本實用新型涉及清潔能源設備領域，尤其涉及一種風力發(fā)電機組散熱系統(tǒng)及風力發(fā)電機組。

背景技術：

直驅風力機組在運行中發(fā)電機產生的熱量較多，主要來源于自身的損耗，包括鐵芯損耗、繞組損耗和機械損耗。在夏季炎熱的環(huán)境中運行時發(fā)電機溫度較高，此現(xiàn)象在干燥的高溫地區(qū)較為顯著，如新疆的哈密地區(qū)、托克遜地區(qū)。所以必須采用有效的方法為發(fā)電機散熱，否則將會影響發(fā)電機絕緣和轉子永磁體壽命。

由于直驅風力發(fā)電機對散熱空氣的潔凈度要求較高和結構尺寸大等原因，通常采用閉式風冷散熱系統(tǒng)，即主要散熱設備是空-空熱交換器，只是進行能量交換，不交換氣體。發(fā)電機內的熱空氣通過內循環(huán)離心風機抽出經過管道，送至空-空熱交換器內發(fā)生熱交換(外循環(huán)冷卻內循環(huán))，冷卻后被排放到密閉的機艙內；機艙內的空氣(內循環(huán)空氣)從發(fā)電機的進氣孔進入發(fā)電機內部風道后帶走一部分熱量又進入熱交換器發(fā)生熱交換，如此循環(huán)為發(fā)電機散熱。熱交換器是利用外循環(huán)離心風機從機艙下部吸入外界環(huán)境的空氣，以冷卻內循環(huán)空氣(電機內的熱空氣)，發(fā)生熱交換后外循空氣環(huán)被排出機艙。

在風力發(fā)電機組滿功率發(fā)電時，發(fā)電機溫度高，其內部的空氣溫度相應也高，在這種情況下如果外界環(huán)境溫度高，那么外循環(huán)的空氣溫度也高，此時空-空熱交換器的效率非常低，外循環(huán)不能有效冷卻內循環(huán)空氣，內循環(huán)離心風機排出的空氣(冷卻后)溫度仍然很高，這樣內循環(huán)空氣不僅不能有效冷卻發(fā)電機，而且還會使機艙溫度過高，發(fā)電機溫度高時其定子支架溫度也高，將向機艙內散發(fā)大量的熱(類似火爐向房間散熱)，這也是機艙溫度過高的原因之一。

上述方法存在著，環(huán)境溫度高時散熱效率低，不能及時為發(fā)電機散熱，會發(fā)生發(fā)電機和機艙溫度高的現(xiàn)象，嚴重影響了機組的正常運行和零部件使用壽命，而且散熱系統(tǒng)的電量消耗較多，未利用環(huán)境中的自然風為發(fā)電機降溫，沒有節(jié)能降耗的優(yōu)點。此外，還存在著，發(fā)電機散熱系統(tǒng)體積大，占據了機艙許多空間，其離心風機的功率大，運行時噪聲也大，增加了機組的降噪難度。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的實施例提供一種風力發(fā)電機組散熱系統(tǒng)及風力發(fā)電機組，以解決現(xiàn)有風力發(fā)電機組的發(fā)電機散熱系統(tǒng)散熱效果不好的問題。

為達到上述目的，本實用新型的實施例提供一種風力發(fā)電機組的散熱系統(tǒng)，其包括：主進氣循環(huán)管，主進氣循環(huán)管與風力發(fā)電機組的發(fā)電機連接；一級換熱子系統(tǒng)，一級換熱子系統(tǒng)包括一級換熱器，一級換熱器與主進氣循環(huán)管連接，且一級換熱器內設置有液態(tài)換熱介質；二級換熱子系統(tǒng)，二級換熱子系統(tǒng)包括二級換熱器，二級換熱器與一級換熱器連接，且二級換熱器內的設置有氣態(tài)換熱介質。

