用于风力涡轮机的机舱的一体式冷却系统的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及一种风力涡轮机的冷却系统，尤其涉及一种整合在风力涡轮机的机舱内的冷却系统。
[0002]在风力涡轮机中，机舱容纳电气组件和系统，该电气组件和系统将机械能转换成电能。该组件可以包括发电机、风扇、制动器、包括逆变器在内的转换器、变压器、和电子组件。这些系统和组件产生大量的热量。在示例中，在将来自风的动能转换成电能期间，由于发电机中的电损耗而可能导致能量损耗。在另一示例中，能量可能在诸如风力涡轮机的逆变器或整流器之类的电子设备中损耗。这种能量损耗会导致在风力涡轮机的机舱内产生热量。为了容纳在机舱内部的系统和组件的有效运转，该热量需要被消散到外部环境空气。
[0003]按照惯例，机舱通过将外部空气引入到机舱来冷却。然而，因为外部空气潮湿并且可能包括高盐颗粒含量，所以外界空气的引入会导致腐蚀容纳在机舱内的各种组件。其由于包含在空气中的机械微粒，还会导致物理损坏。因此，由于侵蚀或干扰电气系统和组件的工作的异物或腐蚀性物质而导致风力涡轮机的内部(诸如机舱)处于危险之中。这导致效率低、系统和组件的寿命缩短、维修停机次数增多和成本增加。
[0004]另外，在缺乏可用来冷却机舱的动力下，例如栅极损耗或无风期间，机舱内的系统和组件可能得不到适当地冷却，这可能影响风力涡轮机的工作。进一步地，通过外部空气所进行的冷却不足以维持机舱内的预定温度。
【发明内容】
[0005]本发明涉及一种冷却系统，更具体地涉及一种完全封闭在机舱内的冷却系统。机舱被大体上密封，以防止外部空气进入机舱。该冷却系统包括一个或多个冷却子系统，该冷却子系统可以有利于维持机舱内的预定温度。
[0006]冷却系统还包括机舱体；安装在机舱体的外表面上的热交换器；具有定子的发电机，该定子具有孔，该孔靠近绕组设置；具有液体循环散热器的整流器；转子和具有多个翅片的轮毂；泵；一个或多个风扇；和用于从中输送冷却剂的多个管道。
[0007]进一步地，第一冷却子系统可以包括发电机的定子、泵、和热交换器。该定子设有多个孔，通过该孔，冷却剂可以被循环。另选地，定子可以设有多个管或导管，该管或导管可以被配置成输送冷却剂。冷却剂可以吸收由定子产生的热量。进一步地，热量可以通过泵送热冷却剂使其穿过热交换器来消散，该热交换器被放置在机舱的外表面上。
[0008]进一步地，第二冷却子系统可以包括整流器、泵、和热交换器。在这种情况下，冷却剂通过放置在整流器上的散热器循环。在吸收来自整流器的热量时，热冷却剂可以被泵送到热交换器进行冷却。如第一冷却子系统中的情况一样，一旦冷却剂被冷却，则其可以在机舱内再循环用于吸收热量。
[0009]另外，第三冷却子系统可以包括一个或多个风扇，该风扇用于循环被引导到机舱内的其它部件(诸如转子、俯仰系统和其他电气组件)的空气。由于机舱内产生的热量而导致空气可以被加热。该热空气被引导至流过机舱的内表面，以便使热量从机舱的外部体和轮毂消散。空气被冷却剂进一步冷却，该冷却剂由第一冷却子系统和第二冷却子系统进行循环。如上所述，发电机转子和风力涡轮机的轮毂设有多个翅片，该翅片可以有利于热量的有效消散。
[0010]本主题还提供了一种用于监控机舱内部的温度的控制单元。如果监控到机舱内部的高温，则控制单元可以启动第四冷却子系统。第四冷却子系统被配置成将机舱内的温度维持在预定极限之内。
[0011]此外，本主题提供了一种用于风力涡轮机的机舱的热交换器布置，所述机舱适于承载水平轴风力涡轮机转子，而热交换器包括壁，冷却剂通道在壁和连接该壁的盖之间延伸，壁和盖形成纵向延伸的流动通道，其中，热交换器被布置在所述机舱上，使得流动通道相对于水平轴转子的轴线偏斜。
[0012]该流动通道可以相对于水平轴风力涡轮机转子的轴线偏斜，使得流动通道朝向接近热交换器的空气。
[0013]壁可以以介于10°和30°之间的角度，优选地介于12°和20°之间的角度相对于水平轴风力涡轮机转子的轴线偏斜。
[0014]本主题还提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括封闭发电机的机舱、连接到所述发电机的轮毂、整流器、和上述一体式冷却系统。在后一种风力涡轮机中，该一体式冷却系统的热交换器可以根据上述热交换器布置来布置。
[0015]也就是说，本主题提供了一种机舱冷却系统，其中，机舱被大体上密封，以便防止空气从外部进入，并且其中，空气在机舱内循环用于冷却目的。这有利于保护机舱的电气组件和机械组件不受包含在空气中的颗粒或其湿度影响，该湿度可能导致电气组件或机械组件的腐蚀。冷却系统还可以被配置成提供对发电机和/或整流器和风力涡轮机的机舱中的其它电气设备的基于液体和空气的冷却，用于提供机舱内的有效冷却。另外，本主题提供了一种控制单元，该控制单元监控机舱内的温度。如果温度超过预定极限，则控制单元可以启动有源冷却系统，该有源冷却系统被设计成将机舱的温度维持在预定极限之内。因此，本主题维持机舱内的预定温度，用于确保风力涡轮机的正常运转。
