CN111727318B - 风轮机机舱冷却 - Google Patents

Abstract

一种风轮机，其具有机舱，所述机舱容纳在使用中产生有害热的操作部件(例如变压器或转换器)，所述机舱包括机舱外罩(20)以形成机舱外壳并设置有面板(24)，该面板覆盖在底罩(22)区域上，与所述底罩形成导管，该导管用于将外部空气引导至一个或多个发热操作部件以进行冷却。

Description

风轮机机舱冷却

技术领域

本发明涉及一种适于提供用于冷却发热部件的冷却空气的风轮机机舱，并且涉及一种机舱冷却的方法。

背景技术

风轮机包括各种操作部件，这些操作部件会产生大量有害的废热。这些操作部件包括：主要的机械部件，例如传动系的部件，其中热的来源是内部摩擦力；以及电气***，其中各个电子电气部件本身内部发热。这样的主要电气***的实施例包括电力转换器和变压器。

常规上，各种发热的操作部件由空气冷却。外部冷却空气通过机舱中的开口被吸入机舱中，并经由导管或管道引导到与空气进行热交换的部件上或部件中。然后，经加热的空气经由出口导管或管道被引导出机舱，并通过空气出口排出。

随着现代技术的发展，提供了额定功率越来越大的风轮机。随着功率输出的增加，部件的发热也增加。此外，人们强烈希望将较高额定值的部件填充到相同或最小程度增大的空间中，从而避免使涡轮机的整体尺寸变大，并避免运输、安装和材料成本相关的问题。结果是，将各种部件装配到机舱内成为越来越大的挑战，尤其是以允许接近以维修或更换的方式。在越来越密集地填充的机舱中布置用于冷却空气的导管变得越来越具有挑战性。

本发明试图提供一种解决这些挑战的机舱结构。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种风轮机，其包括：机舱，所述机舱容纳在使用中发热的操作部件，所述机舱包括机舱外罩以形成外壳，并设置有面板，所述面板覆盖在所述外罩的区域上以与所述外罩一起限定用于将外部空气引导至一个或多个所述发热操作部件的导管，其中一个或多个管道连接在所述内部面板与一个或多个发热操作部件之间，以将所述冷却空气从所述导管引导至所述发热操作部件。

这样的空气冷却对于诸如转换器和变压器之类的各种操作部件可能是重要的。它也可以与齿轮箱和发电机一起使用。

在优选实施方式中，所述面板是覆盖在所述机舱外罩的底罩上的内部面板。所述内部面板跨越所述底罩部分的基本上整个宽度横向地延伸。所述外罩包括通向所述导管的空气入口，优选地所述空气入口设置在所述底罩的位于塔架开口前方的前方区域处。所述导管从所述前方区域围绕供所述机舱连接至所述塔架的所述塔架开口的侧面朝向所述机舱的后部延伸。为了接收冷却空气，可以在沿着所述导管的各个点处借助所述管道与各个部件进行连接。为此目的，所述内部面板与一个或多个发热操作部件之间可以连接有短管道或管子(例如连接至其空气入口歧管)，以将所述冷却空气从所述导管引导至所述操作部件。在所述导管中或在所述导管与所述部件之间的连接处的各个位置设置风扇，以将空气吸入所述导管中并沿所述导管将其引导至待冷却的所述各个操作部件。

为了描述的目的，“向前”方向被认为是机舱中朝向转子的方向，而“向后”是远离转子的相反方向。

所述内部面板可以形成在面向所述外罩的底侧上，所述内部面板具有隔壁，所述隔壁用于在限定的一个或多个路径中引导冷却空气的流动并将冷却的空气的流动引导至与待冷却的特定部件形成连接的特定点。

内部面板可以构造成具有模块化形式，由此可以制造单个面板以与各种机舱布局一起使用，然后该面板被调整成适于与特定的机舱布局一起使用。为此，可以形成有横向和纵向延伸的多个隔壁，所述隔壁在组装之前可选择性地移除，以便限定用于机舱及其发热操作部件的特定构造的期望流动路径。

在一个实施方式中，空气引导功能可以与液体溢出收集功能结合。所述内部面板形成有接近其***的直立边沿，以向上限定液体收集容器，从而收集来自盛装有液体的部件的液体泄漏或溢出。可以由直立的边沿限定多个容器，所述容器与单独的部件相关联。这些容器可以彼此分离或可以互连以允许流体在容器之间流动。内罩部分还可以在其横向***处限定通道区域，以收集沿所述机舱罩的所述侧壁向下流的任何液体(例如作为冷凝物)。

