风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电设备技术领域，具体涉及一种风力发电机组。


背景技术：

2.风力发电机组在国内分布广阔，涵盖南北方、沿海及海上区域。从机组历史运行数据看，整个电控系统(主控、变桨、变流)的故障率，南方、沿海及海上风电场远高于北方风电场。分析表明，环境潮湿、凝露是引发机组电气设备故障的关键因素。当环境湿度较高或凝露发生时，会加速电器元件腐蚀，降低电气设备绝缘强度，促进霉菌生长。因此，为提高机组电控产品对南方地区、沿海及海上区域潮湿气候的适应性，降低机组故障率和模块失效率，则需要对风力发电机组进行除湿。
3.机舱作为风力发电机组重要组成部分，承载着发电机，轴系，齿轮箱及部分电控柜体，为保证各个电控部件在机舱内部能有良好的运行环境湿度，需对机舱进行除湿。现有技术中的除湿方案主要是在机舱内部增加转轮除湿机，但转轮除湿机体积较大，占用空间资源较多。


技术实现要素：

4.本公开的主要目的在于提供一种风力发电机组，以解决除湿设备占用空间大的问题。
5.针对上述目的，本公开的一方面实施例提供一种风力发电机组，风力发电机组包括机舱、设置在机舱内的发电机、用于对发电机散热的散热风道和位于散热风道内的散热风机，风力发电机组还包括：除湿装置，除湿装置包括集水槽和半导体芯片；集水槽设置在散热风道的底部，集水槽的顶部具有槽口，槽口与散热风道相连通；半导体芯片设置在槽口处，半导体芯片具有相对设置的冷侧和热侧，冷侧朝向集水槽的槽底壁，热侧朝向散热风道的顶部，以使从散热风道的一端进入的气体的一部分流经冷侧，另一部分流经热侧，然后汇合并从散热风道的另一端流出。
6.在一些实施例中，集水槽顶部的槽口贯穿散热风道的底壁。
7.在一些实施例中，散热风道的至少一部分由通风管围合而成，或散热风道的至少一部分由机舱内部空隙构造而成。
8.在一些实施例中，集水槽由散热风道的底壁的一部分向下凹陷而成。
9.在一些实施例中，集水槽沿散热风道中气体流动方向相对分布的两个槽侧壁分别包括第一导流斜面，两个第一导流斜面的底部均向集水槽的内部倾斜。
10.在一些实施例中，集水槽的底部具有排水口，集水槽的槽底壁具有第二导流斜面，第二导流斜面的最低端延伸至排水口；除湿装置还包括与排水口相连通的引流管，引流管用于将水引至外界。
11.在一些实施例中，半导体芯片搭设在槽口在散热风道宽度方向的两端，并且半导体芯片与槽口在气体流动方向的两端之间留有通气口。
12.在一些实施例中，散热风道的底壁的内表面设置有沉槽，沉槽延伸至槽口在散热风道宽度方向的两端，半导体芯片搭设在沉槽内，以使热侧的上表面与散热风道的底壁的内表面相平齐。
13.在一些实施例中，除湿装置还包括：用于冷凝结露的冷凝件，冷凝件设置在半导体芯片的冷侧，冷凝件伸入集水槽中。
14.在一些实施例中，冷凝件为铝制散热器。
15.在一些实施例中，风力发电机组还包括：湿度传感器，设置在机舱的底部，用于检测机舱内部湿度；控制器，与湿度传感器、半导体芯片和散热风机电连接，用于根据湿度传感器检测的湿度控制半导体芯片和散热风机的运行，或者发出报警信号。
16.在一些实施例中，风力发电机组还包括：平台温度传感器，设置在机舱的平台上，用于检测机舱的平台温度；环境温度传感器，设置在机舱内，用于检测机舱内环境温度；控制器还与平台温度传感器、环境温度传感器电连接，用于根据湿度传感器检测的湿度、平台温度传感器检测的平台温度和环境温度传感器检测的环境温度控制半导体芯片和散热风机的运行，或者发出报警信号。
17.本公开实施例提供的风力发电机组，采用半导体芯片进行除湿，并通过集水槽收集冷凝水，结构简单，占用空间小，装配方便快捷。而且，使集水槽连通发电机的散热风道，将除湿风道与发电机的散热风道集成在一起，无需额外配置除湿风道，也无需额外配置除湿风机，进一步减少了占用空间，减少零部件，进而减少装配工序，降低成本。
18.将在接下来的描述中部分阐述本实用新型总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本实用新型总体构思的实施而得知。
附图说明
19.通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的上述以及其他目的和特点将会变得更加清楚，在附图中：
