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_4

文档序号:9378946阅读:来源:国知局
[0121] 电力传输电缆1用于传输电流,会发热,电流越大,发热量越大,电力传输电缆1产 生的热量需要及时散去,以保证其工作在正常的温度范围内。
[0122] 通过电力传输电缆1折弯形地敷设,将塔筒5内壁上更多的(即更大周向弧长或 周向宽度)的温度相对较低的空气带动起来参与同电力传输电缆1之间的"自然对流换 热",提高电力传输电缆1的散热速率,降低电力传输电缆1的温度。
[0123] 如上文分析及实测的那样,在太阳辐射下,塔筒5内部背阴面区域的温度比阳面 区域要低5-10°,本实施例中将电力传输电缆1敷设在塔筒5的背阴面区域中,使得电力传 输电缆1与其周围空气及塔筒5内壁之间温差增大,结合电力传输电缆1的折弯形布置,能 显著提高电力传输电缆1向背阴面塔筒5的壁之间的散热速率,降低电力传输电缆1的温 度。
[0124] 具体地,如图7-11所示,电力传输电缆1布置成向下以预定转折角Θ往复弯折的 锯齿形。"锯齿形"轨迹从上至下,左右两边均会出现"峰点"或"转折点",不论左侧或是右 侦_"转折点"或"峰点",同一侧的上下两个转折点之间出现了一个三角形空挡区域8,所 谓"三角形"是指同一侧的两个转折点与这两个转折点高度之间的同一侧转折点,即"三点" 构成了一个三角形。这个"三角形空挡区域8"对于并行下落敷设的多跟电力传输电缆1在 最左侧(如:MBS区域)和最右侧(如:DEG区域)均会周期性交替出现。在各转折点处电 力传输电缆1借助夹板9固定,优选地在每两个转折点之间还设有至少一个另外的夹持电 力传输电缆1的夹板9,其中,相邻两个夹板9之间的电力传输电缆1为直线形。夹板固定 方式是现有技术,但本实施例中,电力传输电缆1是锯齿形弯折地延伸的,所以与现有技术 相比有以下不同之处:
[0125] (1)上下相邻的两个夹板9在塔筒5壁周向不同的方位(即已经不同于传统方式、 上下不在一条竖直线上了)。
[0126] (2)两个相邻转折点处的夹板9也已经不在塔筒5壁周向同一圆周位了。
[0127] (3)上下两个相邻转折点处的夹板之间的电力传输电缆1可以再被多个夹板9分 成多段折线固定,从而两个相邻转折点之间的电力传输电缆1由多个"折线段"构成,也不 是一条直线了,而是围绕塔筒5圆弧形内壁下落的近似弦线段。
[0128] (4)同一侧上下相邻转折点之间出现了一个"三角形空挡区域8",这个区域被发 明人根据塔筒5壁表面和边界的空气物理状况定义称为"冷区","冷区"发挥特殊的作用, 来自下方经下方电力传输电缆1(图11中字母MP右侧临近电力传输电缆1,或字母DE左侧 下方临近电力传输电缆1)加热后受浮升力作用后上升的热空气在其上方的"冷区"(字母 AP或Dra水平高度上下、前后附近)与这里的"冷空气"参混,这里原先的"冷空气"下沉, 两者混合过程的同时,伴随着上浮的热空气与冷的塔筒5内壁进行"自然对流换热",温度 得到降低后,起初来自下方电力传输电缆1 一图11中字母MP右侧临近电力传输电缆1,或 字母DE左侧下方临近电力传输电缆1的那股热空气的浮升力也就被降低,总体上不再"干 扰"上层的电力传输电缆1与同一水平高度前后的掺混换热的凉空气之间的自然对流换热 的强度。这里,"干扰"上层的电力传输电缆1是指:上升的热空气包裹其上方的电力传输 电缆1,不利于电力传输电缆1周边的冷空气下降并"替换"表面热空气去进行"自然对流 换热",如图11中字母SP之间四个弯曲的箭头,先向下、后向右转向的四个弯曲的箭头代表 电力传输电缆1周围的空气来填补热气流上升后形成的空缺、持续接触电力传输电缆1、通 过自然对流换热方式去冷却电力传输电缆1表面,字母DI区域代表的电力传输电缆1表面 也会进行如此物理过程。