進一步地，一級換熱子系統(tǒng)還包括液體容納箱，液體容納箱與一級換熱器連接，且液體容納箱的高度高于一級換熱器的高度。

進一步地，液體容納箱上設置有檢測液體容納箱內液位的液位傳感器。

進一步地，一級換熱子系統(tǒng)還包括散熱器，散熱器與一級換熱器連接，并對從一級換熱器內流出的液態(tài)換熱介質散熱。

進一步地，一級換熱子系統(tǒng)還包括循環(huán)泵，循環(huán)泵連接在一級換熱器與散熱器之間。

進一步地，一級換熱子系統(tǒng)還包括溫度傳感器，溫度傳感器設置在一級換熱器上。

進一步地，一級換熱子系統(tǒng)包括兩個或兩個以上的一級換熱器，各一級換熱器均與一個或多個主進氣循環(huán)管連接，兩個或兩個以上的一級換熱器通過介質連接管依次連接。

進一步地，二級換熱器通過連接管分別與兩個或兩個以上一級換熱器連接。

根據本實用新型的另一方面，提供一種風力發(fā)電機組，風力發(fā)電機組包括機艙、連接在機艙上的發(fā)電機和散熱系統(tǒng)，散熱系統(tǒng)為上述的散熱系統(tǒng)，散熱系統(tǒng)設置在機艙上，且與發(fā)電機連接。

進一步地，風力發(fā)電機組還包括控制器，控制器與散熱系統(tǒng)的液位傳感器和/或溫度傳感器連接，并根據液位傳感器檢測的液位控制是否報警，和/或，根據溫度傳感器檢測的液態(tài)換熱介質的溫度控制循環(huán)泵是否工作。

本實用新型的實施例的散熱系統(tǒng)通過一級換熱器對氣體進行一次換熱冷卻，再使用二級換熱器對氣體進行進一步冷卻。一級換熱器的換熱介質是液態(tài)換熱介質，確保了換熱效率，且噪音低，換熱效果好，能夠有效確保風力發(fā)電機組的發(fā)電機工作的環(huán)境溫度，保證風力發(fā)電機組的安全可靠工作。

附圖說明

圖1為本實用新型的實施例的風力發(fā)電機組的立體結構剖視示意圖；

圖2為本實用新型的實施例的散熱系統(tǒng)的一級換熱子系統(tǒng)的立體結構示意圖；

圖3為本實用新型的實施例的散熱系統(tǒng)的一級換熱子系統(tǒng)的一級換熱器的立體結構示意圖；

圖4為圖3中A-A向剖視圖；

圖5為本實用新型的實施例的風力發(fā)電機組的控制器與溫度傳感器和液位傳感器的配電回路圖；

圖6為本實用新型的實施例的風力發(fā)電機組的控制回路圖。

附圖標記說明：

10、主進氣循環(huán)管；21、一級換熱器；22、液體容納箱；23、液位傳感器；24、散熱器；25、循環(huán)泵；26、溫度傳感器；27、介質連接管；31、二級換熱器；32、內部氣泵；33、外界氣泵；40、連接管；50、機艙；60、發(fā)電機。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型實施例的風力發(fā)電機組散熱系統(tǒng)及風力發(fā)電機組進行詳細描述。

如圖1所示，根據本實用新型的實施例，提供一種風力發(fā)電機組的散熱系統(tǒng)。其包括主進氣循環(huán)管10、一級換熱子系統(tǒng)和二級換熱子系統(tǒng)。其中，主進氣循環(huán)管10與風力發(fā)電機組的發(fā)電機60連接，從發(fā)電機60流出的待冷卻的氣體流入該主進氣循環(huán)管10內。一級換熱子系統(tǒng)包括一級換熱器21，一級換熱器21與主進氣循環(huán)管10連接，且一級換熱器21內設置有液態(tài)換熱介質。一級換熱器21與主進氣循環(huán)管10連接，從而對通過主進氣循環(huán)管10進入一級換熱器21的氣體進行第一次冷卻，使之溫度降低。二級換熱子系統(tǒng)包括二級換熱器31，二級換熱器31與一級換熱器21連接，且二級換熱器31內的設置有氣態(tài)換熱介質。二級換熱器31與一級換熱器21連接，從而對從一級換熱器21內流出的氣體進行第二次冷卻，使之溫度進一步降低。本散熱系統(tǒng)采用兩級換熱對從發(fā)電機60流出的氣體進行冷卻，相較于傳統(tǒng)地風力發(fā)電機組采用外界空氣對發(fā)電機60流出的氣體進行冷卻的方案，冷卻效果更好，避免了由于外界環(huán)境溫度高、氣體流動速度快等造成的換熱不充分，冷卻效果不好等問題，有效控制了發(fā)電機60內的氣體溫度，從而避免了發(fā)電機60工作環(huán)境溫度過高的問題。

