一种采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统

1.本发明涉及风力发电机技术领域，特别是一种采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统。


背景技术：

2.风能作为一种清洁能源，具有储量大、成本低、可再生、无污染等特点，是一种潜力巨大的新能源，越来越受到人们的重视。
3.目前，海上风力发电机组的冷却方式主要有风冷和液冷两种技术，风冷是利用空气将风力发电机组中的发热部件产生的热量带走，液冷是利用液冷板对流换热效应带走热量，然而随着可再生能源成为我国碳减排的重要支撑力量，海上风力发电将迎来更大的发展空间，对于风能的需求不断增大，风电机组的不断扩容，导致风力发电机机舱内主要部件产生的热量也逐渐增大，对现有的冷却技术已经逐渐达到其冷却能力的瓶颈，不能适应大型功率风力发电机的散热要求。
4.由于海上风力发电机布置在广阔的海洋之中，可将海水视为一种天然冷源，利用海水的自然冷量，通过相变方式带走系统中热负荷，是一种十分节能的冷却形式。
5.由于海上自然环境原因，海上风力发电机组面临的工作环境较为复杂，除了台风的侵袭，风电机组在冬季还要抵抗严寒天气，尤其是在我国北方海域，冬季温度较低，因环境而造成的雪、霜、雾会冻结在风机叶轮部件上，影响风轮的转动。


技术实现要素：

6.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统包括，泵驱两相流模块，包括储液罐、循环泵、冷凝器和预热器，冷凝器设置有两组进口和两组出口,储液罐出口通过循环泵与预热器连通，储液罐进口与冷凝器第一出口连通，冷凝器第一进口和预热器之间并联有变频器-液冷板、齿轮箱-液冷板和发电机-液体换热器；海水冷却模块，包括离心泵和第一喷嘴，离心泵的出口与冷凝器第二进口相连通，冷凝器第二出口通过第一喷嘴将海水排入海洋；热能再利用模块，包括保温罐和第二喷嘴，保温罐入口与冷凝器第二出口连通，保温罐第一出口经过水泵与第二喷嘴相连。
8.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优选方案，其中：所述储液罐和循环泵之间设置有过滤器，循环泵和预热器之间设置有第一流量计，所述储液罐和冷凝器之间设置有第一阀门，所述变频器-液冷板、齿轮箱-液冷板和发电机-液体换热器进口处均设置有流量阀。
9.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优
选方案，其中：所述离心泵与冷凝器之间设置有第二阀门和第二流量计，冷凝器和第一喷嘴之间设置有第三阀门，第一喷嘴采用多喷嘴阵列方式并与海平面相距一定距离。
10.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优选方案，其中：所述冷凝器和保温罐之间设置有第四阀门，保温罐设置有第二出口，第二出口连接排水管，且排水管上设置有温控阀，保温罐和第二喷嘴之间设置有第五阀门。
11.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优选方案，其中：所述泵驱两相流模块还包括风冷冷凝器，风冷冷凝器的进出口分别与储液罐、冷凝器第一出口相连接，风冷冷凝器两侧设置有第六阀门和第七阀门。
12.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优选方案，其中：所述风冷冷凝器通过固定件安装于风力发电机顶部，固定件包括固定座、连接座和转动件，固定座固定于风力发电机顶部，连接座设置于固定座顶部，转动件安装于连接座内部。
13.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优选方案，其中：所述连接座内部设置有空腔，空腔内开设有一段限位槽，所述转动件包括第一螺杆、第二螺杆、第一转动盘和第二转动盘，第一螺杆转动安装在连接座上，第二螺杆通过连接杆插接于第一螺杆内部，第一转动盘螺纹套设于第一螺杆外侧，第二转动盘螺纹套设于第二螺杆外侧，第一转动盘外侧设置有第一连接块，第二转动盘外侧设置有第二连接块，第一连接块和第二连接块通过伸缩杆连接，第一连接块位于限位槽内。
