发电机组的运维成本以及减少运维时间。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，在附图中：

图1是示出根据本实用新型的一个实施例的用于风力发电机组的散热系统的示意图。

图2是示出图1中的散热系统的导流板的俯视图。

图3和图4是示出根据本实用新型的一个实施例的用于风力发电机组的散热系统的空气流动方向的示意图。

图5是示出根据本实用新型的另一个实施例的用于风力发电机组的散热系统的示意图。

图6是图5的B部分的局部放大图。

图7是示出根据本实用新型的另一个实施例的用于风力发电机组的散热系统的空气流动方向的示意图。

图8是图7的C部分的局部放大图，其中，为了更清楚地示出空气流动方向增加了箭头的数量。

附图标号说明：

110：轮毂；110a：轮毂入口；120：导流罩；120a：进风口；120b：第一出风口；120c：第二出风口；130：叶片；140：机舱罩；150：导流板；151：连接件；160：进风口挡板；170：支撑杆；170a：径向限位件；171：滑槽；171a：弹性构件；180：驱动电机；181：电机支架；190：变桨驱动电机。

具体实施方式

本实用新型的技术方案主要利用伯努利方程及空气动力学原理，对风力发电机组的轮毂进行散热。

伯努利方程的表达式为：

其中，p为流体内的压强；ρ为流体密度；v为流体的速度；C为常数。

从伯努利方程可以看出，气体或液体流动时，速度越高，其压力就越小，即气体流过物体表面时，会在物体表面形成低压区。

下面，将参照附图详细地描述根据本实用新型的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的组件。

图1是示出根据本实用新型的一个实施例的用于风力发电机组的散热系统的示意图。图2是示出图1中的散热系统的导流板的俯视图。

如图1所示，风力发电机组可包括轮毂110、设置在轮毂110外侧的导流罩120、安装在轮毂110上的叶片130、机舱罩140、塔架(未示出)等部件。导流罩120为轮毂110的外罩，在风力发电机组中起到气动效果、保护轮毂110以及供运维人员进出轮毂110。轮毂110的内部为空心结构，用于安装变桨控制系统，如变桨控制柜、变桨电机等。轮毂110的前端可形成有轮毂入口110a，用作运维人员或调试人员进入轮毂110的入口。

根据本实用新型的一个实施例的用于风力发电机组的散热系统可包括进风口120a、出风口和导流板150。进风口120a可形成在风力发电机组的导流罩120的前端。导流板150在进风口120a的内侧预定距离处安装到导流罩120上。

现有技术中的导流罩120的前端通常设有导流罩开口，该导流罩开口通常被挡板挡住。在这种情况下，该现有的导流罩开口可用作进风口120a，而无需另外在导流罩120上开设进风口。

出风口可形成在导流罩120和/或机舱罩140上，但不限于此。为了避免在导流罩120和/或机舱罩140上开设出风口从而降低风力发电机组的制造成本，出风口可以是导流罩上和/或机舱罩上与外部连通的已有缝隙。例如，在本实施例中，出风口可包括第一出风口120b和/或第二出风口120c。第一出风口120b可形成在导流罩120与叶片130的根部之间，具体地，由于叶片130穿过导流罩120的叶片安装孔(未示出)而安装在轮毂110上，因此叶片130与叶片安装孔之间形成空隙，该空隙可用作第一出风口120b。第二出风口120c可形成在导流罩120与机舱罩140的连接处，具体地，由于导流罩120随着轮毂110的旋转而相对于机舱罩140旋转，因此导流罩120与机舱罩140的连接处也形成有空隙，该空隙可用作第二出风口120c。

导流板150可通过连接件151连接到导流罩120。导流板150可位于进风口120a与轮毂入口110a之间，并且沿轮毂110的轴向与轮毂入口110a分开预定距离。导流板150可遮挡轮毂入口110a的前侧，以防止外部空气或雨水等直接流入到轮毂110内，同时防止风吹入轮毂110。在现有的导流罩具有导流罩开口和遮挡该导流罩开口的挡板的情况下，可以拆除原有的挡板，导流板150可直接使用现有的挡板的安装螺孔，通过三个或更多个连接件151安装到导流罩120上，而不需对导流罩120进行改造。

在本实施例中，参照图1和图2，导流板150可以为圆弧面形状结构，其外侧面为凸面且内侧面为凹面。导流板150可遮挡轮毂入口110a的前侧，并且导流板150的边缘的切线可大体与轮毂入口110a的边缘相切。由于导流板150呈朝向进风口120a突出的圆弧面状，因此当空气从进风口120a流动到导流板150时，空气的方向被改变，然后空气沿着导流板150的外表面继续流动，最后通过位于叶片130的根部与导流罩120之间的第一出风口120b排出。