[0129] 这里需要指出的是,上下两个相邻转折点处的夹板9对电力传输电缆1弯曲的弧 度遵守行业弯曲半径的要求,满足热涨伸缩的要求,这里不再做分析。
[0130] 如图10所示:塔筒5内壁面温度较低,存在"冷面边界层",在这个边界层内包含空 气,在该侧视图中,电力传输电缆1的投影与塔筒5壁之间是基本上平行的,便于观察电力 传输电缆1与塔筒5壁之间及其表面边界层空气运动状况,这里的"边界层"是流体力学和 传热学(对流换热专业)术语。电力传输电缆1右侧的自然对流边界层沿着高度方向逐渐 增厚,自然其中的受热空气也是上升的;塔筒5壁面边界层(称为"冷面边界层")向上是 逐渐变薄的,也即向下是逐渐变厚的,空气密度较大,自然也是向下沉的;"上升的"与"下沉 的"在其间(指电力传输电缆1外表面与塔筒壁之间)整体做顺时针旋转,局部做顺时针旋 转。与传统布置方式不同的是(发明特征-冷却物理结构特征):上面交汇的"边界层"向 上延伸,进入"冷区",也同样得到"冷区"塔筒5壁面的"自然对流换热"方式的冷却,即:7令 的塔筒5的内壁面再次被得到利用。被下方电力传输电缆1加热后的热空气被控制在相应 的直线段落内(字母AP和字母DHl代表的相应区域水平高度附近的冷热混合空气),即上 下相邻两个转折点(字母MS代表的区域)之间。
[0131] 本实施例中,由于塔筒5是圆筒壁形的,因此电力传输电缆1的"折线形"轨迹是 三维立体的,呈往复弯折扭曲的锯齿形,具备扭转的结构,折线的结构,上下不重叠的结构, "冷区"(在1^宽度、马鞍支架以下几十米的区域中,上下)周期性左右交错出现的新结构, "冷区"面积大小可控的结构特点。"往复弯折扭曲的锯齿形"中,"往复"指在塔筒5壁背阴 面内壁弧面上左右周期性弯折;"扭曲"指成组多根电力传输电缆1由于左右弯折,不处于 塔筒5壁圆周方向同一个弧面上,致使相邻两个夹板9不在上下一条线上,也即:两个夹板 9周向方位有变化(或左、或右边),出现扭曲。
[0132] 如图11和图12所示,转折点换热效果具有周期性,如同在"P"和"D"处换热较 弱,"M"和"I"处换热较强,向下延伸过程转折点(转弯处)换热强度周期变化。沿塔筒5 高度方向,塔筒5内径在逐渐变小,造成"MDGB"区域与"BGIP"区域竖直方向不在同一个平 面,即:高度方向俯视图不重叠,空气受浮升力作用上升的"迹线"(流体力学基本术语)也 不重合(发明特征-冷却物理结构特征),这样,效果上,下层电力传输电缆1上升气流对上 层电力传输电缆1冲刷的重叠度较小,影响也就会减弱。
[0133] 从图11和图12所示效果上还反映出另外一个角度,即电力传输电缆1由于非竖 直延伸,"相邻局部段落"上下存在扭曲,向上塔筒壁内径缩小,致使下层电力传输电缆1产 生的热气流会向上直接冲刷塔筒5壁。目前"折线扭曲轨迹"在塔筒5壁周向展开后,获得 与大幅度宽的冷壁面接触的机会,这个接触面积扩大两倍以上(发明特征-冷却物理结构 特征),扩大的多少受控于电力传输电缆1的预定转折角Θ。