14.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优选方案，其中：所述第二螺杆端部设置有限位块，所述第二转动盘端部设置有十字抵接盘，所述风冷冷凝器上设置有固定块，固定块上开设有第一安装孔，第一安装孔形状与十字抵接盘相同，第一安装孔内侧开设有第二安装孔，第二安装孔中心开设有抵接槽。
15.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优选方案，其中：系统工作步骤包括：
16.储液罐中存储过冷状态制冷剂，过冷状态制冷剂在循环泵的作用下，从储液罐中被抽出，经管路依次经过过滤器、循环泵，经过预热器温度升高后，达到饱和状态通过管路分别进入变频器-液冷板、齿轮箱-液冷板和发电机-液体换热器，温度升高后的制冷剂进入冷凝器中与海水换热，进行降温，最终又回到过冷状态流入储液罐中；
17.在冷凝器中与制冷剂换热的海水通过管路流入保温罐中，当保温罐容量达到饱和时，关闭第四阀门，开启第三阀门，海水通过第一喷嘴排入海洋中；
18.保温罐中热水通过水泵输送至第二喷嘴处，当遇到极寒天气，叶轮出现结霜、结冰现象，对其进行雾化加热处理，或定期对叶轮表面进行冲洗，保持洁净，当保温罐中温度低于设定的温度，温控阀打开，将海水排至海洋中，系统开启第四阀门，关闭第三阀门，直至保温罐达到饱和。
19.作为本发明所述采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统的一种优选方案，其中：所述泵驱两相流模块工作时，当冷凝器中海水的冷量不足以满足系统的需求时，风冷冷凝器开启，关闭第一阀门，开启第六阀门和第七阀门，在冷凝器中被冷却后的制冷剂在通过管路进入风冷冷凝器中进一步被自然风冷却后流入储液罐。
20.本发明有益效果为：采用泵驱两相流回路冷却技术对海上风力发电机组进行系统
设计，取代传统冷却方式，利用工质潜热替代显热进行热量传递，提高换热效率；海水冷却模块实现了对海水冷量的有效利用，同时在冷凝器中进行换热后的热水经过管路输送至保温罐中，形成一条单独的管路，对这部分热量进行存储，实现热能再利用。
21.附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
23.图1为本发明部署示意图。
24.图2为本发明整体结构示意图。
25.图3为本发明第一喷嘴结构示意图。
26.图4为本发明风冷冷凝器安装示意图。
27.图5为本发明连接座-转动件安装结构示意图。
28.图6为本发明第一螺杆-第二螺杆连接结构示意图。
29.图7为本发明固定块结构示意图。
具体实施方式
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
31.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
32.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
33.实施例1
34.参照图1至图3，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种采用泵驱两相流的海上风力发电机组综合热管理系统，其包括泵驱两相流模块100、海水冷却模块200和热能再利用模块300，泵驱两相流模块100包括储液罐101、循环泵102、冷凝器103和预热器104，冷凝器103设置有两组进口和两组出口,储液罐101出口通过循环泵102与预热器104连通，储液罐进口101与冷凝器103第一出口连通，冷凝器103第一进口和预热器104之间并联有变频器-液冷板105、齿轮箱-液冷板106和发电机-液体换热器107；海水冷却模块200，包括离心泵201和第一喷嘴202，离心泵201的出口与冷凝器103第二进口相连通，冷凝器103第二出口通过第一喷嘴202将海水排入海洋；热能再利用模块300，包括保温罐301和第二喷嘴302，保温罐301入口与冷凝器103第二出口连通，保温罐301第一出口经过水泵303与第二喷嘴302相连。
35.泵驱两相流模块100、海水冷却模块200和热能再利用模块300通过冷凝器103相互