采用本散熱系統(tǒng)對風力發(fā)電機組的發(fā)電機60內的空氣進行冷卻的概況是：

如圖1所示，發(fā)電機60內的氣體從發(fā)電機60的出氣口流入主進氣循環(huán)管10，氣體先經過一級換熱器21，通過與一級換熱器21內的液態(tài)換熱介質換熱，帶走一部分對從發(fā)電機60流出的氣體的熱量，實現(xiàn)對氣體的一次冷卻。再經過二級換熱器31，通過與二級換熱器31內的氣態(tài)換熱介質換熱，帶走一部分熱量，對從一級換熱器21流出的氣體進行冷卻，將氣體冷卻至需要的溫度。最終將冷卻后的氣體通過發(fā)電機60上的進氣口輸送至發(fā)電機60內部。這樣內循環(huán)中的發(fā)電機60內的熱空氣可以有效冷卻，提高了發(fā)電機的冷卻效率和可靠性。采用一級換熱器提前冷卻內循環(huán)空氣至一定程度，再經二級換熱換器冷卻，為二級換熱器減少了一部分熱交換的熱量，相當于為二級換熱器31“減負”，這樣二級換熱器31可以及時為發(fā)電機60冷卻降溫，不會在高溫天氣發(fā)生發(fā)電機60過溫的現(xiàn)象，解決了發(fā)電機和機艙溫度高的問題，同時也降低了散熱系統(tǒng)的電能消耗。將發(fā)電機內循環(huán)的熱空氣在到達二級換熱器31之前預先進行冷卻，然后再采用二級換熱器31冷卻，可以提前降低發(fā)電機內的熱空氣溫度，熱空氣預冷后不僅溫度降低了，而且更適合二級換熱器31的工作條件。

如圖1和圖2所示，為了提高冷卻氣體量，有效控制發(fā)電機60內的氣體溫度，一級換熱子系統(tǒng)包括兩個或兩個以上的一級換熱器21，各一級換熱器21均與一個或多個主進氣循環(huán)管10連接，兩個或兩個以上的一級換熱器21通過介質連接管27依次連接，以使得各一級換熱器21內的液態(tài)換熱介質可以相互流通。這樣能夠使得兩個或兩個以上的一級換熱器21同時對從發(fā)電機60內流出的氣體進行冷卻。

如圖3和圖4所示，優(yōu)選地，一級換熱器21為列管式換熱器。該列管式換熱器具有結構簡單、冷卻效率高、氣阻小的特點。在該一級換熱器21內部平行并排了大量的鋁管(當然，其他材質的換熱管也可以)，熱空氣從管內通過，管與管之間充滿液態(tài)換熱介質，液態(tài)換熱介質包圍著鋁管，液態(tài)換熱介質的流向與空氣流向方向相反，這樣可以實現(xiàn)高效熱交換。

如圖1和圖2所示，優(yōu)選地，一級換熱子系統(tǒng)還包括液體容納箱22，液體容納箱22與一級換熱器21連接，且液體容納箱22的高度高于一級換熱器21的高度。液體容納箱22內盛放有液態(tài)換熱介質，其與一級換熱器21連接可以向一級換熱器21內補充液態(tài)換熱介質。

優(yōu)選地，一級換熱子系統(tǒng)還包括散熱器24，散熱器24與一級換熱器21連接，并對從一級換熱器21內流出的液態(tài)換熱介質散熱。散熱器24用于冷卻液態(tài)換熱介質，從而保證液態(tài)換熱介質能夠高效地與發(fā)電機60內流出的氣體換熱。散熱器24可以是風冷散熱器也可以水冷散熱器。

優(yōu)選地，一級換熱子系統(tǒng)還包括循環(huán)泵25，循環(huán)泵25連接在一級換熱器21與散熱器24之間，并驅動液態(tài)換熱介質流動。循環(huán)泵25為液體流動提供動力，以保證液態(tài)換熱介質的換熱效率。

