CN106014882A - 一种风电机组的冷却方法及冷却*** - Google Patents

一种风电机组的冷却方法及冷却*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电机组的冷却方法，包括以下步骤：设定强制换热的启动触发温度T1和中止触发温度T2；当所述发热部件的温度低于所述启动触发温度T1时，采用自然换热方式进行冷却降温；当所述发热部件的温度达到所述启动触发温度T1以上时，采用自然换热和强制换热同时进行冷却降温；当所述发热部件的温度降至所述中止触发温度T2以下时，采用自然换热进行冷却降温。本发明还公开了应用上述冷却方法的冷却***。本发明所述冷却方法灵活、有效、可靠，并在保证机组正常工作基础上，降低机组自耗电。所述冷却***能够在不加大换热器结构尺寸和重量的前提下，满足风电机组更高的散热需求。

Description

一种风电机组的冷却方法及冷却***
技术领域
本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种风电机组的冷却方法及冷却***。
背景技术
随着风电机组单机容量的不断增长，大功率的兆瓦级机组的发电机、变流器与齿轮箱等发热部件的散热量越来越大，为了提升换热效率，整机厂大都倾向于使用水冷***。水冷***使用冷却液通过管路，将发热部件的热量带至机舱外的换热器，冷却液与舱外空气进行热交换后，低温冷却液再次流经发热部件进行冷却。冷却液与舱外空气的热交换分为自然换热与强制换热两种方式，前者依靠环境风与冷却液进行热交换；后者利用风扇对环境风进行加速，使与冷却液进行热交换的风量显著增大。根据热交换原理可知，强制换热的换热效率比自然换热显著增加。
目前，大功率的兆瓦级风电机组多采用自然换热的水冷***方案，但是随着单机容量的增加，满足发热部件散热要求的换热器外形尺寸与重量不断增大，换热器的安装和支撑结构对机舱强度的要求已经近于苛刻。但是如果仍然采用原有较小功率的兆瓦级机组所用换热器，低风速下的热交换量则无法满足散热需求。因此，既满足机舱强度要求，又符合低风速下的散热需求的水冷***方案成为大功率兆瓦级风电机组开发的一个瓶颈，亟需突破。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电机组的冷却方法及冷却***，所述冷却方法优化了不同工况下的散热形式，灵活、有效、可靠，并在保证机组正常工作基础上，降低机组自耗电。所述冷却***能够在不加大换热器结构尺寸和重量的前提下，满足风电机组更高的散热需求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种风电机组的冷却方法，用于风电机组的发热部件的冷却降温，其特征在于，包括以下步骤：设定强制换热的启动触发温度T1和中止触发温度T2；当所述发热部件的温度低于所述启动触发温度T1时，采用自然换热方式进行冷却降温；当所述发热部件的温度达到所述启动触发温度T1以上时，采用自然换热和强制换热同时进行冷却降温；当所述发热部件的温度降至所述中止触发温度T2以下时，采用自然换热方式进行冷却降温。
一种应用所述冷却方法的风电机组的冷却***，所述冷却***包括支架、换热器、换热风扇、电机、测温装置以及控制器，所述换热器及换热风扇安装在所述支架上且位置相对，所述电机连接并驱动所述换热风扇，所述测温装置用于测量所述发热部件的温度数据，并将所述温度数据传送给所述控制器，所述控制器根据接收到的所述温度数据控制所述电机的启闭：当所述发热部件的温度低于所述启动触发温度T1时，所述电机不开启，所述换热风扇不工作；当所述发热部件的温度达到所述启动触发温度T1以上时，所述电机开启，所述换热风扇工作；当所述发热部件的温度降至所述中止触发温度T2以下时，所述电机关闭，所述换热风扇停止工作。
作为进一步地改进，所述支架包括换热器安装支架和换热风扇安装支架，所述换热器安装支架为框型支架，所述框型支架的两侧边沿上分别设有凸出部，所述换热风扇安装支架为板状支架，所述板状支架的两端分别 与所述凸出部固定连接。
