专利名称：用于冷却风力发电机组的冷却装置及风力发电机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机技术领域，尤其涉及一种用于冷却风力发电机组的冷却装置及风力发电机组。
背景技术：
目前，兆瓦级的风力发电机组在使用过程中常常产生较高的热量，进而影响风力发电机组的工作效率。为保证风力发电机组正常、高效和安全的运行，必须对励磁机、发电机、变频器、变压器等主要发热部件进行合理的冷却。现有的兆瓦级以下的风力发电机组可以采用自然风冷方式，兆瓦级以上包含兆瓦级的风力发电机组通常采用强制风冷或水冷方式。然而，当风力发电机组继续朝着单机容量更大型化方向迈进时，风力发电机组运行过程中的发电机、励磁机、变频器等产生的热量也越来越大，传统的空气冷却方式很难满足风力发电机组的散热需求，进而影响风力发电机组的工作效率和使用寿命；而采用水冷方式对兆瓦级的风力发电机组进行冷却过程中，容易出现漏水而引起的导电事故，并且水冷方式的风力发电机组维护非常复杂。因此，如何为大功率的风力发电机组进行冷却成为当前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种用于冷却风力发电机组的冷却装置及风力发电机组，该冷却装置能够较好的冷却风力发电机组，其冷却能力强、维护方便，且可保证发电机高效稳定地运行。本发明的用于冷却风力发电机组的冷却装置，包括密封循环第一冷却剂的第一冷却回路，该第一冷却回路包括依次连通的第一流入管路、一个以上的吸热单元、第一流出管路和散热单元；且散热单元和第一流入管路连通组成循环的第一冷却回路；用于对第一冷却回路的散热单元进行冷却的第二冷却回路，该第二冷却回路采用第二冷却剂将散热单元中的热量带走，以使散热单元中的气态第一冷却剂转换为液态第一冷却剂。根据本发明的另一方面，本发明还提供一种风力发电机组，包括风力发电机，和本发明任意所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，该冷却装置的吸热单元位于风力发电机内以冷却风力发电机。本发明的用于冷却风力发电机组的冷却装置其通过设置两个冷却回路，进而可高效地对风力发电机组进行冷却，以保证风力发电机组中的发电机高效稳定地运行。相对于现有技术中的自然冷却方式和水冷方式来说，本发明提供的具有冷却装置的风力发电机组的冷却能力较强，其包括的冷却装置的检修成本较低、进而使得发电机的运行效率提高，充分保证了风力发电机组的稳定性和可靠性。
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明中的用于冷却风力发电机组的冷却装置实施例的结构示意图；图2为本发明中的冷却装置实施例中的冷却舱的结构示意图。附图标记说明I-叶轮；2_主轴；3_发电机；4-增压泵；5-主机架；6-变频器； 7-励磁机；8-液态第一冷却剂；9-气态第一冷却剂；10-第一冷空气；11-喷淋单元；12-盘管装置；13-挡水板；14-挡风板；15-热交换单元；16-第二冷空气 17-离心风机；18-集水槽；19-过滤装置； 20-雨水收集装置；21-循环水泵；22-水位调节装置23-热风24-冷却舱
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。第一实施例本实施例提供一种用于冷却风力发电机组的冷却装置，其中风力发电机组包括风力发电机，与风力发电机电连接的励磁机和变频器，以及用于冷却风力发电机、励磁机和变频器的冷却装置。该冷却装置还可冷却风电机组的齿轮箱等，在此不限定冷却装置的冷却用途。其中，冷却装置包括第一冷却回路和第二冷却回路。该第一冷却回路内部密封循环有第一冷却剂，且该第一冷却回路包括依次连通的第一流入管路、一个以上的吸热单元、第一流出管路和散热单元；且散热单元和第一流入管路连通，使得上述第一冷却回路形成密封循环第一冷却剂的冷却回路；第二冷却回路用于对第一冷却回路的散热单元进行冷却，该第二冷却回路采用第二冷却剂将散热单元中的热量带走，以使散热单元中的气态第一冷却剂转换为液态第一冷却剂(该处的气态第一冷却剂可部分或全部转换为液态第一冷却剂)。当然，上述的吸热单元可分别位于风力发电机内部、连接风力发电机的励磁机内部、连接风力发电机的变频器内部，或者风力发电机组其他需要冷却的单元内部。本实施例中优选设置至少三个吸热单元，该三个吸热单元分别位于风力发电机内部、连接风力发电机的励磁机内部和连接风力发电机的变频器内部。