20.图1是本公开的一个实施例的风机发电机组的局部结构示意图；
21.图2是本公开的一个实施例的风机发电机组的散热风道内气体流动方向示意图；
22.图3是本公开的一个实施例的半导体芯片和冷凝件在散热风道宽度方向上的纵向剖视示意图。
23.图1至图3附图标号说明：
24.110散热风道，111底壁，112顶壁，
25.120集水槽，121槽口，122通气口，123排水口，124引流管，125第一导流斜面，126第二导流斜面，
26.130半导体芯片，131热侧，132冷侧，
27.140冷凝件，
28.150湿度传感器，
29.160温度传感器，
30.170机舱。
具体实施方式
31.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本公开的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
32.潮湿的环境对风力发电机组的影响较大，具体如下：
33.一、潮湿空气会降低电气设备的绝缘强度。一方面，使空气的绝缘性降低，而开关设备中很多地方是靠空气间隙绝缘的。另一方面，使电气设备的绝缘电阻降低，特别是使用年限较长的设备，由于内部积尘吸附水分，潮湿程度将更严重，绝缘电阻更低。
34.二、潮湿空气会加速电气设备中导电金属、硅钢片及金属外壳锈蚀。相对湿度是影响大气腐蚀最主要的因素之一。金属腐蚀与相对湿度曲线存在一个临界值，当相对湿度高于此值时，腐蚀速度急剧增加；而低于此值时，腐蚀速度非常缓慢甚至可以忽略。例如，当大气环境相对湿度超过70％时，钢铁腐蚀速率呈指数曲线上升。
35.三、潮湿空气促进霉菌的生长。当环境温度适宜，相对湿度为75％-95％时是霉菌生长的良好条件。霉菌中含有大量的水分，可使设备的绝缘性能大大降低。对于一些多孔绝缘材料，霉菌根部还能深入到材料内部，造成绝缘击穿。另外，霉菌的酸性分泌物与绝缘材料相互作用，降低设备的绝缘性能。
36.基于上述因素和影响，为提高机组电控产品对南方地区、沿海及海上区域潮湿气候的适应性，降低机组故障率和模块失效率，除湿在一些必要的项目需进行配置。机舱170作为风力发电机组重要组成部分，承载着发电机，轴系，齿轮箱及部分电控柜体，为保证各个电控部件在机舱170内部能有良好的运行环境湿度，需对机舱170进行除湿。现有产品中主要是在机舱170 内部增加转轮除湿机来实现除湿目标。但转轮除湿机体积较大，占用空间资源较多，安装繁琐，同时控制精度较低，不能有效的结合需求进行控制。
37.基于此，本公开提出了一种带有除湿装置的风力发电机组，通过将半导体除湿的除湿风道和发电机的散热风道110相结合，实现了机舱除湿和发电机散热集成设计，降低空间占用率，减少组装任务，降低组装成本。
38.参照图1和图2，本公开一示例性实施例提供的风力发电机组包括机舱 170和设置在机舱170内的发电机(图中未示出)。机舱170内设置用于对发电机散热的散热风道110和位于散热风道110内的散热风机(图中未示出)。其中，散热风道110可以完全由通风管围合而成，也可以一部分由通风管围合而成，另一部分由机舱170内部空隙围合而成，还可以整体均由机舱170 内部空隙构造而成。通过散热风机带动机舱170内的冷空气流向发电机，并从散热风道110流回到机舱170内，实现对发电机的冷却降温。
39.其中，散热风道110的至少一部分由机舱170内部空隙构造而成是指机舱170内部具有多个零部件，而多个零部件和机舱壳体之间会具有空隙，从而利用这些空隙中的一部分进行散热，作为散热风道的一部分或全部使用，简化结构。此时，这部分散热风道110的底壁111和顶壁112可以由零部件的外壳构成，也可以由机舱170的壳体构成。
40.可选地，风机发电机组还可以包括冷却风道(图中未示出)，冷却风道设置在机舱170内，从而散热风机可带动机舱170内的冷空气进入冷却风道流向发电机，对发电机进行降温后，经散热风道110回流到机舱170内。其中，冷却风道可以完全由通风管围合而成，也可以一部分由通风管围合而成，另一部分由机舱170内部空隙围合而成，还可以整体均由机
舱170内部空隙构造而成，同理上述散热风道110。此外，为保证流向发电机的气体温度较低，可以在冷却风道内设置降温装置(图中未示出)，通过降温装置对从机舱170 进入冷却风道内的气体进行降温，从而保证对发电机的降温效果，还可以使冷却风道的一部分能够与外界空气热交换，而保证冷却风道内气体温度较低。
