CN111692051A - 一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，包括：空气冷却器，设在浮式风力发电机组的漂浮式基础的外壁，位于水面以上；进风管，设在所述漂浮式基础的外壁，位于水面以上，用于将外界空气引入漂浮式基础内部；导风管，设在漂浮式基础的内部，导风管的上端口与空气冷却器连通，下端口位于水面以下；管路，依次与待冷却部件、水泵和空气冷却器串联，形成供冷却液流通的环路；及控制器，控制器分别与空气冷却器、水泵电连接，用于控制空气冷却器、水泵的开、关。本发明可以解决浮式风力发电机组传统的冷却***和通风换气设备是两套独立装置，制造成本高，冷却***在高温环境条件下冷却效果不够好的技术问题。

Description

一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***
技术领域
本发明涉及风力发电机组技术领域，具体涉及一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***。
背景技术
在海上风电场的建设中，当水深大于60米时，相比固定式基础的风力发电机组，漂浮式基础的风力发电机组其技术经济指标会大幅提升，不受水深限制且能够简化风力发电机组的吊装，因此浮式风力发电机组已成为60米水深以上的海上风电场建设的必然趋势。
目前浮式风力发电机组的冷却***基本是直接借用固定式基础的冷却***，使用空气-水冷却***对变压器、变流器进行散热降温。该***将变压器、变流器产生的热量通过冷却液带出，将高温冷却液输送至设在塔筒外的空气冷却器，空气冷却器利用风扇强制吸入外部温度较低的空气流经散热器，对高温冷却液进行冷却，再将冷却后的冷却液输送流回变压器、变流器进行循环。这种冷却***主要依靠和外界环境空气的热交换实现对冷却液的冷却，因此环境温度的高低将直接影响该冷却***的冷却性能，在高温环境条件下冷却效果不够好。对于有着相同散热功率需求的浮式风力发电机组，如果在高温环境下，例如我国南海海域，则需要采用散热能力更大的空气冷却器才能达到预设的冷却效果，这就会增加浮式风力发电机组的制造成本。
同时，由于漂浮式基础体积较大，且部分内部舱室长期处于水面以下，漂浮式基础内部空间自然通风换气效果差，因此需要给浮式风力发电机组加装专用的通风换气设备，为进入漂浮式基础内部进行维护的工作人员提供充足的空气，保证工作人员的安全。因为通风换气是对流散热的一种形式，所以这种通风换气设备，对浮式风力发电机组冷却***的冷却效果，在一定程度上也有关联性的影响。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，以解决现有技术中存在的浮式风力发电机组传统的冷却***和通风换气设备是两套独立装置，制造成本高，冷却***在高温环境条件下冷却效果不够好的技术问题。
本发明采用的技术方案是，一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***；
在第一种可实现方式中，包括：
空气冷却器，设在浮式风力发电机组的漂浮式基础的外壁，位于水面以上；
进风管，设在漂浮式基础的外壁，位于水面以上，用于将外界空气引入漂浮式基础内部；
导风管，设在漂浮式基础的内部，导风管的上端口与空气冷却器连通，下端口位于水面以下；
管路，依次与待冷却部件、水泵和空气冷却器串联，形成供冷却液流通的环路；及
控制器，控制器分别与空气冷却器、水泵电连接，用于控制空气冷却器、水泵的开、关。
结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，水泵、待冷却部件和控制器设在浮式风力发电机组的塔筒内部。
结合第一种或第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，待冷却部件包括变压器和变流器。
结合第一种可实现方式，在第四种可实现方式中，导风管安装于漂浮式基础的顶部平台下方。
结合第一种可实现方式，在第五种可实现方式中，进风管设在漂浮式基础的侧壁顶部，进风管连接进风口的一端弯曲向下。
结合第一种、第四种、第五种任意一种可实现方式，在第六种可实现方式中，还包括第一防护网和第二防护网；第一防护网设在进风管的进风口，第二防护网设在导风管的顶部。
结合第一种可实现方式，在第七种可实现方式中，进风管的进风口面积不小于导风管风道面积的2倍。
结合第一种可实现方式，在第八种可实现方式中，冷却和通风换气***包括正常工作模式和维护模式；
在正常工作模式下，控制器用于控制空气冷却器、水泵的开、关；
在维护模式下，控制器用于控制空气冷却器的开、关。
结合第一种可实现方式，在第九种可实现方式中，还包括挡雨罩，挡雨罩设在空气冷却器的上方。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
1.将冷却***和通风换气设备这两套独立装置的功能整合到一个***中，利用海水作为散热器进行散热，既能解决冷却***在高温环境条件下冷却效果不够好的问题，又能解决漂浮式基础内部的通风换气问题,用一套***实现了两套独立装置的不同功能，降低了制造成本。