特别地，本实施例中的散热单元可为盘管装置，或者为翅形的结构，其类似于现有技术中的中央空调中散热管结构等。本实施例中使用的第一冷却剂可为C5H2Fltl或氟利昂，以及用于在第二冷却回路中的第二冷却剂可为液态水。进一步地，所述第一流入管路和吸热单元之间设置有用于增加第一冷却剂压力的增压泵，以保证第一冷却回路中的液态第一冷却剂和气态第一冷却剂能够较好的循环流通，进而可较好的对风力发电机组进行散热。通常，第一冷却回路的第一流入管路、一个以上的吸热单元、第一流出管路位于风力发电机组的机舱(图中未标出) 中，散热单元和第二冷却回路位于冷却舱内。本实施例中的第二冷却回路可包括用于向散热单元中均匀分布液态第二冷却剂的喷淋单元、位于喷淋单元下方用于收集液态第二冷却剂的热交换单元、位于喷淋单元和热交换单元同一侧的离心风机，该离心风机能与空气流通；在离心风机和喷淋单元之间增加一挡水板，以及在离心风机和热交换单元之间增加另一挡水板，该些挡水板可使热空气和气相的第二冷却剂通过；以及，在喷淋单元的背离散热单元的一侧与空气流通，在热交换单元的背离离心风机的一侧部分设置可使空气进入的风道，且喷淋单元区域的空气流通处、热交换单元区域的空气流通处和离心风机区域的空气流通处相互间隔开；优选可以采用挡风板将喷淋单元区域的空气流通处、热交换单元区域的空气流通处和/或离心风机区域的空气流通处隔开；热交换单元的下部连通集水槽，该集水槽与喷淋单元之间设置有循环液态第二冷却剂的循环水泵。进一步地，所述第二冷却回路还包括位于集水槽和循环水泵之间用于过滤第二冷却剂的过滤装置；和/或，位于冷却舱外部且连通于集水槽的雨水收集装置。优选地，还可在集水槽上部设有用于调节水位的水位调节装置。上述的用于冷却风力发电机组的冷却装置主要通过独立的冷却舱设置两个冷却回路如第一冷却回路和第二冷却回路，由此可高效地对风力发电机组进行冷却，以保证风力发电机组中的发电机高效稳定运行。相对于现有技术的自然冷却方式和水冷方式来说，本发明提供的具有冷却装置的风力发电机组的冷却能力强，其冷却装置的检修方便、进而使得发电机的运行效率提高，充分保证了风力发电机组的稳定性和可靠性。第二实施例参考图I和图2所示，图I示出了本发明中的用于冷却风力发电机组的冷却装置实施例的结构示意图；图2示出了本发明中的冷却装置实施例中的冷却舱的结构示意图。本实施例中提供的风力发电机组主要由叶轮I、主轴2、发电机3、主机架5、励磁机7、变频器6和冷却舱24组成。其中，叶轮I、主轴2、发电机3、主机架5、励磁机7和变频器6位于机舱内，该机舱和冷却舱相互间隔开，冷却舱中的冷却装置用于对机舱内的相关部件/设备进行冷却，以保证风力发电机组高效的运行。具体地，叶轮I通过主轴2和发电机3连接，使得发电机3将机械能转换为电能，以及发电机3、励磁机7和变频器6安装于主机架5上。在风力发电机组运行时，励磁机7对发电机3的转子进行励磁，叶轮I通过主轴2直接驱动发电机3产生电流，变频器6对供电频率自动调节以确保满足用户的并网要求。通常风力发电机组的机舱内的各部件处于密封状态，由此可有效避免外界沙层、盐雾侵入对风力发电机组造成损害。通常，风力发电机组的冷却舱位于风力发电机组的尾部，具体参照图2所示，除了冷却舱中的第一冷却剂在机舱与冷却舱连接的第一流出管路和第一流入管路的流动和热交换外，冷却舱与机舱是相互隔离的。
上述风力发电机组的冷却装置包括第一冷却回路和第二冷却回路。具体地，第一个冷却回路在发电机3、变频器6、励磁机7与冷却舱24之间循环，第二个冷却回路在冷却舱24和外部空气之间循环。在两个冷却循环回路(即第一冷却回路和第二冷却回路)中均存在冷却介质的相变换热环节，因此冷却能力相比传统风冷、水冷系统成倍提高。在第一个冷却回路中，第一流入管路中流动的大多是液态第一冷却剂8，第一流出管路中流动的大多是气态第一冷却剂9，以便使液态第一冷却剂8可在位于发电机3内部的吸热单元(图中未示出)中充分吸热进而气化为气态第一冷却剂9，该气态第一冷却剂9再通过第一流出管路到达散热单元即盘管装置12，经由盘管装置12外部的第二冷却回路对其盘管装置12内的气态第一冷却剂9进行冷却，使得盘管装置12中的气态第一冷却剂液化为液态第一冷却剂8，再次在第一流入管路中流动，形成第一冷却回路的循环过程。