41.除湿装置设置在机舱170内。如图1和图2所示，除湿装置包括：集水槽120和半导体芯片130。集水槽120设置在散热风道110的底部，集水槽 120的顶部具有槽口121，槽口121与散热风道110相连通。半导体芯片130 设置在集水槽120的槽口121处，半导体芯片130具有相对设置的冷侧132 和热侧131，冷侧132朝向集水槽120的槽底壁，热侧131朝向散热风道110 的顶部，也即朝向散热风道110的顶壁112，以使从散热风道110的一端进入的气体的一部分流经冷侧132，另一部分流经热侧131，然后汇合并从散热风道110的另一端流出。
42.本公开实施例中的除湿装置中，集水槽120设置在散热风道110的底部，这里并非指整个散热风道110的最底部，而是沿散热风道110的延伸路径中任一处的底部。可根据需要将集水槽120设置在散热风道110的设定段的底部。而且，这里的集水槽120可以设置在散热风道110内部的底部，也可以设置在散热风道110外部的底部。例如在集水槽120设置在机舱170内部空隙形成的一段散热风道110的底部时，可以将集水槽120设置在机舱170的底壁上，热风大部分会上升在空隙的中上方流动，因此集水槽120虽然位于散热风道110内，但对风阻的影响较小，不会过度影响发电机的散热效果。而在集水槽120设置在由通风管围成的一段散热风道110的底部时，可以将集水槽120设置在散热风道110的外底部，从而减少风阻。将半导体芯片130 设置在集水槽120的槽口121处，这里指设置在槽口121附近，可以略高于槽口121，也可以一部分插入槽口121，另一部分伸出槽口121，也可以完全伸入槽口121，只要不过度影响散热风道110内气体流动，使冷凝水能够滴落在集水槽120内均可。使从散热风道110的一端进入的气体的一部分流经冷侧132，流经集水槽120，利用冷侧132对气体中携带的水进行冷凝，并通过集水槽120收集冷凝水，而后与另一部分流经热侧131的气体汇合从散热风道110的另一端流出，借助机舱170内发电机的散热风道110和散热风机进行除湿，实现了对机舱170内气体的循环除湿，从而控制机舱170内空气的湿度。
43.具体地，半导体芯片130通电之后，通过帕尔贴效应，使得半导体芯片 130的两端产生温差，此时发电机的散热风道110中的空气在散热风机驱动下，大部分空气流经过半导体芯片130的热侧131，由于对发电机冷却后的空气温度升高，可以保证半导体芯片130的热侧131处于一定的温度，由于冷侧132和热侧131的温差不变，从而可以有效控制冷侧132也处于一定的温度，使冷侧132的温度不会过冷而出现结霜现象。小部分空气会流经冷侧132，参考图2(图中箭头方向示出了除湿气体的流动方向)，经过集水槽120，因冷侧132温度低于空气的凝露温度，从而开启其除湿功能，除湿出来的冷凝水滴落到集水槽120中，减少了空气中的湿度。并且由于发电机散热过程中，机舱170内的空气不断循环进入散热风道110，进而也会不断循环流经冷侧132，可逐步对机舱170内的空气进行持续除湿，最终实现机舱170的湿度控制功能。
44.本实施例将机舱除湿和发电机散热集成在一起，节省了常规除湿装置需配置的风机，减少了用电设备从而降低了机组自耗电。而且减少零部件，从而降低成本，占用空间小。而且，除湿装置结构简单，进而装配工序少，可降低组装成本。此外，采用半导体制冷，控制精度高，可确保除湿效果。
45.此外，在安装除湿装置时，只需在机舱170内为集水槽120提供额外的安装空间即可，总体占用空间小。而且，使除湿占用发电机的散热路径，无需额外在散热路径以外的区域布置除湿风道，可进一步降低空间占用率，系统集成性更强，能够减少装配工序，从而降低组装成本。
46.在具体应用中，可以将除湿装置安装在大致水平延伸的一段散热风道110处，便于冷凝水的收集。
47.在一些实施例中，集水槽120顶部的槽口121贯穿散热风道110的底壁 111。则集水槽120整体位于散热风道110的底部，可避免大幅度增加散热风道110内的风阻，从而保证发电机散热效果。
48.在一些实施例中，集水槽120由散热风道110的底壁的一部分向下凹陷而成。集水槽120与散热风道110一体成型，加工方便，连接牢固，而且二者之间无装配缝隙，可有效避免集水槽120内的冷凝水经装配缝隙流到机舱 170内，导致除湿失效，甚至导致机舱170内部件腐蚀损坏。