所述测温装置为温度传感器。
还包括用于罩在所述换热风扇外部的隔栅。
由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
针对大功率兆瓦级风电机组的冷却***设计的技术瓶颈，本发明所涉及的混合式冷却方法及***，可以有效解决换热功率大与机舱强度不足的矛盾冲突；同时在高风速条件下可以降低风电机组的自耗电，为增加发电效益提供一定的帮助。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的风电机组的冷却***结构示意图。
图2是低风速与高风速下的自然换热工况的空气流向示意图。
图3是中间风速下的强制换热与自然换热的混合工况的空气流向示意图。
图4是不同风速条件下的三种换热方式的对比结果。
具体实施方式
针对目前大功率兆瓦级风电机组水冷***结构尺寸与重量同机舱强度相对不足的矛盾，本发明提出一种风电机组的冷却方法及***，可实现对风电机组的发热部件进行自然换热与强制换热混合冷却方式。
本发明所述的风电机组的冷却方法，用于风电机组的发热部件的冷却 降温，主要包括以下步骤：设定强制换热的启动触发温度T1和中止触发温度T2；当所述发热部件的温度低于所述启动触发温度T1时，采用自然换热方式进行冷却降温；当所述发热部件的温度达到所述启动触发温度T1以上时，采用自然换热和强制换热同时进行冷却降温；当所述发热部件的温度降至所述中止触发温度T2以下时，采用自然换热进行冷却降温。一般地，设置T2<T1。
本发明还提供一种风电机组的冷却***，该***可基于上述冷却方法得以实现对风电机组发热部件的混合式冷却降温。请参阅图1所示，本发明所述的风电机组的冷却***，主要包括支架、换热器2、换热风扇3、电机5、测温装置(图中未示出)以及控制器(图中未示出)。其中，所述换热器2及换热风扇3安装在所述支架上且位置相对，所述电机5连接并驱动所述换热风扇3，所述测温装置用于测量风电机组发热部件的温度数据，并将所述温度数据传送给所述控制器，所述控制器根据接收到的所述温度数据控制所述电机5的启闭，从而控制换热风扇3的启闭。
具体地，如图1所示，所述支架包括换热器安装支架1和换热风扇安装支架6，所述换热器安装支架1为框型支架，该支架用于与机舱连接，换热器2通过螺栓连接到换热器支架1上，换热器2的上设有冷却液/油进口21、冷却液/油出口22。换热器安装支架1的两侧边沿上分别设有凸出部，所述换热风扇安装支架6为板状支架，该板状支架的两端分别与所述凸出部通过螺栓固定连接。换热风扇3及电机5通过螺栓安装于换热风扇安装支架6上。换热风扇3外部还罩有隔栅4。隔栅4安装在换热风扇安装支架6上。
本发明的风电机组的冷却***实际应用时包括三种工况：低风速下的自然换热工况、中间风速下的强制换热与自然换热的混合工况，以及高风速下的自然换热工况。低风速与高风速下的自然换热工况的空气流向分别如图2所示，中间风速下的强制换热与自然换热的混合工况的空气流向如 图3所示，其中空心箭头表示冷空气，小的实心箭头表示自然换热后的热空气，大的实心箭头表示强制换热后的热空气。
低风速的自然换热工况(发热部件监测温度未达到启动触发温度T1时)下，电机5不启动，换热风扇3不启动，发热部件完全依靠环境风进行热交换。冷却液/油流经换热器2，与换热器2周围的空气进行热交换。冷空气由上风向穿过换热器2，吸收换热器2内部冷却液/油的一部分热量，转化为热空气，由环境风产生的换热器2前后压差，使热空气排向下风向。
中间风速的强制换热工况(发热部件监测温度达到触发温度T1以上时)下，电机5启动，换热风扇3启动，依靠换热风扇3提供的上下风向的压差，显著增大通过换热器2中间部分的空气流量，根据热交换原理，这种混合方式的换热功率比自然换热方式的换热功率高，可以满足发热部件在中间风速下的散热需求。