作为将导管布置在所述机舱的所述底罩之上的另选，导管可以替代地或附加地设置在所述机舱侧壁上。可以设置横向覆盖在侧壁上的内部面板。导管的入口再次优选地靠近机舱的前端，该入口沿着机舱向后延伸。

在本发明的另一方面中，提供一种冷却具有如上限定的结构的风轮机中的发热操作部件的方法，所述方法包括从外部将空气吸入所述导管并经由所述导管和管道将其引导至所述发热操作部件。在优选方法中，冷却空气经由机舱的前端处或附近的入口被吸入到导管中，并且在穿过或经过一个或多个发热部件之后从机舱排出。

附图说明

现在将仅以实施例的方式参考附图进一步描述本发明，在附图中：

图1是具有结合有根据本发明的实施方式的冷却结构的机舱的风轮机的示意性侧视图；

图2示出了机舱的前部区域(不具有转子)，以示出空气入口位置；

图3示出了具有空气导管的机舱，示出了冷却空气的流动；

图4是从下方观察的机舱的平面图，其示出了导管装置的位置；

图5A是机舱的下部区域的剖视图，以示出底罩和内部面板；

图5B是图5A的细节；

图6示出了以模块化形式提供的面板的一部分；

图7是机舱的示意性剖视图，其示出了进一步设置有冷却侧面板的实施方式；以及

图8是沿机舱的中间部分纵向剖切的剖视图，以显示向转换器机壳的空气供应。

具体实施方式

如图1中所示，示出了风轮机机舱结构，其结合有根据本发明的实施方式的冷却装置。

如常规的，风轮机包括机舱2，如下文进一步讨论的，机舱2容纳涡轮机的主要操作部件。机舱位于塔架4的顶部，塔架4从地面安装式的基座(未示出)延伸。转子6包括若干叶片8(通常是三个叶片)，这些叶片安装在中央轮毂10上。轮毂10连接在主轴的前端处，该主轴支撑在主轴承上。主轴承壳在图中用12示意性地示出。主轴延伸到齿轮箱和发电机中，齿轮箱和发电机共同表示为14，它们可以包括单独的部件或作为组合的结构。齿轮箱用于将转速增加到适当的程度以使发电机转动，而发电机用于将旋转能转换成电能，这在本领域中是众所周知的。容纳在表示为16的转换器机壳内的功率转换器被布置在发电机的后部并且相对于机舱中心线朝着机舱的侧壁侧向地移位。电变压器18在机舱后部布置在专用变压器外壳中。变压器18将所产生的电的电压从大约690V增加到中压，以经由一个或多个另外的升压变压器连接到电网。操作部件支撑在内部承载机架(未示出)上，该机架借助偏航轴承(未显示)连接至塔架。机舱中塔架的开口的位置在图4中表示为19，在该位置处经由偏航轴承进行连接。机舱设置有机舱外罩20，机舱外罩20封装操作部件，使其免受环境的影响。在一种形式中，机舱外罩20大致是盒状的，具有底罩、顶部、相对的侧壁以及前端和后端，这些部分由若干相互连接的轻质刚性材料(例如复合材料、玻璃纤维增强塑料等)的面板形成，它们直接或间接地承载在机架上。在其他形式中，机舱罩可以是大体的圆柱形形状或其他形状。

上面提到的主要操作部件在操作时都会产生一定程度的有害废热，诸如齿轮箱之类的机械部件由于摩擦力而产生废热，诸如机电转换器之类的发电机由于机械摩擦和电气损耗两者而产生废热，并且变压器由于电气损失而产生废热。

按照常规，这些部件中的某些部件借助于冷却液进行冷却，该冷却液在穿过热交换器(未示出)的封闭的冷却回路中循环。例如，齿轮箱借助与热交换器处于热连通的油或水流动回路来冷却，该热交换器可以在外部安装在机舱上(例如在机舱顶部上)，从而可以与外部环境交换热。

需要对各种发热部件进行空气冷却，并且通常由外部空气冷却，该外部空气从机舱罩中的专用入口被引导越过或穿过该部件。根据本发明的实施方式，代替常规地提供用于冷却空气的专用内部管道，机舱布置成使得机舱罩20自身的一部分本身提供限定了冷却空气导管的结构的一部分。如图1中所示，在机舱20的底罩22与竖直地覆盖在底罩22上并平行于底罩22延伸的内部面板24之间限定有空气导管，实质上形成了双壁结构。如所示，该内部面板24在从机舱的在塔架开口19前方的前部区域(如图2所示)处的入口26在几乎全部或至少大部分底罩22上延伸，绕开口19经过两侧，朝向机舱的后部延伸，使得内部面板24位于需要空气冷却的大多数主要操作部件(如果不是全部)的下方。如能在图4和图5A中看到的，内部面板24也横向延伸跨越底罩22的几乎整个宽度。底罩22和内部面板24由此共同限定用于向操作部件供应冷却空气的导管。空气入口26延伸越过底罩24的较大宽度，以使开口面积最大化并减小吸入空气时的压降，并由格栅或网罩覆盖以限制或防止雨水、颗粒、昆虫或其他异物或碎片进入。可以在偏航开口的后部设置额外的入口区域28。

