CN108644074A - 风力发电机组、风力发电机组机舱散热***及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组、风力发电机组机舱散热***及其设计方法。所述设计方法包括，获取太阳辐射热量Q1、机舱热量Q2、机舱罩因空气对流而散发的热量Q3以及所述机舱罩对外热辐射的热量Q4；根据公式Q1+Q2=Q3+Q4+Q5，获取所述轴流风机和所述空冷器需要散发的热量Q5；设定所述机舱罩内的温度T0以及获取所述机舱外的温度T1，并根据公式q=Q5/Cp/ρ/（T0‑T1）确定所述轴流风机和所述空冷器需要具备的风量q；根据所述轴流风机和所述空冷器需要具备的风量q选取所述轴流风机和所述空冷器。该设计方法基于能量守恒定律，通过公式计算得出配置所述散热***所需要的参数，再跟进该参数对所需配置的设备进行选型，该设计方法具有考虑全面、易于实现等优点。

Description

风力发电机组、风力发电机组机舱散热***及其设计方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风力发电机组、风力发电机组机舱散热***及其设计方法。

背景技术

随着风力发电技术的不断成熟，海上风力发电机组得到了大力重视和发展，但由于其安装难度大、建设周期长等原因，海上风力发电机组的装机量远远低于陆地风力发电机组的装机量，因此陆地风力发电机组仍然是目前的主力发电机组。

陆地风力发电机组的机舱一般包括齿轮箱、发电机、变频器（部分机型安装在塔筒内）、控制柜、偏航电机等。其中，大功率发热部件主要包括齿轮箱、发电机以及变频器，其发热功率一般在数十到数百千瓦之间。机舱罩一般采用密闭结构，并且导热系数较低，保温性能好，如果大功率发热部件的热量不及时排出，机舱温度将持续上升，从而导致发电机组因超温而停机。因此，大功率发热部件一般配置有独立的冷却***，将热量排出到机舱罩外。但即使大功率发热部件具有独立的冷却***，仍有部分热量从大功率发热部件表面散发出来，并且控制柜、电机以及变频器等发热部件的热量也可能直接散发至机舱内部。如果该部分热量不能及时排出，同样会导致机舱内的环境温度上升，降低机舱内部元件的使用寿命，当温度达到极限值时，会引发机组停机，降低了机组的可利用率。因此，风力发电机组会配备一套机舱冷却***，但目前的机舱冷却***结构复杂，安装维护难度较大，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组、风力发电机组机舱散热***及其设计方法，以解决现有技术中的风力发电机组机舱冷却***结构复杂，安装维护难度较大以及成本较高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种风力发电机组机舱散热***的设计方法，所述风力发电机组包括齿轮箱和机舱罩，所述散热***包括轴流风机和空冷器，所述设计方法包括：

获取太阳辐射热量Q1、机舱热量Q2、机舱罩因空气对流而散发的热量Q3以及所述机舱罩对外热辐射的热量Q4；

根据公式Q1+Q2=Q3+Q4+Q5，获取所述轴流风机和所述空冷器需要散发的热量Q5；

设定所述机舱罩内的温度T0以及获取所述机舱外的温度T1，并根据公式q=Q5/Cp/ρ/（T0-T1）确定所述轴流风机和所述空冷器需要具备的风量q（Cp为空气定压比热容，ρ为空气密度）；

根据所述轴流风机和所述空冷器需要具备的风量q选取所述轴流风机和所述空冷器。

可选的，根据所述齿轮箱运行温度和发热功率的要求，获取所述空冷器的风量q1，并根据所述空冷器的风量q1选取所述空冷器；在满足所述轴流风机的风量q2大于或等于q-q1的条件下，选取所述轴流风机。

可选的，所述获取太阳辐射热量Q1包括，在太阳辐射强度最强时获取所述太阳辐射热量Q1。

可选的，所述机舱罩内的温度T0为所述机舱罩内最高环境温度，所述机舱外的温度T1为所述机舱罩外最高环境温度。

可选的，所述获取机舱罩因空气对流而散发的热量Q3包括，根据所述机舱罩外壁温度、风速以及所述机舱外环境温度T1，获取所述机舱罩因空气对流而散发的热量Q3。

可选的，所述获取所述机舱罩对外热辐射的热量Q4包括，根据所述机舱罩外壁温度和所述机舱外环境温度T1，获取所述机舱罩对外热辐射的热量Q4。

进一步的，本发明还提供一种风力发电机组机舱散热***，所述风力发电机组包括机舱罩、齿轮箱以及其他发热部件，所述散热***包括至少一个空冷器、至少一个轴流风机、开设在所述机舱罩上的第一进风口以及开设在所述机舱罩上的第二进风口；

