本实用新型涉及一种风力发电机组，具体地，涉及一种具有拉法尔喷管式结构的塔筒的风力发电机组。
背景技术：
风力发电机组是在户外长期服役的大型复杂设备，其运行状态经常受到温度、湿度等环境因素的影响。例如，由于风力发电机组内的发电机、主轴承、变压器、变桨系统以及各电气部件在风力发电机组运行时都会产生大量的热，而许多电气部件在高温下会失效、甚至爆炸；在高温状态下，润滑油粘度降低，油脂外泄，造成润滑系统失效。此外，当风力发电机组停机时，可能受外部低温环境的影响，冷却液等含水物质会发生相变(结冰、结霜)；电容等电子器件性能稳定性会下降；润滑油脂粘度急剧升高而被半固化，丧失浸润性，形成不了油膜，导致润滑系统失效。因此，风力发电机组内一般有一个以上的温度控制系统(例如，塔底温度控制系统和机舱温度控制系统)，用于控制发电机、主轴承、变流器等部件的温度。
温度控制系统在风力发电机组的运行情况下是冷却系统的等效物，因为在风力发电机组的运行期间，其部件会产生大量的热，而为了保证各部件的寿命和效率，需要将产生的热量转移到外部环境中。然而，当风力发电机组在严寒的环境中且处于停机状态时，则需要对风力发电机组进行加热。
在发热方面，针对发热量大的内部热源，诸如变流器、发电机和变频器等部件，通常会优先考虑水冷措施以加强散热，而对于一般电气部件的表性热源，则更多地通过风扇直接进行空气冷却。
现有的风力发电机组的塔筒结构都是采用下粗、上窄的锥形结构，通过盐雾过滤器将新风通过塔筒底部引入塔筒中。引入的新风首先对塔底进行冷却，通过空气对流、风扇引流的作用，新风向塔筒的顶部运动，通过风力发电机组的底座进入机舱，之后对主轴承进行冷却。这样的冷却系统需要在风力发电机组的结构内增加一些装置以对空气进行驱动或引流，以实现机舱和塔筒的冷却，并且在这样的冷却系统中还包括一些耗能装置(诸如，风扇、泵、管路等)，这些耗能装置的引入不仅增加了系统的复杂性、降低了系统的可靠性，还增加了冷却系统的能耗。
另外，已有的技术方案中还存在以下不足：(1)空气的流动速度较低，即对部件的冷却能力较低；(2)受到盐雾过滤器规格的限制等影响，引进新风量有限，所以冷却系统的整体冷却能力有限。
技术实现要素：
为解决上述问题，本实用新型提供了一种具有拉法尔喷管式结构的塔筒的风力发电机组。
本实用新型提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括塔筒、机舱、发电机、轮毂和叶片，所述机舱位于所述塔筒的顶部，所述机舱上设置有所述发电机和所述轮毂，所述轮毂上安装有所述叶片，所述塔筒包括收敛部、喉部和扩张部，其中，所述收敛部位于塔筒的下半部，所述收敛部的横截面面积沿所述塔筒的轴向从底部逐渐减小至所述喉部，所述喉部是整个塔筒中横截面面积最小的部分，所述扩张部位于所述塔筒的上半部，所述扩张部的横截面面积沿所述塔筒的轴向从所述喉部逐渐增大至所述塔筒的顶端；并且所述塔筒的底部设置有多个进风口。
优选地，所述收敛部的横截面、所述扩张部的横截面和所述喉部的横截面可均呈圆形或椭圆形。
优选地，所述多个进风口可呈椭圆形，并且所述多个进风口中还设置有结构加强装置。
优选地，所述多个进风口的内侧可设置有两层过滤棉，所述两层过滤棉包括粗效过滤棉和中效过滤棉，并且所述粗效过滤棉设置在所述中效过滤棉的外侧。
优选地，所述风力发电机组还可包括主轴承，所述主轴承设置在所述发电机的前端并且用于连接所述轮毂和所述发电机。
优选地，所述主轴承的内圈的内表面上可设置有2个以上的主轴承内叶片，所述多个主轴承内叶片与所述主轴承的内圈的内表面固定连接。
优选地，当所述收敛部的长度和横截面直径的比例达到6:1时，所述收敛部的横截面可停止减小而形成所述喉部。
优选地，所述风力发电机组还可设置有多个出风口，所述多个出风口设置在导流罩和所述叶片的根部之间，并且所述导流罩设置在所述轮毂的外侧。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型所提供的风力发电机组不需要在冷却系统中增加引流装置，更不需要增加耗能装置。只需要通过改变塔筒的结构，来实现对周围的空气的抽吸、引流的作用，并对引入的新风产生加速效果，因此，简化了冷却系统的复杂度，提高了系统的可靠性，降低了能耗，提高了经济性。
本实用新型所提供的风力发电机组通过改变主轴承的结构，使引入的新风不只具有冷却性能，还可以在风机内部推动轴承的转动，进而提升风机的发电效率。
附图说明
图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组的结构示意图。
图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组的进风口的局部放大图。
图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组的主轴承的示意图。
具体实施方式
在下文中参照附图更充分地描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使本领域技术人员易于理解本实用新型，而非限定本实用新型的范围。
图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组的结构示意图。