导管将冷却空气供应到一个或多个操作组件。如图8中所示，空气供应到转换器16，内部面板24经由管道29的短的附加区域直接或间接地通向转换器16的冷却空气供应歧管。在入口26处和/或在沿着导管的长度的位置处和/或在从导管抽出空气的点处设置风扇，以便将空气抽吸到导管中并且沿着导管抽吸空气。从能在图8中看到的，风扇30在导管29和转换器16之间位于转换器16上。尽管未示出，但是空气可以经由穿过机舱壁的专用出口离开转换器和机舱。另选地，空气可以返回到空气导管中以与新鲜空气混合，或被引入变压器外壳中，从该位置离开机舱。

对于转换器16的空气排出后部，导管进一步将空气引导至变压器18，该导管直接通向由风扇37驱动的变压器外壳或者如所示经由短的附加管道35间接通向变压器外壳。在机舱后部(优选在在后面板的上部区域)处设置空气出口33，加热的空气穿过该空气出口33离开变压器外壳和机舱并被排出至外部环境。

作为另选，内部面板可以具有较小的横向和/或纵向范围，在底罩的较小区域上延伸。

将空气导管布置在机舱的最下部区域的一个特别好处是，该区域代表无效空间，如果不是布置有空气导管该无效空间大部分不会被其他部件占用。此外，入口可以布置在朝向机舱前面的相对不拥挤的区域，以占据空间的方式被引导，该入口在机舱的拥挤后部的下方是高效的，从那里可以将冷却空气供应到多个如上所述的发热部件。该结构在支持机舱的模块化方面是进一步有益的，因为可以简单地通过根据部件分布和特定机舱布局的冷却需要而在必要的位置处与导管连接，导管结构可以设置成服务于多种机舱布局。

内部面板24优选地以与机舱罩20类似的方式由轻质刚性材料形成，例如由模制塑料或玻璃纤维增强塑料制成。考虑到面板的范围很大，优选由连接在一起的多个子面板部分形成。面板24优选借助任何合适的固定件、螺钉、螺栓或粘合剂等支撑在底罩22上。另选地，面板24可以直接或间接地由机架单独支撑。内部面板24的底侧可以形成有悬垂的壁或隔壁，以进一步容纳气流，例如以将气流引导至与操作部件进行连接的特定点。可以设置诸如橡胶密封件或垫圈之类的密封结构，以确保底罩22和内部面板24之间的气密接合。

在一种形式中，内部面板24可以具有可与多种不同的机舱构造一起使用的结构。那么，如图6中所示，内部面板24在制造时设置有一系列纵向和横向隔壁32，该纵向和横向隔壁32与内部罩的底侧交叉，在组装之前，可以选择性地移除隔壁32以限定出一条或多条流动路径以便与机舱内的操作部件的特定布局匹配。这样，可以制造单个内部面板设计，然后通过移除某些隔壁来调整以配合所需的布局。为此，隔壁32可以模制有易碎的接合区域，以允许容易地选择性地移除。这进一步支持机舱的模块化。

作为将回路布置在机舱罩的一部分与单独的面板之间的另选，机舱罩本身可以形成为双壁构造，其既可以是接合在一起的单独的隔开的面板，也可以是一体模制的。在这种情况下，面板的最外部形成有空气入口，而内部形成有与各个发热部件的连接。

在一个实施方式中，如图5A、图5B和图6中所示，内部面板24还提供有作为液体溢出盘的功能。内部面板24成形为向上限定浅的、盛装液体的容器，该容器具有向上延伸的边沿34，使得可以约束可能无意中从操作部件泄漏的液体(例如润滑油或冷却油或水或其他冷却介质)以便在维修操作中收集并移除，并防止泄漏到机舱外部。图7示意性地示出了内部面板24用作收集从齿轮箱或发电机14泄漏的液体的液体溢出盘。如图5B中所示，在底罩22和内部面板24之间的界面处，底罩22可以形成有内部突出唇36。这用来在底罩22与内部面板24之间形成密封，从而使可能滴落在机舱罩内部(例如滴落在壁上)的任何液体引导到盘中。此外，内部罩24可以在其边缘处在其边沿34的外侧以檐槽的方式限定浅通道38，以约束并引导这种液体。此特征对于收集在壁的内部流下的冷凝物特别有用，可将冷凝物引导至收集容器或排水孔。