所述至少一个空冷器安装在所述机舱罩的一侧，并与所述第一进风口在所述机舱罩上异侧布置；

所述至少一个轴流风机安装在所述机舱罩的另一侧，并与所述第二进风口在所述机舱罩上异侧布置。

可选的，所述第一进风口和所述第二进风口为百叶窗进风口。

可选的，在所述第一进风口和所述第二进风口上均安装有过滤器。

可选的，所述过滤器包括过滤网或过滤棉。

可选的，还包括与所述至少一个空冷器一一对应的导风风道，所述导风风道的进风口与所述空冷器的出风口对接，所述导风风道的出风口位于所述机舱罩外部。

可选的，所述至少一个空冷器位于所述齿轮箱的上方，所述第一进风口位于所述齿轮箱的下方。

可选的，所述至少一个轴流风机位于所述其他发热部件的侧上方，所述第二进风口位于所述其他发热部件的下方。

更进一步的，本发明还提供一种风力发电机组，包括所述散热***。

综上所述，本发明提供的风力发电机组机舱散热***的设计方法，基于能量守恒定律，通过公式计算得出配置所述散热***所需要的参数，再跟进该参数对所需配置的设备进行选型，该设计方法考虑全面、易于实现。该散热***包括空冷器和轴流风机，其结构紧凑，安装维护便捷，制造成本低。包括该散热***的风力发电机组，具有排热路程短，结构紧凑，制造成本低等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种风力发电机组机舱散热***的设计方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种风力发电机组的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种风力发电机组的散热示意图。

附图标记说明如下：

1-导风风道；2-空冷器；3-发电机；4-其他发热部件；5-轴流风机；

6-齿轮箱；7-第一进风口；8-第二进风口；9-机舱罩。

具体实施方式

下面将结合附图1至附图3，以及具体实施方式对本发明提出的风力发电机组、风力发电机组机舱散热***及其设计方法进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本申请中，术语上方、侧上方、下方、上侧、下侧以及右侧均为基于附图所示的方位。

图1为本发明实施例提供的一种风力发电机组机舱散热***的设计方法流程图，如图1所示。所述风力发电机组包括齿轮箱和机舱罩，所述散热***包括轴流风机和空冷器，所述设计方法包括，

S1：获取太阳辐射热量Q1、机舱热量Q2、机舱罩因空气对流而散发的热量Q3以及所述机舱罩对外热辐射的热量Q4；S2：根据公式Q1+Q2=Q3+Q4+Q5，获取由所述轴流风机和所述空冷器需要散发的热量Q5；S3：设定所述机舱罩内的温度T0以及获取所述机舱外的温度T1，并根据公式q=Q5/Cp/ρ/（T0-T1）确定所述轴流风机和所述空冷器需要具备的风量q（Cp为空气定压比热容，ρ为空气密度）；S4：根据所述轴流风机和所述空冷器需要具备的风量q选取所述轴流风机和所述空冷器。

在对所述散***进行设计时，可根据所述散热***散热时需要满足的风量来对所述散热***进行配置，在获取所述散热***的风量之前需获得所述散热***所散出的热量，可根据能量守恒定律可获得所述散热***所散出的热量。

在风力发电机组运行时，其会接收到太阳的辐射热量Q1，自身机舱内的发热装置会发出热量Q2，机舱罩会因空气对流而散发一部分热量Q3，同时机舱罩还会对外进行热辐射，该热辐射的热量为Q4。基于能量守恒定律，可根据公式Q1+Q2=Q3+Q4+Q5获得所述散热***所需要散出的热量Q5，所述散热***可由空冷器和轴流风机组成，Q5即为所述空冷器和所述轴流风机所需要散出的热量。显然，根据Q5可获得所述空冷器和所述轴流风机的风量q，根据公式q=Q5/Cp/ρ/（T0-T1）可得出所述空冷器和所述轴流风机的风量，其中，Cp为空气定压比热容，ρ为空气密度。T0为满足条件人为设定的机舱罩内的温度，T1为机舱罩外的环境温度。在满足所述空冷器和所述轴流风机的风量之和大于或等于q的条件下，选取所述轴流风机和所述空冷器。