参照图1，根据本实用新型示例性实施例的风力发电机组包括：塔筒5、机舱3、发电机4、轮毂2和叶片1。塔筒5的顶部设置有机舱3，机舱3上设置有发电机4和轮毂2，轮毂2上安装有叶片1。叶片的数量可以为3个，但不限于此。
塔筒5可具有拉法尔喷管式结构，并且拉法尔喷管式结构包括收敛部、喉部和扩张部，其中，收敛部位于整个塔筒5的下半部，收敛部的横截面面积沿塔筒5的轴向从底部逐渐减小至所述喉部，喉部是整个塔筒5中横截面面积最小的部分，扩张部位于整个塔筒5的上半部，扩张部的横截面面积沿塔筒5的轴向从喉部逐渐增大至塔筒5的顶端。在此，收敛部、扩张部和喉部的横截面可均呈圆形或椭圆形。并且，塔筒5的底部可设置有多个进风口6。
就拉法尔喷管而言，拉法尔喷管可以使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。喷管的前半部的横截面面积由大变小向中间收缩至喉部，喉部之后又由小变大向外扩张。空气流入喷嘴的前半部后，随着横截面积的减小，其流速越来越大，经过窄的喉部之外，因为其流速超过了音速，因此在扩张部气流还不断加速。
应用拉法尔喷管的原理，在本实用新型中，将塔筒5的横截面的面积从塔筒5的底部开始逐渐减小，并且当所述收敛部的长度和横截面直径的比例达到6:1时，所述收敛部的横截面停止减小而形成喉部，然后再逐渐增大。而塔筒5的喉部的横截面的直径的大小取决于载荷的大小，这是因为塔筒5的长度及粗细需要满足载荷和强度的要求。在此，喉部的长度可以根据工艺技术需求进行设置，在本实施例中可以为5mm。
因此，具有拉法尔喷管式结构的塔筒5可使从塔底引入的新风的速度会随塔筒5横截面积的变化而变化。换句话说，根据拉法尔喷管的原理，横截面小处流速增大，截面大处流速进一步增大，以实现对流体的加速。
图2示出根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组的进风口6的局部放大图，进风口6的数量及形状可在满足塔筒的强度设计的要求的前提下根据需要任意设置，例如可以形成为椭圆形等，在本实施例中，进风口形成为椭圆形，并且为了提高强度，每个进风口中设置有结构加强装置，例如，由钢板制成的加强筋，但不限于此。考虑到塔底较大的载荷强度和风向的不确定性，进风口的数量优选为四个，也可以更多。
由于外部空气中含有很多杂质，尤其是海上风力发电机组所处的外界环境，一般都是高盐、高湿的环境。因此，首先需要对引入风力发电机组的新风进行除盐雾、除湿，经过除盐雾、除湿处理后的新风再对其流过的塔筒的底部部件、机舱3的底座、主轴承7等部件进行冷却，将各个部件产生的热量带走，并通过出风口流出风力发电机组。因此，为了适应外界高温、高湿环境的特点，多个进风口中的每个进风口内侧可设置有两层过滤棉，以对外界引入的新风进行过滤。
所述两层过滤棉可包括粗效过滤棉和中效过滤棉，并且粗效过滤棉设置在中效过滤棉的外侧。其中，粗效过滤棉可以为G4过滤棉，中效过滤棉可以为F9过滤棉。
图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组的主轴承7的示意图。
参照图3，根据本实用新型的示例性实施例的风力发电机组还包括主轴承7，主轴承7设置在发电机4的前端，并且用于连接轮毂2和发电机4。
主轴承7的内圈的内表面上安装有主轴承内叶片8。通过这样的结构，可以利用来自塔筒5的高风速气流的推动作用，以在风力发电机组内部推动轴承的转动，进而提升风力发电机组的发电效率。在此，上述主轴承内叶片8的数量可以设置为2个或更多个，但优选的数量优选为3个。
此外，风力发电机组还可设置有多个出风口(未示出)，所述多个出风口设置在导流罩(未示出)和所述叶片1的根部之间，并且所述导流罩设置在所述轮毂2的外侧。
本实用新型的工作原理如下：
对于本实用新型的空气冷却系统，利用拉法尔喷管式结构的塔筒，提升从塔筒5的底部引入的新风的风速，最终增大了散热用空气的流速，进而增加单位时间内的流量，提高散热效率。同时，由于拉法尔喷管式的结构伴生的扩散效应，更利于形成抽吸效应，增大引风量，因此具有拉法尔喷管式结构的塔筒5利用拉法尔喷管的特性，对周围的空气具有抽吸、引流的作用，并在塔筒5内对空气进行加速，使塔筒5的顶部的空气流速达到较高的速度。
具体地，在塔筒5底部的进风口引入新风，对塔筒5底部的设备进行冷却，通过对流、引流的作用使得新风向上流动，穿过机舱3的底座到达机舱3，再通过发电机4到达主轴承7，之后通过出风口流出风力发电机组，以对风力发电机组的部件进行冷却。与现有技术相比，由于新风通过拉法尔喷管式结构的塔筒5后具有更大的流速，可以对上述部件进行更充分的冷却。
此外，由于本实用新型的主轴承7的内圈的内表面设置有多个主轴承内叶片8，进而加速了轴承的转动，使得风机的发电效率提高。
根据本实用新型的风力发电机组通过改变塔筒5的结构来实现对周围的空气的抽吸、引流的作用，并对空气产生加速效果，从而简化冷却系统的复杂度，提高系统的可靠性，降低能耗，并提高经济性。
另外，由于通过具有拉法尔喷管式的结构的塔筒5的空气的流速较高，会对叶片起一定的推动作用，进而加速了轴承和发电机转子的转动。因此，根据本实用新型的风力发电机组可提升风机的发电效率。
虽然已经参照本实用新型的示例性实施例具体示出和描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。