優(yōu)選地，為了保證安全性，液體容納箱22上設置有檢測液體容納箱22內液位的液位傳感器23。液位傳感器23檢測液體容納箱22內的液面高度，以在液面高度過低時發(fā)出信號，提醒工作人員，防止系統(tǒng)內液態(tài)換熱介質量過低而損壞循環(huán)泵25。

優(yōu)選地，一級換熱子系統(tǒng)還包括溫度傳感器26，溫度傳感器26設置在一級換熱器21上，并檢測一級換熱器21內的液態(tài)換熱介質的溫度值。以便能夠在該溫度值過高時控制循環(huán)泵25循環(huán)，對液態(tài)換熱介質進行散熱，從而確保對氣體的冷卻效率。

二級換熱器31通過連接管40分別與兩個或兩個以上一級換熱器21連接，二級換熱器31用于對從一級換熱器21流出的氣體進行再次冷卻。二級換熱器31為氣氣換熱器，也即使用的換熱介質為氣態(tài)換熱介質。具體地，在本實施例中，采用風力發(fā)電機組外部的空氣作為換熱介質。

二級換熱器31包括外界氣體流通的外界氣體通道和供需冷卻氣體(從一級換熱器21流出的氣體)流通的需冷卻氣體通道。這兩個通道相互隔離。二級換熱器31的需冷卻氣體通道通過連接管40與一級換熱器21連接。

二級換熱器31上設置有向外界氣體通道內抽氣的外界氣泵33，和項需冷卻氣體通道內抽氣的內部氣泵32。通過外界氣泵33和內部氣泵32迫使氣體流動。

根據本實用新型的另一方面，提供一種風力發(fā)電機組，風力發(fā)電機組包括機艙50、連接在機艙50上的發(fā)電機60和散熱系統(tǒng)，散熱系統(tǒng)為上述的散熱系統(tǒng)，散熱系統(tǒng)設置在機艙50上，且與發(fā)電機60連接。采用上述的散熱系統(tǒng)可以對發(fā)電機60流出的氣體進行有效冷卻，從而保證發(fā)電機60的工作環(huán)境的溫度。

如圖1所示，一級換熱器21和二級換熱器31設置在機艙50內。散熱器24和液體容納箱22設置在機艙50外。二級換熱器31通過機艙50壁上的開口與外界連通。

該散熱系統(tǒng)的工作過程如下：

在二級換熱器31的內部氣泵32的作用下，發(fā)電機60內的熱空氣從發(fā)電機60內流出，并通過主進氣循環(huán)管10進入一級換熱器21內，與一級換熱器21內的液態(tài)換熱介質換熱，之后流出一級換熱器21。從一級換熱器21流出的氣體通過連接管40進入二級換熱器31的需冷卻氣體通道。同時，在二級換熱器31的外界氣泵33的作用下，機艙50外的空氣進入二級換熱器31的外界氣體通道內，與需冷卻氣體通道內的氣體換熱。換熱后，需冷卻氣體通道內的氣體從二級換熱器31的出口流進機艙內，并通過發(fā)電機60朝向機艙的進氣口流入發(fā)電機60內。外界氣體通道內的氣體通過機艙50上的開口流出機艙。

一級換熱器21內的液態(tài)換熱介質的循環(huán)過程如下：

液態(tài)換熱介質與需要冷卻的空氣發(fā)生熱交換后，通過循環(huán)泵25被送到機艙50頂上的空氣散熱器內(類似汽車水箱)，空氣散熱器利用外界的自然風冷卻其內部的液態(tài)換熱介質，液態(tài)換熱介質與外界空氣發(fā)生熱交換，然后再進入一級換熱器21內繼續(xù)冷卻內循環(huán)的熱空氣，這樣依次循環(huán)冷卻發(fā)電機60內的熱空氣。

優(yōu)選地，為了保證工作安全和減少能耗，風力發(fā)電機組還包括控制器(此控制器可以是風力發(fā)電機組的主控制器，也可是單獨設置的控制器)?？刂破髋c散熱系統(tǒng)的液位傳感器23連接，并根據液位傳感器23檢測的液位控制是否報警。如當液位傳感器23檢測到的液體容納箱22內的液面到達或低于安全值時，向控制器發(fā)送信號，控制器可以控制報警，提醒工作人員，或直接控制循環(huán)泵25不再工作，以保護循環(huán)泵25。

