基于围护结构的传热散热系统和风力发电机组的制作方法_2

文档序号:9378946阅读:来源:国知局
这个"冷源"在此具有吸收更多热量的潜力,并且相比于电力传输电缆表面,塔筒内壁 作为低温受热面具有水平径向传递热量的能力(借助其中的背阴面塔筒壁构成的温差热 流传递系统,这个"系统"是在"热源"电力传输电缆与"冷源"之间局部自然存在的热量传 递系统),对此,现有技术中也还没有相关的高效开发利用。以往建筑环境设备与能源工程 专业领域(对此风电环节)也还没有引起人们的重点关注,这方面存在可挖掘的节能潜力 极大。
[0039] 2.夏季存在塔筒内温度过热的问题
[0040] 现有技术中,尤其是在夏季存在塔筒内温度过热的问题,主要是塔筒外气候因素 的影响,热量主要来源为:
[0041] (1)太阳辐射投入到塔筒围护结构表面,辐射能转化被吸收,并以热传导方式传入 塔筒内壁的热量,也包括机舱围护结构表面、发电机外表面传入的热量。
[0042] (2)地面、路面对塔筒围护结构的反射辐射及长波辐射。
[0043] (3)塔筒内电力传输电缆等电气设备工作产生的热量。
[0044] 3.我国炎热地区的范围与热气候特征分析
[0045] 我国炎热地区指常年最热月份平均气温高于或等于25°C的地区。其范围主要包括 长江流域的江苏、浙江、安徽、江西、湖南、湖北和四川盆地;东南沿海的福建、广东、海南和 台湾及广西、云南、贵州。这些地区因受东南季风和海洋暖气团北上的影响,以及强烈的太 阳辐射和下垫面共同作用,使得气候炎热,夏季时间长,如不采取防热措施,势必造成风力 机塔筒内过热,严重影响影响机组的正常运行,甚至导致风力发电机组在额定风速下降功 率运行。
[0046] 炎热地区的热气候特征主要有:
[0047] (1)热气候有干热和湿热之分。温度高、湿度大的热气候称湿热气候;温度高而湿 度低的热气候称干热气候。
[0048] (2)气温高且持续时间长。日平均气温彡25°C的天数,每年约有100~200天。
[0049] (3)太阳辐射照度大,辐射强度最高约为930~1045W/m2。
[0050] (4)季风旺盛。
[0051] (5)干热区气候干燥、气温高、温度日差较大,晴朗少云,吹热风并带沙尘。如一昼 夜室外气温波动在45°C~18°C之间。