此外，导流板150和连接件151还可作为运维人员或调试人员进入轮毂110的辅助件，并且为了防止运维人员或调试人员被导流板150划伤，导流板150的外边缘可设置有防护圈(未示出)。

虽然图1和图2中示出了导流板150呈圆弧面状且通过三个连接件151连接到导流罩120，但导流板150的形状、连接位置以及连接件151的数量不限于此，例如，导流板150还可呈梯形、锥形或其他合适的形状，只要导流板150能够改变空气的方向并且在轮毂入口110a周围形成低压区(下文中详细描述)即可，导流板150还可通过连接件151连接到轮毂110，或者导流板150还可通过连接件151连接到导流罩120和轮毂110这二者，而且导流板150可根据需要使用任何数量的连接件151进行连接。

为了便于理解根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，下面将参照图3和图4来详细地描述该散热系统的工作原理，图3和图4中的箭头方向为空气的流动方向。

如图3所示，空气从导流罩120前端的进风口120a进入导流罩120内部，由于圆弧面形的导流板150的存在，空气流动到导流板150的表面上后，会向四周扩散。方向改变后的空气沿着导流板150的外表面流经轮毂入口110a周围，然后沿着轮毂110的外表面继续向后流动。最后，经叶片130的根部或导流罩120与机舱罩140的连接处排出导流罩120。

由于导流板150的存在，当气流吹到导流板150的圆弧面上时，流速增加，根据伯努利方程，气体或液体流动时速度越高其压力越小，因此，气流会在轮毂入口110a周围形成低压区(图3中的A部分区域)。相比而言，轮毂110内的空气的压力较高，空气会从高压区域流向低压区域，因此轮毂110内的高温空气会流向轮毂入口110a处，从而随着从导流罩120的进风口120a吹入的空气一起流出，进而可将轮毂110内的高温空气排出轮毂110。当从进风口120a进入的空气和从轮毂110内排出的高温空气在流经第一出风口120b后继续向机舱方向流动时，还可通过第二出风口120c流出。随着空气通过进风口120a不断流入导流罩120并通过第一出风口120b和第二出风口120c流出，可持续且有效地带走轮毂110内的高温气体，进而降低轮毂110内和变桨控制柜的温度。

根据本实用新型的示例性实施例，由于导流板150为圆弧面形结构，所以可以在轮毂入口110a的四周(360度内)形成低压区，抽吸并带走轮毂110内的高温气体，所以可以实现更好的散热效果；同时，该散热系统不会受风力发电机组偏航及风向的影响，即使风向不是正对导流罩前端，也可实现上述的散热效果。

此外，如图4所示，对于具有外齿轮电动变桨系统的风力发电机组，变桨驱动电机190通常设置在轮毂110的外部，因此在对轮毂110进行散热的同时，还可对变桨驱动电机190进行辅助性散热。

以上虽然描述了用于风力发电机组的散热系统的具体构成，但该散热系统的构成不限于此。图5是示出根据本实用新型的另一个实施例的用于风力发电机组的散热系统的示意图。图6是图5的B部分的局部放大图。

参照图5和图6，与根据本实用新型的上一实施例的用于风力发电机组的散热系统不同的是，根据本实用新型的另一个实施例的用于风力发电机组的散热系统还可包括进风口挡板160以及与进风口挡板160相关的组件。为了避免重复，将省略与根据本实用新型的上一实施例的用于风力发电机组的散热系统的组件相同的组件的描述。

在本实施例中，用于风力发电机组的散热系统还可包括进风口挡板160，进风口挡板160可安装在导流板150与进风口120a之间，并且能够沿轮毂110的轴向运动，以根据需要而打开或关闭进风口120a。

为了安装进风口挡板160，设置了支撑杆170。支撑杆170的第一端可以可运动地安装在导流板150的前表面上，进风口挡板160可安装在支撑杆170的第二端上。为了使进风口挡板160沿轮毂110的轴向运动以打开或关闭形成在导流罩120上的进风口120a，还设置了用于驱动支撑杆170沿轮毂110的轴向运动的驱动电机180。驱动电机180可以为微型电机，并且可由变桨控制柜进行控制。