关联，将风力发电机组产生的热量传递给海水，储液罐101中存储有过冷制冷剂，过冷制冷剂在循环泵102的作用下，从储液罐101中被抽出，经过预热器104温度升高后达到饱和状态，分别进入变频器-液冷板105、齿轮箱-液冷板106和发电机-液体换热器107并进行换热，工质在其中吸收热量由饱和液态变成气液两相状态，气液两相流体通过冷凝器103第一进口进入冷凝器103中，离心泵201将海水通过冷凝器103第二进口抽入冷凝器103中，与气液两相流体进行换热，换热降温后气液两相流体重新变为液体通过冷凝器103第一出口流入储液罐101中，形成一个吸热、传输、放热的闭路循环，换热升温后的海水流出冷凝器103经第一喷嘴202排入海洋，保温罐301与冷凝器103第二出口连通，升温后的海水存储到保温罐301中，当海上风力发电机组面临严寒天气，温度较低时，因环境而造成的雪、霜、雾会冻结在风机叶轮部件上，影响风轮的转动，利用储存在保温罐301中的热水，通过第二喷嘴302对其进行雾化升温，除霜除雪。
36.采用泵驱两相流回路冷却技术对海上风力发电机组进行系统设计，取代传统冷却方式，利用工质潜热替代显热进行热量传递，提高换热效率；海水冷却模块200实现了对海水冷量的有效利用，同时在冷凝器103中进行换热后的热水经过管路输送至保温罐301中，形成一条单独的管路，对这部分热量进行存储，实现热能再利用。
37.进一步的，储液罐101和循环泵102之间设置有过滤器108，循环泵102和预热器104之间设置有第一流量计109，储液罐101和冷凝器103之间设置有第一阀门110，变频器-液冷板105、齿轮箱-液冷板106和发电机-液体换热器107进口处均设置有流量阀。
38.过滤器108用于过滤过冷制冷剂中的杂质，第一流量计109用于监测过冷制冷剂的流量，第一阀门110用于开启和关闭泵驱两相流模块100，流量阀用来控制变频器-液冷板105、齿轮箱-液冷板106和发电机-液体换热器107各自的流量。
39.进一步的，离心泵201与冷凝器103之间设置有第二阀门203和第二流量计204，第二流量计204用于监测海水流量，冷凝器103和第一喷嘴202之间设置有第三阀门205，第一喷嘴202采用多喷嘴阵列方式并与海平面相距一定距离，第一喷嘴202使得海水能够以雾化状态喷入海洋中，在排入海洋之前能够充分散热降温，防止对海洋生物造成伤害。
40.进一步的，冷凝器103和保温罐301之间设置有第四阀门303，保温罐301设置有第二出口，第二出口连接排水管304，且排水管304上设置有温控阀305，保温罐301和第二喷嘴302之间设置有第五阀门306。
41.当需要储存热水时，关闭第三阀门205开启第四阀门303，冷凝器103中换热后的热水进入保温罐301中，保温罐301储满后，开启第三阀门205关闭第四阀门303，热水经第一喷嘴202排入海洋，若长时间不需要对叶轮305进行雾化处理，保温罐301的温度低于设置温度，温控阀305开启，保温罐301中的海水排入海洋。
42.实施例2
43.参照图1至图7，为本发明第二个实施例，其不同于第一个实施例的是：泵驱两相流模块100还包括风冷冷凝器111，风冷冷凝器111的进出口分别与储液罐101、冷凝器103第一出口相连接，风冷冷凝器111两侧设置有第六阀门112和第七阀门113。
44.泵驱两相流模块100工作时，当冷凝器103中海水的冷量不足以满足系统的需求时，风冷冷凝器111开启，关闭第一阀门110，开启第六阀门112和第七阀门113，在冷凝器103中被冷却后的制冷剂在通过管路进入风冷冷凝器111中进一步被自然风冷却后流入储液罐
101。
45.进一步的，风冷冷凝器111通过固定件114安装于风力发电机顶部，固定件114包括固定座114a、连接座114b和转动件114c，固定座114a固定于风力发电机顶部，连接座114b设置于固定座114a顶部，转动件114c安装于连接座114b内部。
46.连接座114b内部设置有空腔114b-1，空腔114b-1内开设有一段限位槽114b-2，转动件114c包括第一螺杆114c-1、第二螺杆114c-2、第一转动盘114c-3和第二转动盘114c-4，第一螺杆114c-1转动安装在连接座114b上，第二螺杆114c-2通过连接杆114c-5插接于第一螺杆114c-1内部，第一转动盘114c-3螺纹套设于第一螺杆114c-1外侧，第二转动盘114c-4螺纹套设于第二螺杆114c-2外侧，第一转动盘114c-3外侧设置有第一连接块114c-6，第二转动盘114c-4外侧设置有第二连接块114c-7，第一连接块114c-6和第二连接块114c-7通过伸缩杆114c-8连接，第一连接块114c-6位于限位槽114b-2内。