[0134] 本实施例中,预定转折角Θ优选大于或等于5°,并小于或等于10°。
[0135] 表1表示与现有技术中竖直直线形电力传输电缆1相比,不同预定转折角Θ的电 力传输电缆1长度增加百分比。如图9所示,局部实际电力传输电缆1长度近似等于L2/ cos Θ,从表1可以看出,即使到10°,总长也只会增加约1.6%,不会过多,显然不必考虑电 力传输电缆1增长的费用。
[0136] 表 1
[0137]
[0138] 表2表示不同预定转折角Θ时电力传输电缆1冷区周向弧长(L2 *tg Θ )增加倍 数及由此带来的自然对流换热面积的增加倍数(以上下转折处相距L2 = 5000mm ;电力传 输电缆1组原始周向弧长L = 600mm为例)。
[0139] 表 2
[0141] 从表2可以看出,预定转折角Θ到1〇°时,电力传输电缆1冷区周向弧长将增加 2. 467 倍。
[0142] 主电力传输电缆1冷区周向弧长增加,发挥的作用是:让整个2. 467倍弧长的塔筒 5壁面边界层的冷空气受到扰动,被带动起来参与换热的冷空气大幅度增加了,原先现有技 术竖直布置电力传输电缆1组,其与对面的塔筒5壁之间的空气接受电力传输电缆1加热 的同时,这些热空气又同时被塔筒5壁冷却,并且逐渐上升,影响的范围(周向弧长)也有 限,大约只有本发明的2. 4分之一,而背阴面塔筒壁"储存的冷量"较大,现有技术没有对其 利用起来。另一方面,大面积冷空气被带动运动起来与电缆进行对流换热,同时向背阴面塔 筒壁内壁面放热,这些被带动起来的大量的空气在较大的面积区域与背阴面塔筒5壁进行 自然对流换热,根据牛顿冷却公式:Φ。= hA(t f - tw)(本发明的理论依据),间接借助大面 积(A增大两倍以上)冷空气吸收电力传输电缆1的热量,以自然对流换热形式传给大面积 塔筒5的壁,面积大换热速率得到提高,从而有效降低电力传输电缆1的温度,其中,Φ。为 对流换热速率,tf为空气平均温度,t w为塔筒5内壁温度,A为对流换热接触面积,h为空气 与塔筒5壁面接触时的表面热量传递系数。
[0143] 如图6所示,该实施例中,在塔筒5的背阴面内壁上施加热辐射吸收涂层3,热辐射 吸收涂层3的宽度或周向弧长优选地不小于电力传输电缆1占据的宽度或周向弧长Q。
[0144] 图6中电力传输电缆1仅仅显示6根,并且"一"子排开,只是示意图,具体排列方 式根据机组容量的大小,电力传输电缆1根数多少会变化,电力传输电缆1之间的间距也会 做相应调整,不一定是"一"子排开布局,可以是与塔筒5内壁等间距的弧形也可以是 曲线波浪形"~"。
[0145] 在塔筒5的背阴面区域中除了电力传输电缆1,还可以设置其它电气设备2例如变 流器,电力传输电缆1与电气设备2的位置关系也只是示意,也不排除两者就该视图来讲, 进行左右交换,包括将电气设备2就视图来讲沿着顺时针方向向东调整,远离电力传输电 缆1。
[0146] 热辐射吸收涂层3根据材料及制备工艺的不同,主要有以下四类,不同类型的涂 层可以单独地,也可以组合地用在本发明实施例中。
[0147] (1)涂料涂层
[0148] 涂料涂层制备方法一般采用压缩空气喷涂法。常用的涂料涂层有:
[0149] Fe2O3-Cr2O3涂层,以Fe 203、Cr203和MnO 2为颜料,有机硅改性丙烯酸树脂为粘结
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