【发明内容】

[0052] 本发明的实施例提供一种基于围护结构的传热散热系统和风力发电机组,以降低 围护结构(如塔筒)内电力传输电缆的表面温度,延长使用寿命,"绿色"、"零能耗"地辅助 解决高温自然地理环境中(如沙漠、干旱等地域)风力发电机组塔筒内电力传输电缆的过 温问题,提高电力传输的系统安全性。
[0053] 为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:
[0054] -种基于围护结构的传热散热系统,包括围护结构和电力传输电缆,所述电力传 输电缆沿竖直方向敷设成折弯形。
[0055] 进一步地,所述电力传输电缆敷设在靠近所述围护结构的背阴面内壁的区域中。
[0056] 进一步地,所述电力传输电缆布置成向下以预定转折角往复弯折的锯齿形。
[0057] 进一步地,所述电力传输电缆包括在竖直方向从上至下布置的多个扭曲段,每个 所述扭曲段包括至少两个倾斜子段和在所述至少两个倾斜子段之间的过渡子段,所述倾斜 子段与竖直方向之间的夹角为预定转折角。
[0058] 进一步地,所述过渡子段包括竖直过渡子段和弧形过渡子段。
[0059] 进一步地,在所述倾斜子段与所述过渡子段的结合部设置有夹持所述电力传输电 缆的夹板。
[0060] 进一步地,所述围护结构具有在水平截面中为弧形的内壁,所述电力传输电缆的 所述倾斜子段相应于所述弧形的内壁弯折地延伸。
[0061] 进一步地,所述围护结构具有在水平截面中为弧形的内壁,布置成锯齿形的所述 电力传输电缆相应于所述弧形的内壁扭曲地延伸。
[0062] 进一步地,在所述电力传输电缆的各转折点处设有夹持所述电力传输电缆的夹 板。
[0063] 进一步地,在所述电力传输电缆的每两个转折点之间设有至少一个另外的夹持所 述电力传输电缆的夹板,其中,相邻两个所述夹板之间的电力传输电缆为直线形。
[0064] 进一步地,所述预定转折角大于或等于5°,并小于或等于10°。
[0065] 进一步地,在所述围护结构的背阴面内壁上至少在与所述电力传输电缆相对的区 域中施加热辐射吸收涂层。
[0066] 进一步地,在所述围护结构本体的至少阳面侧外壁上施加第一隔热层。
[0067] 进一步地,所述第一隔热层为热反射隔热涂层,对太阳辐射和地面辐射实施反射。
[0068] 进一步地,在所述围护结构的阳面侧内壁上敷设第二隔热层。
[0069] 进一步地,所述第二隔热层为热辐射隔热涂层。
[0070] 进一步地,在所述围护结构的背阴面外壁上施加热辐射散热涂层。
[0071] -种风力发电机组,包括上述的基于围护结构的传热散热系统,其中,所述围护结 构为塔筒。
[0072] 本发明实施例提供的基于围护结构的传热散热系统和风力发电机组,是在热力学 第二定律(热力学第二定律的实质便是论述热力过程的方向性及能质退化或贬值的客观 规律。所谓过程的方向性,除指明自发过程进行的方向外,还包括对实现非自发过程所需要 的条件,以及过程进行的最大限度。热力学第二定律告诫我们:自然界的物质和能量只能沿 着一个方向转换,即从可利用到不可利用。该定律揭示了能量在转换与传递过程中,具有方 向性及能质不守恒的客观规律,所有热力过程都必须同时遵守热力学第一定律和热力学第 二定律)的指导下,借助塔筒这样的围护结构,挖掘其"背阴面内壁面"及其附近空气温度 较低的这个"冷源",水平径向构建温度降落的热流传递系统,有效降低了围护结构(如塔 筒)内电力传输用电力传输电缆的表面温度,延长了其使用寿命,保证电力传输的运行安 全。"绿色"、"零能耗"地辅助解决了高温自然地理环境中(如沙漠干旱等地域)风力发电 机组塔筒内电力传输电缆的过温问题,提高电力传输的系统安全性。
【附图说明】
[0073] 图1和图2表示风力机塔筒内电力传输电缆现有技术典型敷设方案;
[0074] 图3示出作为围护结构的塔筒在夏季各朝向太阳辐射及出现高温和暴雨方向的 范围;
[0075] 图4示出作为围护结构的塔筒外部夏季综合温度的组成;
[0076] 图5为作为围护结构的塔筒外围不同朝向的综合温度曲线图;
[0077] 图6为本发明实施例的传热散热系统的横截面示意图;
[0078] 图7和图8示意性表示塔筒内电力传输电缆根据本发明实施例的敷设方案;
[0079] 图9示意性表示本发明实施例一的传热散热系统中电力传输电缆的敷设方案;
[0080] 图10和图11为本发明实施例的传热散热系统强化传热原理分析用图,其中,图10 以侧视图表示电力传输电缆和塔筒壁,图11以沿径向的正视图表示电力传输电缆和塔筒 壁;
[0081] 图12表不本发明实施例的传热散热系统中电力传输电缆与塔筒壁之间的两种边 界层相互作用强化换热;
[0082] 图13表示本发明实施例的传热散热系统中围护结构背阴面内壁涂层与电力传输 电缆表面之间辐射换热简化后的净热量传递示意;
[0083] 图14为本发明实施例的传热散热系统中围护结构背阴面内壁涂层径向获取、传 递热流示意图;
[0084] 图15为本发明实施例的传热散热系统一塔筒壁内表面对径向热流实施阻断来配 合背阴面传热冷却的原理分析用图;
[0085] 图16为本发明实施例的传热散热系统一塔筒壁内表面涂层热源等效单元网络 图;
[0086] 图17示意性表示本发明实施例二的传热散热系统中电力传输电缆的敷设方案;
[0087] 图18示意性表示本发明实施例三的传热散热系统中电力传输电缆的敷设方案。
[0088] 附图标记汇总:电力传输电缆1、电气设备2、热辐射吸收涂层3、第二隔热层4、塔 筒5、第一隔热层6、热辐射散热涂层7、三角形空挡区域8、夹板9、马鞍面10、第一倾斜子段 11、第二倾斜子段12、过渡子段13。
【具体实施方式】
[0089] 首先对发明人经研究后做出的本发明应用环境分析及发明核心思想进行说明。
[0090] 1、塔筒等围护结构的热环境分析
[0091] 发明人对目前风力发电机组中电力传输电缆在马鞍形支架以下传统敷设方式在 塔筒壁内没有专门挖掘圆周方向"定向方位"利于热源散热冷却的现有技术状况,在行业率 先提出在当地建设风电场之前,获取气象数据并且实测安装地点区域夏季的日辐射量,即 东、南、西、北各个朝向(方位)以及正上方的日辐射量数值,绘出如图3所示的哑铃形状的 曲线,其向心径向大小代表风机塔筒所在地各个朝向的太阳辐射量。
[0092] 图3为以北半球的我国境内某地风电场地理环境气象数据为依据,测量绘制出的 直立风力发电机组的塔筒外部环周夏季日辐射量日变化情况代表性示意图。日辐射量变化 如图中虚线所示,沿着不同方位的径向幅值大小(长短)代表相应塔筒方向时段太阳即时 投射到塔筒壁的辐射强度。
[0093] 从图3可以看出:由南向西顺时针方向60°左右是开始出现高温的方位,一直持 续到正西侧,之后才开始降低辐射强度(即:日常所说的"西晒")。该地理位置处的正北 侧不会直接得到太阳辐射,只有当地地表面辐射和大气辐射,即环境辐射,表现幅值非常弱 小,值得搭桥利用,向该方向由内向外搭桥传递热流,也正是本发明的技术发明点之一。
[0094] 同时,图3也给出该地理环境在夏季的暴风雨方向,来自这个方向的暴风雨冲刷 这个方向的塔筒壁,极弱的太阳辐射连同定向的暴风雨(规律)致使塔筒壁北侧及其偏右 区域外侧温度较低。
[0095] 依据物质迀移规律,通量(热流量)=物质迀移过程的推动力(温压)/阻力(热 阻),这是产生本发明的核心指导思想。在塔筒内,尤其是底部设置有机组变流器及其电抗 器、变压器(包括给机组供给厂用电的变压器和连接电网
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