49.当然，在另一些实施例中，也可以后续将集水槽120安装在散热风道110 的底壁111上。此时，可以在集水槽120和散热风道110的连接处设置密封圈。
50.为使散热风道110中的一部分空气能够顺畅地流经集水槽120，在一些实施例中，如图1和图2所示，集水槽120沿散热风道110中气体流动方向相对分布的两个槽侧壁分别包括第一导流斜面125，两个第一导流斜面125 的底部均向集水槽120的内部倾斜。有利于通过一侧的第一导流斜面125引导空气进入集水槽120而流经冷侧132，也有利于通过另一侧的第一导流斜面125使除湿后的空气顺畅汇入散热风道110中，在实现除湿的同时，保证发电机散热风道110内的散热风量，从而保证散热效果。
51.在一些实施例中，如图1和图2所示，集水槽120的底部具有排水口123。有利于通过排水口123将集水槽120内积累的冷凝水排出机舱170。
52.为使冷凝水能够顺利地从排水口123排出，在一些实施例中，如图1和图2所示，使集水槽120的槽底壁具有第二导流斜面126，第二导流斜面126 的最低端延伸至排水口123。有利于通过第二导流斜面126将冷凝水汇集到排水口123处排出，从而避免集水槽120内沉积冷凝水，从而一方面使流出集水槽120的空气不会携带水汽，另一方面可有效避免沉积的冷凝水变质污染环境。而且，由于能够及时排出冷凝水，可有效避免出现结霜现状，而即便出现结霜，也有利于通过第二导流斜面126将霜引导至排水口123处排出，避免大面积结霜而影响空气通过集水槽120，进而影响除湿效果。
53.在具体应用中，第二导流斜面126可以呈倾斜的板状，也可以呈倒锥形。
54.为便于将集水槽120内的冷凝水排出机舱170，在一些实施例中，如图1 和图2所示，除湿装置还包括与排水口123相连通的引流管124，引流管124 用于将水引至外界。
55.对于半导体芯片130的设置方式，在一些实施例中，如图3所示，半导体芯片130搭设在槽口121在散热风道110宽度方向的两端。连接稳定。而且，半导体芯片130与槽口121在气体流动方向的两端之间留有通气口122，方便散热风道110内的气体经一侧的通气口122进入集水槽120，以及经另一侧的通气口122流出集水槽120。
56.进一步地，散热风道110的底壁的内表面设置有沉槽(图中未示出)，沉槽延伸至槽口121在散热风道110宽度方向的两端，半导体芯片130搭设在沉槽的边缘。通过设置沉槽，
可以减小半导体芯片130突出到散热风道110 中的高度，从而可减少散热风道110内的风阻，从而保证发电机的散热效果。
57.在具体应用中，热侧131的上表面与散热风道110的底壁111的内表面相平齐。
58.对于半导体芯片130的放置姿态，在一些实施例中，如图1和图2所示，半导体芯片130横置在集水槽120的顶部槽口121处。可减少风阻，减少半导体芯片130对发电机的散热风量的影响，使冷却发电机后的空气顺畅流出散热风道110。
59.当然，在另一些实施例中，也可以使半导体芯片130倾斜一定角度，使半导体芯片130远离发电机的一端向下倾斜，从而有利于引导更多的空气流经冷侧132，流向集水槽120，保证除湿效果。此时，为减少对散热风量的影响，可以控制半导体芯片130的倾斜角度较小，如小于10
°
，例如5
°
、3
°
等等。
60.为使进入集水槽120内的空气中水汽能够充分冷凝，在一些实施例中，如图1和图2所示，除湿装置还包括：冷凝件140，冷凝件140设置在半导体芯片130的冷侧132，冷凝件140用于冷凝结露。使得冷侧132的冷量能够传递到冷凝件140，扩大冷凝面积，使空气能够充分接触冷凝面，从而提高冷凝效果，提高除湿效果。
61.进一步地，冷凝件140伸入集水槽120中，便于将冷凝水引导至集水槽 120内。
62.在具体应用中，冷凝件140可以为铝制散热器。如图3所示，冷凝件140 具有多个散热片，多个散热片沿散热风道110的宽度方向间隔分布，相邻两个散热片之间形成供气体流通的通道，便于气体流经冷凝片而析出冷凝水。
63.为对除湿进行精准控制，在一些实施例中，如图1和图2所示，风力发电机组还包括湿度传感器150和控制器，湿度传感器150设置在机舱170的底部，用于检测机舱170内部湿度；控制器与湿度传感器150、半导体芯片130和散热风机电连接，用于根据湿度传感器150检测的湿度控制半导体芯片130和散热风机的运行，或者发出报警信号。