2.使用本发明的技术方案，可以减少浮式风力发电机组的部件数量，降低整机的故障率。
3.进风管连接进风口的一端弯曲向下，并在进风管的进风口设有防护网，可以防止外物进入漂浮式基础的内部造成破坏，提升安全性。在导风管的顶部设有防护网，可以防止异物或者工作人员掉入导风管，提升安全性。
4.使用挡雨罩可以防止雨水滴落在空气冷却器上对空气冷却器造成腐蚀性损坏，提高空气冷却器的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的结构图。
图2为本发明的***框图。
附图标记:
1-漂浮式基础，2-管路，3-挡雨罩，4-空气冷却器，5-进风管，6-导风管， 7-水泵，8-变压器，9-控制器，20-水面，30-塔筒。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1和图2所示，本发明提供一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，包括：
空气冷却器4，设在浮式风力发电机组的漂浮式基础1的外壁，位于水面 20以上；
进风管5，设在漂浮式基础1的外壁，位于水面20以上，用于将外界空气引入漂浮式基础1内部；
导风管6，设在漂浮式基础1的内部，导风管6的上端口与空气冷却器4 连通，下端口位于水面20以下；
管路2，依次与待冷却部件8、水泵7和空气冷却器4串联，形成供冷却液流通的环路；及
控制器9，控制器9分别与空气冷却器4、水泵7电连接，用于控制空气冷却器4、水泵7的开、关。
以下对实施例1工作原理进行详细说明：
首先对本实施例冷却和通风换气***的结构进行进一步阐述。
在本实施例中，优选的，水泵7、待冷却部件8和控制器9设在浮式风力发电机组的塔筒30内部，待冷却部件8包括变压器和变流器。水泵7和控制器 9设在塔筒30内部可以有效隔绝海上的盐雾、湿热影响，增加水泵7和控制器 9的使用寿命。导风管6安装于漂浮式基础1的顶部平台下方，优选的，导风管6垂直向下安装，风道垂直可以获得更好的通风换气效果；导风管6的下端口位于水面20以下，但并不是浸没在水中，而是与漂浮式基础1内部的底部空气接通。进风管5设在漂浮式基础1的侧壁顶部，进风管5连接进风口的一端弯曲向下，可以防止空中坠物进入漂浮式基础的内部造成破坏。进风管5的管道形状不作限定，在本实施例中举例说明，可以为圆形、方形。进风管5的进风口面积不小于导风管6风道面积的2倍，即进风管5的进风口面积为导风管 6风道面积的2倍或以上。这样可以保证有充足的外界空气进入漂浮式基础1 的内部，具体的，在本实施例中，为实现较好的空气对流效果，导风管风道的面积优选为1平方米以上。
空气冷却器4设在浮式风力发电机组的漂浮式基础1外壁，位于水面20 以上，空气冷却器的风机与外界空气接通；优选的，空气冷却器4安装在漂浮式基础1的顶部平台上，可以获得更好的抽风效果。管路2与空气冷却器4、待冷却部件8的连接方式不作限定，在本实施例中举例说明，可以是将部分管路以盘旋方式安装于空气冷却器4、待冷却部件8的外壳外壁上。
在本实施例中，冷却和通风换气***有两种工作模式，分别为正常工作模式和维护模式。
在正常工作模式下，浮式风力发电机组处于正常运行工况。浮式风力发电机组并网运行，控制器9用于控制空气冷却器4、水泵7的开、关。控制器9 向水泵7发出指令，启动水泵7工作。冷却液在水泵7的作用下开始在管路2 中循环，当冷却液温度大于等于设定温度时，控制器9控制启动空气冷却器4。空气冷却器4的风机转动，通过导风管6从漂浮式基础1水面以下内部空间抽取温度较低的空气，对经过空气冷却器4的冷却液进行冷却。由于空气冷却器 4从漂浮式基础1内部抽取温度较低空气后，漂浮式基础1内部的气压会变低，低于外界空气气压，此时外界温度较高的空气会通过进风管5，自然的进入漂浮式基础1内部，在进入的过程中与漂浮式基础1内部温度较低的空气充分混合，并逐渐被外界海水冷却，最后再通过导风管6对经过空气冷却器4的冷却液进行冷却，如此循环。由于漂浮式基础1内部空间大，且部分长期处于水面以下，其水面以下部分空气温度相比外界环境空气温度低，因此漂浮式基础1 水面以下部分可看作“散热器”，空气中的热量可以通过与海水间接进行热交换直接带走。比起浮式风力发电机组传统的冷气***通过与外界环境空气的热交换进行散热，本实施例的冷却和通风换气***散热效果更好。
在维护模式下，需要工作人员进入漂浮式基础1内部对设备进行维护，浮式风力发电机组的主控***切换至维护模式。在维护模式下，控制器9用于控制空气冷却器4的开、关，不再控制水泵7的开、关。此时控制器9发出指令启动空气冷却器4，空气冷却器4在维护模式下作为通风换气装置，将漂浮式基础1底部的空气抽出，外界环境新鲜空气通过进风管5自然进入漂浮式基础 1内部。如此循环，为漂浮式基础1内部提供充足的新鲜空气，保证工作人员的人身安全。