如图6所示，除了支撑杆170和驱动电机180之外，用于风力发电机组的散热系统还可包括滑槽171和电机支架181。滑槽171可安装在导流板150上，支撑杆170的第一端可运动地安装在滑槽171内。电机支架181可安装在导流板150上，用于支撑驱动电机180。在这种情况下，驱动电机180的旋转轴与支撑杆170为丝杠连接，用于将驱动电机180的旋转运动转换为支撑杆170的直线运动。随着驱动电机180的旋转轴的旋转，支撑杆170可沿轮毂110的轴向前后运动。此外，为了防止支撑杆170在轮毂110旋转的过程中脱落，支撑杆170的外部可设置有诸如环状件的径向限位件170a。径向限位件170a可固定连接到驱动电机180，以使支撑杆170仅沿轮毂110的轴向运动并限制支撑杆170的径向运动，从而防止支撑杆170在轮毂110旋转的过程中脱落。此外，为了支撑杆170回弹，滑槽171内可设置有由具有弹性的材料形成的诸如橡胶件、弹簧等的弹性构件171a，以在支撑杆170的第一端施加弹力。

为了便于理解根据本实用新型的另一实施例的用于风力发电机组的散热系统，下面将参照图7和图8来详细地描述该散热系统的工作原理，图7和图8中的箭头方向为空气的流动方向。

当风力发电机组控制系统检测到轮毂110内温度高于预设温度值(例如45℃)且风速小于预设风速值(例如15米/秒)时，变桨控制器控制驱动电机180运行，驱动电机180驱动支撑杆170带动进风口挡板160向滑槽171方向运动，进而打开进风口120a，之后抱闸或停止。进风口120a被打开后，空气从导流罩120的进风口120a进入导流罩120内部，当空气流动到进风口挡板160时，空气的方向第一次被改变，当空气继续流动到导流板150时，空气的方向第二次被改变并且沿着导流板150的外表面流动，当流经轮毂入口110a周围时，在轮毂入口110a的周围形成低压区，此时轮毂110内的高温高压空气会通过轮毂入口110a流出，进而可将轮毂110内的高温空气排出轮毂110，空气继续流动至第一出风口120b和第二出风口120c而流出导流罩120。随着空气通过进风口120a不断进入导流罩120，可持续且有效地对轮毂110进行散热，进而降低轮毂110内的温度。

当风力发电机组控制系统检测到轮毂110内温度低于预设温度值时，变桨控制器控制驱动电机180运行，驱动电机180驱动支撑杆170带动进风口挡板160朝向进风口120a方向运动，以关闭进风口120a，停止对轮毂110散热。

在本实施例中，空气从进风口120a进入导流罩120后，进风口挡板160对空气的方向进行了第一次改变，更有利于使空气吹到导流板150的弧面上，保证散热效果的实现。

根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，通过导流板改变经由进风口进入到导流罩内的空气的方向，在轮毂入口周围形成低压区，进而将轮毂内的高温空气排出轮毂，从而实现对轮毂的散热，同时导流板以及进风口挡板的轴向设置，可有效遮挡雨水和外部空气，防止外部空气或雨水直接流入轮毂内和驱动电机内，进而影响变桨系统运行。

此外，根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，根据需要通过进风口挡板打开或关闭进风口，并且通过进风口挡板和导流板改变经由进风口进入到导流罩内的空气的方向，因此可提高轮毂的散热效率。

此外，根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，结构相对简单，便于安装。此外，根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的散热系统，可降低风力发电机组的运维成本以及减少运维时间。

除了上述优点之外，本实用新型还具有如下诸多优点：

导流板可为圆弧面形结构，可以在轮毂入口的四周都形成低压区，从而增大了散热面积，提高了散热效率；

导流板为挡板型结构且采用多个连接件固定，可有效保护运维人员的安全；

当需要安装进风口挡板时，进风口挡板通过驱动电机进行控制，并且可只添加一个微型电机作为驱动电机，电子器件少，可实现免运维功能；

不需要加装风扇等设备，降低了设备成本，又降低了制造成本，且诸如风扇等的散热装置为低损耗部件，与散热风扇相比，可降低维护时间和维护/维修/设备更换的成本；

导流板可以在现有的导流罩的安装孔上直接安装，方便实用，在这种情况下，由于不需要对导流罩和轮毂做任何改造，所以风力发电机组的应用成本低，改造周期短；

散热效果不受风向的影响，即使风力发电机的轮毂不是正对风向，也能实现所述的散热效果；

进风口挡板的开、闭方式采用与进风口垂直的压接方式，减小了进风口挡板在轮毂旋转过程中受到向心力的影响，可有效防止轮毂旋转时由于向心力的作用而导致进风口挡板无法打开或无法闭合的情况。

虽然上面已经详细描述了本实用新型的示例性实施例，但本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，可对本实用新型的实施例做出各种的修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本实用新型的示例性实施例的精神和范围内。