[0016]本发明至少涵盖以下概念，这些概念可以以任何可能的方式组合并且可以由本文档中列出的任何信息来补充，该文档包括正文和附图:
本发明涉及一种冷却系统，更具体地涉及一种完全封闭在机舱内的冷却系统。
[0017]该机舱被大体上密封，以防止外部空气进入机舱。
[0018]冷却系统包括一个或多个冷却子系统，该冷却子系统可以有利于维持机舱内的预走温度O
[0019]该冷却系统还包括机舱体；安装在机舱体的外表面上的热交换器；具有定子的发电机，该定子具有孔，该孔靠近绕组设置；具有液体循环散热器的整流器；转子和具有多个翅片的轮毂；泵；一个或多个风扇；和用于从中输送冷却剂的多个管道。
[0020]进一步地，第一冷却子系统可以包括发电机的定子、泵、和热交换器。
[0021]该定子设有多个孔，通过该孔，冷却剂可以被循环。
[0022]另选地，定子可以设有多个管或导管，该管或导管可以被配置成输送冷却剂。
[0023]冷却剂可以吸收由定子产生的热量。进一步地，热量可以通过泵送热冷却剂使其穿过热交换器来消散，该热交换器被放置在机舱的外表面上。
[0024]进一步地，第二冷却子系统可以包括整流器、泵、和热交换器。
[0025]在这种情况下，冷却剂通过放置在整流器上的散热器循环。当吸收来自整流器的热量时，热冷却剂可以被泵送到热交换器进行冷却。
[0026]如第一冷却子系统中的情况一样，一旦冷却剂被冷却，则其可以在机舱内再循环用于吸收热量。
[0027]另外，第三冷却子系统可以包括一个或多个风扇，该风扇用于循环被引导到机舱内的其它部件(诸如转子、俯仰系统和其他电气组件)的空气。
[0028]由于机舱内产生的热量而导致空气可以被加热。
[0029]该热空气被引导至流过机舱的内表面，以便使热量从机舱的外部体和轮毂消散。
[0030]空气被冷却剂进一步冷却，该冷却剂由第一冷却子系统和第二冷却子系统进行循环。
[0031]如上所述，发电机转子和风力涡轮机的轮毂设有多个翅片，该翅片可以有利于热量的有效消散。
[0032]本主题还提供了一种用于监控机舱内部的温度的控制单元。
[0033]如果监控到机舱内部的高温，则控制单元可以启动第四冷却子系统。
[0034]第四冷却子系统被配置成将机舱中的温度维持在预定极限之内。
[0035]热交换器被以这种方式布置，即:进入流动通道的空气的流向大体上保持不变，使得空气平稳进入流动通道。因此，通过减少流量损失实现了最佳流量，从而提高了热交换器的总体效率。
【附图说明】
[0036]图1是具有轮毂和热交换器的风力涡轮机的3D模型。
[0037]图2是示出了根据我们的发明的热交换器的后侧的3D模型。
[0038]图3是示出了根据我们的发明的具有热交换器的风力涡轮机的3D模型。
[0039]图4是示出了根据我们的发明的具有翅片的风力涡轮机的3D模型。
[0040]图5是示出了根据我们的发明的具有翅片的热交换器的3D模型。
[0041]图6是示出了根据我们的发明的第一冷却子系统和第二冷却子系统的框图。
【具体实施方式】
[0042]本发明涉及一种冷却系统，更具体地涉及一种完全封闭在机舱102内的冷却系统。而机舱102又被大体上密封，以防止外部空气进入机舱102。
[0043]冷却系统包括机舱体104 ;安装在机舱体104的外表面上的热交换器128 ;具有定子122的发电机120，该定子具有孔，该孔靠近绕组设置；具有液冷式散热器的整流器124 ;转子108和具有多个翅片110的轮毂106 ;泵126 个或多个风扇；和用于从中输送冷却剂的多个管道129。在一个或多个冷却子系统中对冷却系统的组件进行分组，该冷却子系统可以有利于维持机舱102内的预定温度。
[0044]第一冷却子系统为闭路冷却系统。第一冷却子系统可以包括发电机120的定子122、泵126、和热交换器128。如上所述，定子122设有多个孔，该孔可以靠近定子122的绕组。另选地，定子122可以设有多个管或导管，该管或导管可以被配置成输送冷却剂。进一步地，冷却剂(诸如水)可以从定子122的一端进入所述多个孔并且可以通过吸收在绕组附近产生的热量被加热。然后，可以从定子122的相对端带走加热的冷却剂。另选地，多个孔可以成对地环绕，使得冷却剂进入定子122的一端并且载热冷却剂通过相邻的孔从定子122的相同侧返回。加热的冷却剂然后可以被泵送到热交换器128，用于排出热量。
[0045]进一步地，如图1-5所示，热交换器128可以包括加热的冷却剂可以流经的多个冷却剂通道130。另选地，多个冷却剂通道130中的每一个还可以包括多个翅片。这可以有利于以有效方式冷却加热的冷却剂，该冷却剂然后可以通过所述多个孔再循环到定子中。
[0046]如图1-5所示，转子108为水平轴风力涡轮机转子，并且热交换器128包括从机舱102的外表面突出的两个细长壁