如圖5和圖6所示，控制器與溫度傳感器26連接，根據溫度傳感器26檢測的液態(tài)換熱介質的溫度控制循環(huán)泵25是否工作。例如，溫度傳感器26檢測的溫度信號經線纜傳輸送至控制器(圖中溫度控制器)，控制器根據溫度定值控制啟停循環(huán)泵25，將溫度高的液態(tài)換熱介質泵送到機艙50頂上的散熱器24內進行自然風冷。

液態(tài)換熱介質的溫度不高時為自然循環(huán)，利用熱水密度低于冷水，熱水具有往上運動的趨勢，在液體對流作用下液態(tài)換熱介質自然流動和發(fā)生熱交換，上升進入散熱器24內，經自然風冷卻后又進入一級換熱器21內，這樣不斷循環(huán)散熱。

該系統(tǒng)電氣控制簡單，元器件常規(guī)、數(shù)量少，可以獨立于風力發(fā)電機組控制的系統(tǒng)。例如，從機艙50控制柜接入400V電源，根據需要選擇是否與主控系統(tǒng)通訊，通過液位傳感器23和溫度傳感器26控制循環(huán)泵25的啟停，還可設定控制器的動作溫度，將循環(huán)泵25的保護開關輔助反饋觸點、液位報警開關和溫控器反饋開關信號串入二次回路中控制循環(huán)泵25的啟停，當液位達到最低位置時液位開關動作，切斷控制回路使循環(huán)泵25停止工作，以免損壞循環(huán)泵；當液態(tài)換熱介質溫度大于循環(huán)泵25啟動定值且溫度控制器未接收到循環(huán)泵25啟動反饋信號，溫度控制器就向PLC發(fā)出報警信號。如果一級換熱子系統(tǒng)發(fā)生故障，那么發(fā)電機60溫度較高，風力發(fā)電機組將報出發(fā)電機60溫度高故障，根據這個故障即可查出冷卻系統(tǒng)是否正常，所以溫控器與PLC不通訊也可行。

該散熱系統(tǒng)使用的是普通零部件，價格便宜，簡單易維護，所以這套散熱系統(tǒng)采用開放式或閉式結構都可行。圖1中使用了兩個一級換熱器21，上、下主進氣循環(huán)管10各串接一個。采用開放結構時，在機艙50頂部散熱系統(tǒng)配備了高位液體容納箱22，既可以補充溫度低時液態(tài)換熱介質減少的體積也可以吸收溫度高時膨脹的體積，使散熱系統(tǒng)的壓力在規(guī)定的范圍內并且不受環(huán)境溫度影響，還具有自動補加液態(tài)換熱介質的功能，減少了維護量。高位液體容納箱22安裝有液位傳感器23，以監(jiān)控液體容納箱22內的液面，信號接入循環(huán)泵25控制回路中，可以保護循環(huán)泵25。

本實用新型的散熱系統(tǒng)具有如下效果：

散熱系統(tǒng)具有效率高、節(jié)能和結構簡單的特點，可以有助于直驅風力發(fā)電機組發(fā)電機散熱系統(tǒng)有效冷卻發(fā)電機內循環(huán)中的熱空氣，為外循環(huán)降低了熱交換的熱量，使散熱系統(tǒng)可以及時冷卻發(fā)電機，避免了發(fā)電機高溫現(xiàn)象，從而也消除了發(fā)電機過溫帶來的機艙溫度高故障；液態(tài)冷卻循環(huán)系統(tǒng)結構簡單、利于維護，體積小、未占用機艙內較多的空間，成本低，適用于現(xiàn)場技改；在相同的制冷量下，水冷效率高于風冷效率，具有耗電量少，可靠性高、噪音小等優(yōu)點；還可以減小空-空熱交換的功率和體積。

水-空熱交換器(一級換熱器)為直驅發(fā)電機內的熱空氣預先冷卻降溫，為發(fā)電機空-空散熱系統(tǒng)(二級換熱器)減少了一部分熱交換的熱量，利用外界自然風冷卻液態(tài)換熱介質，從而使散熱系統(tǒng)高效、可靠的為發(fā)電機散熱冷卻。

一級換熱器的換熱介質為防凍冷卻液，不僅適用于北方冬季，而且比熱大、冷卻效率高。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。