目前浮式风力发电机组的漂浮式基础主要有spar、TLP、半潜、驳船四种类型，本实施例的冷却和通风换气***，可以适用于半潜、驳船两种漂浮式基础。将冷却***和通风换气设备这两套独立装置的功能整合到一个***中，利用海水作为散热器进行散热，既能解决冷却***在高温环境条件下冷却效果不够好的问题，又能解决漂浮式基础内部的通风换气问题,用一套***实现了两套独立装置的不同功能，降低了制造成本。同时，可以减少浮式风力发电机组的部件数量，降低整机的故障率。
实施例2
在对漂浮式基础1内部的设备进行维护时，工作人员会进入漂浮式基础1 内部进行作业，因实施例1在在漂浮式基础1的内部设有导风管6，且导风管风道的面积为1平方米以上，这样工作人员在作业时就有可能会失足掉入导风管中，存在安全隐患。同时，进风管5连接进风口的一端弯曲向下，虽然可以防止空中坠物进入漂浮式基础的内部造成破坏，但不能很好的防止比如鸟类飞入这类型的意外情况，同样存在安全隐患。
为解决上述技术问题，在实施例1的基础上进一步优化，采用以下技术方案，冷却和通风换气***还包括第一防护网和第二防护网；第一防护网设在进风管5的进风口，第二防护网设在导风管6的顶部。防护网的形状、材质不作限定，在本实施例中举例说明，可以采用不锈钢材质的金属网，这样可以降低海上的盐雾、湿热影响，增加防护网的使用寿命。防护网的安装方式不作限定，在本实施例中举例说明，可以采用铆接、螺纹连接的方式，提供更好的连接强度，抵御海面颠簸带来的振动影响。
通过安装防护网，可以防止鸟类等外物进入漂浮式基础的内部造成破坏，提升安全性。在导风管的顶部设有防护网，可以防止异物或者工作人员掉入导风管，提升安全性。
实施例3
在实施例1中，如图1所示，空气冷却器4安装在漂浮式基础1的顶部平台上，当遇到下雨时，雨水会直接淋到空气冷却器4，这样会对空气冷却器4 的使用寿命造成影响，比如发生短路故障。
为解决上述技术问题，在实施例1的基础上进一步优化，采用以下技术方案，在空气冷却器的上方设挡雨罩，挡雨罩的形状、尺寸和材质不作限定，挡雨罩能完全覆盖空气冷却器，使雨水不能滴落到空气冷却器上。挡雨罩的安装方式不作限定，在本实施例中举例说明，可以采用铆接、螺纹连接的方式，提供更好的连接强度，抵御海面颠簸带来的振动影响。
使用挡雨罩可以防止雨水滴落在空气冷却器上对空气冷却器造成腐蚀性损坏，提高空气冷却器的使用寿命。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于，包括：
空气冷却器(4)，设在浮式风力发电机组的漂浮式基础(1)的外壁，位于水面(20)以上；
进风管(5)，设在所述漂浮式基础(1)的外壁，位于水面(20)以上，用于将外界空气引入漂浮式基础(1)内部；
导风管(6)，设在所述漂浮式基础(1)的内部，所述导风管(6)的上端口与所述空气冷却器(4)连通，下端口位于水面(20)以下；
管路(2)，依次与待冷却部件(8)、水泵(7)和所述空气冷却器(4)串联，形成供冷却液流通的环路；及
控制器(9)，所述控制器(9)分别与所述空气冷却器(4)、所述水泵(7)电连接，用于控制所述空气冷却器(4)、所述水泵(7)的开、关。
2.根据权利要求1所述一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于：所述水泵(7)、待冷却部件(8)和控制器(9)设在浮式风力发电机组的塔筒(30)内部。
3.根据权利要求1或2所述一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于：所述待冷却部件(8)包括变压器和变流器。
4.根据权利要求1所述一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于：所述导风管(6)安装于所述漂浮式基础(1)的顶部平台下方。
5.根据权利要求1所述一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于：所述进风管(5)设在所述漂浮式基础(1)的侧壁顶部，所述进风管(5)连接进风口的一端弯曲向下。
6.根据权利要求1、4、5任意一项所述一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于：还包括第一防护网和第二防护网；所述第一防护网设在所述进风管(5)的进风口，所述第二防护网设在所述导风管(6)的顶部。
7.根据权利要求1所述一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于：所述进风管(5)的进风口面积不小于导风管(6)风道面积的2倍。
8.根据权利要求1所述一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于：包括正常工作模式和维护模式；
在正常工作模式下，所述控制器(9)用于控制所述空气冷却器(4)、所述水泵(7)的开、关；
在维护模式下，所述控制器(9)用于控制所述空气冷却器(4)的开、关。
9.根据权利要求1所述一种浮式风力发电机组的冷却和通风换气***，其特征在于：还包括挡雨罩(3)，所述挡雨罩(3)设在所述空气冷却器(4)的上方。
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