上述实施方式利用机舱底罩20与内部面板24之间的空间作为冷却空气导管。作为另选构造(或甚至附加地)，可以在机舱罩的一个或多个侧壁与一个或多个内部侧面板之间限定导管，内部侧面板横向地覆盖在一个或多个侧壁上并平行于一个或多个侧壁延伸。该构造可以与上述第一实施方式结合；如图7中所示，侧壁40设置有内部侧面板42，在侧壁40与内部侧面板42之间限定有向后延伸的导管。在导管的前端处设置了同样覆盖在格栅或网眼中的入口区域，以防止有害物质的进入，导管沿着一个或多个侧壁的长度朝向机舱的后部延伸。一个或多个内部管道连接至导管，以将冷却空气引导到诸如变压器和转换器之类的操作部件中。

在另一种改型中，导管结构可以用于对液体冷却的诸如齿轮箱和发电机之类的部件提供一定程度的空气冷却；例如，油或水冷却回路可以采用热交换器，热交换器则用来自导管的空气进行空气冷却。尽管空气导管可能无法满足此类部件的所有冷却需求，但它会有助于这种冷却。

将理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，对上述实施方式的各种变型是可能的，并且本领域技术人员会想到这些变型。

Claims (17)

1.一种风轮机，该风轮机包括机舱，所述机舱容纳在使用中发热的操作部件，所述机舱包括机舱外罩以形成外壳并设置有内部面板，所述内部面板覆盖在所述机舱外罩的底罩上以与所述外罩一起限定用于将外部空气引导至一个或多个发热操作部件的导管，其中一个或多个管道连接在所述内部面板与一个或多个发热操作部件之间，以将冷却空气从所述导管引导至所述发热操作部件。

2.根据权利要求1所述的风轮机，其中，所述内部面板跨越所述底罩部分罩的基本上整个宽度横向地延伸。

3.根据权利要求1或2所述的风轮机，其中，所述外罩包括通向所述导管的空气入口。

4.根据权利要求3所述的风轮机，其中，所述空气入口设置在位于塔架开口的前方的区域处。

5.根据权利要求4所述的风轮机，其中，所述内部面板从所述塔架开口的前方的所述区域围绕所述塔架开口的侧面朝向所述机舱的后部延伸。

6.根据权利要求1所述的风轮机，其中，所述一个或多个管道连接至所述发热操作部件的空气入口歧管。

7.根据权利要求1所述的风轮机，其中，所述发热操作部件包括转换器和变压器中的一者或多者。

8.根据权利要求1所述的风轮机，其中，所述内部面板形成在面向所述外罩的底侧上，所述内部面板具有用于引导冷却空气的流动的隔壁。

9.根据权利要求8所述的风轮机，其中，在所述内部面板上设置有横向和纵向延伸的多个隔壁，所述隔壁在组装之前能够选择性地移除，以便限定用于发热操作部件的特定构造的期望流动路径。

10.根据权利要求1所述的风轮机，其中，在所述导管中或在导管与部件之间的连接处设置有一个或多个风扇，以将空气吸入所述导管中并迫使空气到达所述一个或多个发热操作部件。

11.根据权利要求1所述的风轮机，其中，所述内部面板形成有直立的边沿，以向上限定液体收集容器，从而收集来自盛装有液体的操作部件的任何液体泄漏或溢出。

12.根据权利要求11所述的风轮机，其中，能够由直立的边沿限定多个容器，所述容器与单独的部件相关联。

13.根据权利要求11或12所述的风轮机，其中，所述内部面板在其横向***处限定通道区域，以收集沿所述机舱罩的侧壁向下流的任何液体。

14.根据权利要求1所述的风轮机，其中，所述内部面板布置成横向地覆盖在所述机舱罩的侧壁上。

15.一种冷却根据前述权利要求中的任一项所述的风轮机中的发热操作部件的方法，所述方法包括从外部将空气吸入所述导管并经由所述导管和管道将空气引导至所述发热操作部件。

16.根据权利要求15所述的方法，该方法还包括在所述机舱的前部区域将空气引导到所述导管中。

17.根据权利要求15或16所述的方法，该方法还包括在空气经过所述发热部件之后从所述机舱排出空气。