本发明实施例提供的风力发电机组机舱散热***的设计方法基于能量守恒定律，通过计算得到轴流风机和空冷器所需要满足的条件，从而选择轴流风机和空冷器，该设计方法考虑全面、易于实现。

进一步的，可根据所述齿轮箱运行温度和发热功率的要求，获取所述空冷器的风量q1，并根据所述空冷器的风量q1选取所述空冷器。在满足所述轴流风机的风量q2大于或等于q-q1的条件下，选取所述轴流风机。该方法对空冷器和轴流风机的选择做了进一步的说明，为空冷器和轴流风机的选择提供了更详细的指导。

太阳辐射热量Q1优选在太阳辐射强度最强时获取，这样使得获取的太阳辐射热量Q1最大，从而可以使得Q5变大，获得的空冷器和轴流风机的风量q就相应的变大，按照该种方法选择的空冷器和轴流风机能够对风力发电机组进行更好的保护，使得其不易因过热而发生停机等故障。

优选的，所述机舱罩内的温度T0为所述机舱罩内最高环境温度，所述机舱外的温度T1为所述机舱罩外最高环境温度。所述机舱罩因空气对流而散发的热量Q3可根据所述机舱罩外壁温度、风速以及所述机舱外环境温度T1获取，因所述机舱外环境温度T1为所述机舱罩外最高环境温度，从而可使获取的所述机舱罩因空气对流而散发的热量Q3最小；同理，可根据所述机舱罩外壁温度和所述机舱外环境温度T1，获取所述机舱罩对外热辐射的热量Q4，当T1为所述机舱罩外最高环境温度时，热量Q4为最小，根据能量守恒定律公式Q1+Q2=Q3+Q4+Q5，可使获取的Q5最大，空冷器和轴流风机的风量q就最大。提高了空冷器和轴流风机的选择标准，能够使散热***对风力发电机组进行更好的散热，提升散热***对风力发电机组的保护。

图2为本发明实施例提供的一种风力发电机组的结构示意图，如图2所示，所述风力发电机组包括机舱罩9、齿轮箱6、发电机3以及其他发热部件4，所述风力发电机组包括散热***，所述散热***包括至少一个空冷器2、至少一个轴流风机5、开设在所述机舱罩上9的第一进风口7以及开设在所述机舱罩9上的第二进风口8；所述至少一个空冷器2安装在所述机舱罩9的上侧，所述第一进风口7开设在所述机舱罩9的下侧；所述至少一个轴流风机5安装在所述机舱罩9的右侧，所述第二进风口8开设在所述机舱罩9的下侧。所述空冷器2和所述轴流风机5可根据需要配置一个或多个。参见图3，所述风力发电机组运行时，新风从所述第一进风口7进入机舱前部，主要流过所述齿轮箱6表面后，变成热风由所述空冷器2排除，从而将所述齿轮箱6表面散发的热量排除。新风从所述第二进风口8进入机舱尾部，将所述其他发热部件4和所述发电机3的热量以热风的形式，通过所述轴流风机5排除。通过控制所述空冷器2和所述轴流风机5的启停，可将所述机舱内的环境温度控制在规定的范围内，例如，48℃-55℃，小于或等于48℃。本实施例提供的散热***结构紧凑，安装维护便捷，制造成本低。

进一步的，所述第一进风口7和所述第二进风口8可以是百叶窗进风口，这样可有效防止雨水进入所述机舱内部，从而对所述机舱内的电气设备起到了很好的保护。可在所述第一进风口7和所述第二进风口8上安装过滤器，所述过滤器可以是过滤网或过滤棉，这样可以滤掉空气中的粉尘等杂质，进一步保护所述机舱内的电气设备。