具体地，低温的液态冷却介质即液态第一冷却剂8从冷却舱24的第一流如管路中流出，分流至发电机3、变频器6和励磁机7等需要散热的单元内部的吸热单元(图中未示出)中，用以吸收发电机3、变频器6和励磁机7等自身产生的热量后，该液态冷却介质即 液态第一冷却剂8的温度达到沸点，进一步该第一冷却剂再次吸收发电机3、变频器6和励磁机7内部大量热量而气化为高温气态冷却介质即气态第一冷却剂9 ;该高温气态冷却介质在第一流出管路中循环流动至冷却舱24中的散热单元即盘管装置12，经由盘管装置12外部的第二冷却回路对盘管装置12内部的高温气态冷却介质进行冷却使气态第一冷却剂9液化为液态第一冷却剂8继续进行循环以冷却发电机3、变频器6和励磁机7等自身产生的热量。上述的第一冷却回路可以较好的将发电机3、励磁机7和变频器6内部的热量进行冷却。优选地，在第一流入管路和吸热单元之间设置有用于增加液态第一冷却剂8的压力的增压泵4，以保证第一冷却回路中的气态第一冷却剂9和液态第一冷却剂8能够较好的循环。特别地，本实施例中使用的第一冷却剂可为环保氟碳化合物冷却剂如HFC-4310( 二氢十氟戊烷)；分子式为C5H2Fltl, C5H2Fltl为无色透明液体。当然,第一冷却剂还可为氟利昂冷却剂。本实施例中优选使用C5H2Fltl作为第一冷却剂。上述第一冷却回路可以在较低压力、温度下运行，保证气态第一冷却剂在第一冷却回路中各管路/单元中的泄漏量降至最低。由于第一冷却回路中第一冷却剂的冷却能力强，发电机3的绕组温度可以稳定控制在较低水平，使得发电机的工作效率提高，发电机的使用寿命提高，进一步地，还能够较好提高发电机的过载能力。上述的第一冷却剂为低沸点(60度左右)的氟碳化合物，该氟碳化合物具有无毒、无污染、无腐蚀性、高绝缘特点，并具有防火、灭弧性能。本实施例中的第二个冷却回路位于冷却舱24内，第二冷却回路中通常使用的冷却剂为吸热能力较强的水，故以下第二冷却回路中均以水作为第二冷却剂进行说明。该第二冷却回路包括用于向盘管装置12中均匀分布液态水的喷淋单元11、位于喷淋单元11下方用于收集液态水的热交换单元15、位于喷淋单元11和热交换单元15同一侧的离心风机17，该离心风机17可与空气流通；在离心风机17和喷淋单元11、离心风机17和热交换单元15之间分别增加挡水板13，该挡水板13可使气相水即水蒸气通过；以及，在喷淋单元11的背离盘管装置12的一侧(如图所示的喷淋单元11的上部区域)与空气流通即第一冷空气10进入盘管装置12外表面对第一冷却剂和液态水、水蒸气同时进行散热，在热交换单元15的背离离心风机17的一侧(如图所示)部分设置可使空气进入的风道，进而使第二冷空气16进入热交换单元15对部分的液态水、水蒸气进行散热，且喷淋单元11区域的空气流通处、热交换单元15区域的空气流通处和离心风机17区域的空气流通处相互隔开；优选采用挡风板14进行隔开(如图2中所示)。热交换单元15的下部连通集水槽18，该集水槽18与喷淋单元11之间设置有循环液态水的循环水泵21，以及，在集水槽18和循环水泵21之间设置过滤液态水的过滤装置19。当然，在冷却舱24外部还设置有连通集水槽18的雨水收集装置20，以便收集风电机组外部的雨水加以循环使用。优选地，集水槽18上部还设有用于调节水位的水位调节装置22，进而可充分保证本实施例中的冷却装置较好的循环使用。具体地，第二冷却回路的循环过程可为高温气态第一冷却剂9通过第一流出管路循环进入冷却舱24内的盘管装置12中，与盘管装置12外的喷淋单元11喷出的液态水及来自冷却舱24外的第一冷空气进行热交换，则盘管装置12内部的气态第一冷却剂9逐渐被液化为液态第一冷却剂8，进而进行第一冷却回路的循环过程。同时，离心风机17的风力使喷淋单元11喷出的液态水全面覆盖在盘管装置12的外表面，增强了盘管装置12的换热效率。喷出的液态水和第一冷空气吸收热量后温度升高，此时，部分液态水转为水蒸气， 且在水的蒸发过程带走大量气化潜热，升温后的热空气与水蒸气在离心风机17的引导下穿过挡水板13排出，也就是说，经由挡水板13的吸收热量后的热空气和水蒸气直接通过离心风机17鼓出冷却舱24外。此外，经由盘管装置12外表面后吸热升温的高温液态水进入热交换单元15。热交换单元15中的高温液态水被另一股冷却舱24外的冷空气即第二冷空气16冷却，热交换单元15中的液态水温度降低后被连通热交换单元15的集水槽18收集，再由循环水泵21送至喷淋单元11继续循环冷却。本实施例中的冷却舱24中带有雨水收集装置20，收集所需量的雨水，经简单净化后按照水位调节装置22的控制进入集水槽18以补充蒸发散失到空气中的水分。与现有技术相比较，本实施例中的冷却舱24可以节省较多的成本，并且本实施例所使用的离心风机17的功率较小，结构紧凑，散热效果好，节能，同时能够避免了冷却舱24外风沙和盐雾对风力发电机组核心部件的损害。上述实施例中使用的各部件的具体结构可以参照现有技术中具有相同功能的各部件的结构，本发明不对各具体部件的结构进行限定。最后应说明的是以上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精神和范围。