高风速的自然换热工况(发热部件监测温度下降到中止触发温度T2以下时)下，电机5停止工作，换热风扇3关闭，发热部件完全依靠环境风进行热交换。冷却液/油流经换热器2，与换热器2周围的空气进行热交换。冷却***再次恢复自然换热方式进行热交换，此时环境风提供的空气流量可以满足发热部件散热需求，不再需要启动换热风扇3。
根据传热方程与热平衡方程可知，对于换热面积相等的同种换热器，冷流体的流量越大，换热器的换热功率就越高；对于面积不等的同种换热器，冷流体的流量越大，换热器的换热效率越高。同时由于自然换热方式的冷却风量不足，导致大功率兆瓦级换热器的体积重量越来越大，已经超出机舱强度许可的范围。为此，本发明将自然换热与强制换热两种方式有机结合，可以在使用满足机舱强度要求的换热器条件下，尽量减少风电机组的冷却***的耗电量。
本发明所用的混合换热方式，与自然换热方式采用相同的换热器，在 不同风速条件下的对比如图4所示。由图4可见，发热部件的散热量在超过切入风速后，随着风速增加而增大；当达到额定风速后由于发电功率不再增长，散热量趋于定值不再增加。自然换热方式在低风速条件下，因为发热部件的散热量较低，环境风提供的空气流量能够满足散热需求；但达到中间风速阶段，发热部件的散热量增长速度超过换热器的热交换量增长速度，使得中间风速条件下的换热器所能提供的热交换量低于发热部件的散热量，打破热平衡，导致发热部件过热故障；伴随风速继续增长到高风速阶段，发热部件的散热量由于机组容量限制而趋于定值，而换热器所能提供的热交换量却仍然继续增加，因而在高风速条件下换热器再次满足发热部件的散热需求。
综上所述，本发明的混合式冷却***采用混合换热方式，在低风速条件下，自然换热方式能够满足散热需求时，风扇关闭，依靠自然换热方式进行热交换；当达到中间风速阶段，流经发热部件的冷却液/油监测温度达到换热风扇的电机启动触发温度以上时，换热风扇启动，提高换热器所能提供的热交换量，满足发热部件的散热需求，以保证发热部件的正常工作；当风速进一步增大到高风速阶段，流经发热部件的冷却液/油监测温度降至换热风扇的电机关闭触发温度以下时，换热风扇关闭，恢复到完全依靠环境风的自然换热方式进行热交换，从而降低由换热风扇启动导致的自耗电。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种风电机组的冷却方法，用于风电机组的发热部件的冷却降温，其特征在于，包括以下步骤：
设定强制换热的启动触发温度T1和中止触发温度T2；
当所述发热部件的温度低于所述启动触发温度T1时，采用自然换热方式进行冷却降温；
当所述发热部件的温度达到所述启动触发温度T1以上时，采用自然换热和强制换热同时进行冷却降温；
当所述发热部件的温度降至所述中止触发温度T2以下时，采用自然换热方式进行冷却降温。
2.一种应用权利要求1所述冷却方法的风电机组的冷却***，其特征在于，所述冷却***包括支架、换热器、换热风扇、电机、测温装置以及控制器，所述换热器及换热风扇安装在所述支架上且位置相对，所述电机连接并驱动所述换热风扇，所述测温装置用于测量所述发热部件的温度数据，并将所述温度数据传送给所述控制器，所述控制器根据接收到的所述温度数据控制所述电机的启闭：
当所述发热部件的温度低于所述启动触发温度T1时，所述电机不开启，所述换热风扇不工作；当所述发热部件的温度达到所述启动触发温度T1以上时，所述电机开启，所述换热风扇工作；当所述发热部件的温度降至所述中止触发温度T2以下时，所述电机关闭，所述换热风扇停止工作。
3.根据权利要求2所述的风电机组的冷却***，其特征在于，所述支架包括换热器安装支架和换热风扇安装支架，所述换热器安装支架为框型支架，所述框型支架的两侧边沿上分别设有凸出部，所述换热风扇安装支架为板状支架，所述板状支架的两端分别与所述凸出部固定连接。
4.根据权利要求2所述的风电机组的冷却***，其特征在于，所述测温装置为温度传感器。
5.根据权利要求2所述的风电机组的冷却***，其特征在于，还包括用于罩在所述换热风扇外部的隔栅。
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