64.在这些实施例中，考虑到机舱170底部空间环境温度较低，湿度相对较大，而将湿度传感器150设置在机舱170的底部或中部，有利于及时了解机舱170内湿度情况，并通过控制器及时启动散热风机和除湿装置进行除湿。
65.进一步地，如图1和图2所示，风力发电机组还包括：平台温度传感器 160，设置在机舱170的平台上，用于检测机舱170的平台温度；环境温度传感器(图中未示出)，设置在机舱170内，例如设置在机舱170的中部或上部，用于检测机舱170内环境温度；控制器还与平台温度传感器160、环境温度传感器电连接，用于根据湿度传感器150检测的湿度、平台温度传感器160 检测的平台温度和环境温度传感器检测的环境温度控制半导体芯片130和散热风机的运行，或者发出报警信号。
66.此外，考虑结构部件金属特性，温度变化慢，湿度高时容易在其表面产生凝露的情况，还可以通过温度传感器监测机舱内平台结构部件的温度，可结合温度变化情况和湿度参数对除湿装置和散热风机进行控制，除湿更为精准。
67.下面介绍一个具体示例的风力发电机组的除湿过程：
68.步骤1：配置湿度传感器，将湿度传感器安装在机舱底部空间环境温度较低位置，控制器获取实时湿度。
69.步骤2：控制器判断获取的湿度是否高于第一预设阈值。当湿度高于第一预设阈值(例如70％-80％)时，控制器判断风力发电机组是否处于运行。
70.步骤3：当风力发电机组处于停机状态时，控制器发出湿度报警信号，通过控制器发出第一启动信号启动发电机的散热风机和第二启动信号启动除湿装置，对机舱内部进行除湿。当湿度低于第二预设阈值(例如50％-60％) 时，控制器发出第一停止信号控制发电机的散热风机停机以及第二停止信号控制除湿装置停止除湿。
71.步骤4：当风力发电机组处于运行状态时，控制器发出湿度报警信号，通过控制器发出第二启动信号启动除湿装置，对机舱内部进行除湿。当湿度低于第二预设阈值(例如50％-60％)时，通过控制器发出第二停止信号控制除湿装置停止除湿。
72.其中，第一预设阈值大于第二预设阈值。
73.需要说明的是，上述实施例中的控制器的功能可以利用现有风力发电机组内的电控柜体控制器和主控控制器来实现。
74.在本公开的描述中，需要说明的是，在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本技术的公开之后将是清楚的。
75.而且，在本公开的描述中，“顶部”、“顶壁”、“底端”和“底壁”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
76.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
77.在说明书中，当元件诸如，层、区域或基底被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。
78.在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
79.除非另有定义，否则在此使用的所有术语包括技术术语和科学术语具有与由本实用新型所属领域的普通技术人员在理解本实用新型之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语诸如，在通用词典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本实用新型中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。
80.此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本实用新型的模糊解释时，将省略这样的详细描述。
81.虽然上面已经详细描述了本实用新型的实施例，但本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，可对本实用新型的实施例做出各种修改和变型。应当理解，在本领
域技术人员看来，这些修改和变型仍将落入权利要求所限定的本实用新型的实施例的精神和范围内。