权利要求
1.一种用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于，包括 密封循环第一冷却剂的第一冷却回路，该第一冷却回路包括依次连通的第一流入管路、一个以上的吸热单元、第一流出管路和散热单元；且散热单元和第一流入管路连通组成循环的第一冷却回路； 用于对第一冷却回路的散热单元进行冷却的第二冷却回路，该第二冷却回路采用第二冷却剂将散热单元中的热量带走，以使散热单元中的气态第一冷却剂转换为液态第一冷却剂。
2.根据权利要求I所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述吸热单元位于风力发电机内部、连接风力发电机的励磁机内部或连接风力发电机的变频器内部。
3.根据权利要求I所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述散热单元为盘管装置。
4.根据权利要求I所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于，所述第一流入管路和吸热单元之间设置有用于增加第一冷却剂压力的增压泵。
5.根据权利要求I所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于，第一冷却剂为 C5H2Fiqij
6.根据权利要求I所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于，第二冷却回路位于冷却舱内； 第二冷却回路包括用于向散热单元均匀分布液态第二冷却剂的喷淋单元、位于喷淋单元下方用于收集液态第二冷却剂的热交换单元、位于喷淋单元和热交换单元同一侧的离心风机，该离心风机能与空气流通； 在离心风机和喷淋单元之间增加挡水板，以及在离心风机和热交换单元之间增加挡水板，该挡水板可使气相的第二冷却剂通过； 以及，在喷淋单元的背离散热单元的一侧与空气流通，在热交换单元的背离离心风机的一侧部分设置可使空气进入的开口，且喷淋单元区域的空气流通处、热交换单元区域的空气流通处和离心风机区域的空气流通处相互间隔开； 热交换单元的下部连通集水槽，该集水槽与喷淋单元之间设置有循环液态第二冷却剂的循环水泵。
7.根据权利要求6所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于，第二冷却剂为水。
8.根据权利要求7所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于， 所述第二冷却回路还包括位于集水槽和循环水泵之间用于过滤第二冷却剂的过滤装置； 和/或，位于冷却舱外部且连通于集水槽的雨水收集装置。
9.根据权利要求8所述的用于冷却风力发电机组的冷却装置，其特征在于，采用挡风板将喷淋单元区域的空气流通处、热交换单元区域的空气流通处和/或离心风机区域的空气流通处隔开； 以及，所述集水槽上部还设有用于调节水位的水位调节装置。
10.一种风力发电机组，包括风力发电机，其特征在于，还包括如上权利要求I至9任一项所述的用于冷却风 力发电机组的冷却装置，该冷却装置的吸热单元位于风力发电机内以冷却风力发电机。
全文摘要
本发明公开了一种用于冷却风力发电机组的冷却装置及风力发电机组，冷却装置包括密封循环第一冷却剂的第一冷却回路，该第一冷却回路包括依次连通的第一流入管路、一个以上的吸热单元、第一流出管路和散热单元；且散热单元和第一流入管路连通组成循环的第一冷却回路；用于对第一冷却回路的散热单元进行冷却的第二冷却回路，该第二冷却回路采用第二冷却剂将散热单元中的热量带走，以使散热单元中的气态第一冷却剂转换为液态第一冷却剂。该冷却装置能够较好的冷却风力发电机组，其冷却能力强、维护方便，且可保证发电机高效稳定运行。
文档编号F01P3/18GK102678472SQ20111006631
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者刘文广, 路计庄, 黄强 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司