47.第二螺杆114c-2端部设置有限位块114c-9，第二转动盘114c-4端部设置有十字抵接盘114c-10，风冷冷凝器111上设置有固定块115，固定块115上开设有第一安装孔115a，第一安装孔115形状与十字抵接盘114c-10相同，第一安装孔115a内侧开设有第二安装孔115b，第二安装孔115b中心开设有抵接槽115c。
48.风冷冷凝器111两侧设置有固定块115，通过两组固定件114实现风冷冷凝器111的固定，安装时，将风冷冷凝器111置于两组固定件114之间，第一螺杆114c-1延伸至连接座114b外部有转动手轮，通过转动与第一螺杆114c-1连接的转动手轮带动第一螺杆114c-1转动，第一螺杆114c-1转动使得螺纹套设于第一螺杆114c-1外侧的第一转动盘114c-3沿着限位槽114b-2向前运动，第一转动盘114c-3运动推动第二转动盘114c-4和第二螺杆114c-2向前运动，插接于第一螺杆114c-1内部的连接杆114c-5伸长，第二转动盘114c-4运动使得其端部的十字抵接盘114c-10自固定块115第一安装孔115进入第二安装孔115b内，同时第二螺杆114c-2端部的限位块114c-9进入第二安装孔115b中心的抵接槽115c内，从而实现第二螺杆114c-2的固定和对中，与此同时，第一转动盘114c-3外侧的第一连接块114c-6离开限位槽114b-2；
49.此时继续转动第一螺杆114c-1，由于第一转动盘114c-3外侧的第一连接块114c-6离开限位槽114b-2，没有了限位槽114b-2的限制转动，第一螺杆114c-1转动带动第一转动盘114c-3一起转动，第一连接块114c-6和第二连接块114c-7通过伸缩杆114c-8连接，第一转动盘114c-3转动带动第二转动盘114c-4转动，由于第二螺杆114c-2端部的限位块114c-9进入抵接槽115c内，第二螺杆114c-2无法转动，第二转动盘114c-4转动便会沿着第二螺杆114c-2向前，第二转动盘114c-4在第二安装孔115b内向前运动直至十字抵接盘114c-10与固定块115抵接固定，需要特别说的是，第一螺杆114c-1和第一转动盘114c-3之间的转动摩擦力足以克服第二转动盘114c-4和第二螺杆114c-2的转动摩擦力，如此，第一螺杆114c-1转动能同时带动第一转动盘114c-3和第二转动盘114c-4转动；
50.当十字抵接盘114c-10与固定块115抵接固定后，十字抵接盘114c-10与第一安装孔115a实现错位，防止十字抵接盘114c-10与固定块115意外脱离，由于第二转动盘114c-4处于不可继续转动向前状态，第二转动盘114c-4便会限制第一转动盘114c-3的转动，继续转动第一螺杆114c-1，第一转动盘114c-3便会沿着第一螺杆114c-1继续向前运动直至重新与第二转动盘114c-4相抵接，实现固定件114对风冷冷凝器111的双重固定。
51.储液罐101中存储过冷状态制冷剂，过冷状态制冷剂在循环泵102的作用下，从储液罐101中被抽出，经管路依次经过过滤器108、循环泵102，经过预热器104温度升高后，达到饱和状态通过管路分别进入变频器-液冷板105、齿轮箱-液冷板106和发电机-液体换热器107，温度升高后的制冷剂进入冷凝器103中与海水换热，进行降温，最终又回到过冷状态流入储液罐101中；
52.在冷凝器103中与制冷剂换热的海水通过管路流入保温罐301中，当保温罐301容量达到饱和时，关闭第四阀门303，开启第三阀门205，海水通过第一喷嘴202排入海洋中；
53.保温罐301中热水通过水泵303输送至第二喷嘴302处，当遇到极寒天气，叶轮出现结霜、结冰现象，对其进行雾化加热处理，或定期对叶轮表面进行冲洗，保持洁净，当保温罐301中温度低于设定的温度，温控阀305打开，将海水排至海洋中，系统开启第四阀门303，关闭第三阀门205，直至保温罐301达到饱和；
54.若冷却系统中的第一喷嘴202和第二喷嘴302出现堵塞等故障，关闭第三阀门205、第五阀门306，开启第四阀门303、温控阀305，冷凝器103第二出口出来的海水依次经过保温罐301流入海洋。
55.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限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。