参见图2所述散热***还包括与所述至少一个空冷器2一一对应的导风风道1，所述导风风道1的进风口与所述空冷器2的出风口对接，所述导风风道1的出风口位于所述机舱罩9外部。当所述空冷器2有多个时，便配置与所述空冷器2数量相同的所述导风风道1，所述导风风道1可便于所述机舱内热量的排除，所述至少一个空冷器2位于所述齿轮箱6的上方，所述第一进风口7位于所述齿轮箱6的下方，这样的位置关系能够快速的对所述齿轮箱6进行散热，起到了更好的散热效果。所述至少一个轴流风机5位于所述其他发热部件4的上方，所述第二进风口8位于所述其他发热部件4的下方，所述其他发热部件主要包括控制柜和变频器，所述至少一个轴流风机5与所述第二进风口8的布置方式便于所述其他发热部件4的散热。

此外，本发明提供的风力发电机组具有结构紧凑，安装维护方便以及制造成本低等优点。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种风力发电机组机舱散热***的设计方法，所述风力发电机组包括齿轮箱和机舱罩，其特征在于，所述散热***包括轴流风机和空冷器，所述设计方法包括：

获取太阳辐射热量Q1、机舱热量Q2、机舱罩因空气对流而散发的热量Q3以及所述机舱罩对外热辐射的热量Q4；

根据公式Q1+Q2=Q3+Q4+Q5，获取所述轴流风机和所述空冷器需要散发的热量Q5；

设定所述机舱罩内的温度T0以及获取所述机舱外的温度T1，并根据公式q=Q5/Cp/ρ/（T0-T1）确定所述轴流风机和所述空冷器需要具备的风量q（Cp为空气定压比热容，ρ为空气密度）；

根据所述轴流风机和所述空冷器需要具备的风量q选取所述轴流风机和所述空冷器。

2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据所述齿轮箱运行温度和发热功率的要求，获取所述空冷器的风量q1，并根据所述空冷器的风量q1选取所述空冷器；在满足所述轴流风机的风量q2大于或等于q-q1的条件下，选取所述轴流风机。

3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述获取太阳辐射热量Q1包括，在太阳辐射强度最强时获取所述太阳辐射热量Q1。

4.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述机舱罩内的温度T0为所述机舱罩内最高环境温度，所述机舱外的温度T1为所述机舱罩外最高环境温度。

5.如权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述获取机舱罩因空气对流而散发的热量Q3包括，根据所述机舱罩外壁温度、风速以及所述机舱外环境温度T1，获取所述机舱罩因空气对流而散发的热量Q3。

6.如权利要求4或5所述的设计方法，其特征在于，所述获取所述机舱罩对外热辐射的热量Q4包括，根据所述机舱罩外壁温度和所述机舱外环境温度T1，获取所述机舱罩对外热辐射的热量Q4。

7.一种风力发电机组机舱散热***，所述风力发电机组包括机舱罩、齿轮箱以及其他发热部件，其特征在于，所述散热***包括至少一个空冷器、至少一个轴流风机、开设在所述机舱罩上的第一进风口以及开设在所述机舱罩上的第二进风口；

所述至少一个空冷器安装在所述机舱罩的一侧，并与所述第一进风口在所述机舱罩上异侧布置；

所述至少一个轴流风机安装在所述机舱罩的另一侧，并与所述第二进风口在所述机舱罩上异侧布置。

8.如权利要求7所述的散热***，其特征在于，所述第一进风口和所述第二进风口为百叶窗进风口。

9.如权利要求8所述的散热***，其特征在于，在所述第一进风口和所述第二进风口上均安装有过滤器。

10.如权利要求9所述的散热***，其特征在于，所述过滤器包括过滤网或过滤棉。

11.如权利要求7所述的散热***，其特征在于，还包括与所述至少一个空冷器一一对应的导风风道，所述导风风道的进风口与所述空冷器的出风口对接，所述导风风道的出风口位于所述机舱罩外部。

12.如权利要求7所述的散热***，其特征在于，所述至少一个空冷器位于所述齿轮箱的上方，所述第一进风口位于所述齿轮箱的下方。

13.如权利要求7所述的散热***，其特征在于，所述至少一个轴流风机位于所述其他发热部件的侧上方，所述第二进风口位于所述其他发热部件的下方。

14.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求7至12中任一项所述的散热***。