一種風電機組的冷卻方法及冷卻系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種風電機組的冷卻方法，包括以下步驟：設定強制換熱的啟動觸發溫度T1和中止觸發溫度T2；當所述發熱部件的溫度低于所述啟動觸發溫度T1時，采用自然換熱方式進行冷卻降溫；當所述發熱部件的溫度達到所述啟動觸發溫度T1以上時，采用自然換熱和強制換熱同時進行冷卻降溫；當所述發熱部件的溫度降至所述中止觸發溫度T2以下時，采用自然換熱進行冷卻降溫。本發明還公開了應用上述冷卻方法的冷卻系統。本發明所述冷卻方法靈活、有效、可靠，并在保證機組正常工作基礎上，降低機組自耗電。所述冷卻系統能夠在不加大換熱器結構尺寸和重量的前提下，滿足風電機組更高的散熱需求。
【專利說明】
一種風電機組的冷卻方法及冷卻系統
技術領域
[0001 ]本發明涉及風電技術領域，特別是涉及一種風電機組的冷卻方法及冷卻系統。
【背景技術】
[0002]隨著風電機組單機容量的不斷增長，大功率的兆瓦級機組的發電機、變流器與齒輪箱等發熱部件的散熱量越來越大，為了提升換熱效率，整機廠大都傾向于使用水冷系統。水冷系統使用冷卻液通過管路，將發熱部件的熱量帶至機艙外的換熱器，冷卻液與艙外空氣進行熱交換后，低溫冷卻液再次流經發熱部件進行冷卻。冷卻液與艙外空氣的熱交換分為自然換熱與強制換熱兩種方式，前者依靠環境風與冷卻液進行熱交換；后者利用風扇對環境風進行加速，使與冷卻液進行熱交換的風量顯著增大。根據熱交換原理可知，強制換熱的換熱效率比自然換熱顯著增加。
[0003]目前，大功率的兆瓦級風電機組多采用自然換熱的水冷系統方案，但是隨著單機容量的增加，滿足發熱部件散熱要求的換熱器外形尺寸與重量不斷增大，換熱器的安裝和支撐結構對機艙強度的要求已經近于苛刻。但是如果仍然采用原有較小功率的兆瓦級機組所用換熱器，低風速下的熱交換量則無法滿足散熱需求。因此，既滿足機艙強度要求，又符合低風速下的散熱需求的水冷系統方案成為大功率兆瓦級風電機組開發的一個瓶頸，亟需突破。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種風電機組的冷卻方法及冷卻系統，所述冷卻方法優化了不同工況下的散熱形式，靈活、有效、可靠，并在保證機組正常工作基礎上，降低機組自耗電。所述冷卻系統能夠在不加大換熱器結構尺寸和重量的前提下，滿足風電機組更高的散熱需求。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]—種風電機組的冷卻方法，用于風電機組的發熱部件的冷卻降溫，其特征在于，包括以下步驟:設定強制換熱的啟動觸發溫度Tl和中止觸發溫度T2;當所述發熱部件的溫度低于所述啟動觸發溫度Tl時，采用自然換熱方式進行冷卻降溫；當所述發熱部件的溫度達到所述啟動觸發溫度Tl以上時，采用自然換熱和強制換熱同時進行冷卻降溫；當所述發熱部件的溫度降至所述中止觸發溫度T2以下時，采用自然換熱方式進行冷卻降溫。
[0007]—種應用所述冷卻方法的風電機組的冷卻系統，所述冷卻系統包括支架、換熱器、換熱風扇、電機、測溫裝置以及控制器，所述換熱器及換熱風扇安裝在所述支架上且位置相對，所述電機連接并驅動所述換熱風扇，所述測溫裝置用于測量所述發熱部件的溫度數據，并將所述溫度數據傳送給所述控制器，所述控制器根據接收到的所述溫度數據控制所述電機的啟閉:當所述發熱部件的溫度低于所述啟動觸發溫度Tl時，所述電機不開啟，所述換熱風扇不工作；當所述發熱部件的溫度達到所述啟動觸發溫度Tl以上時，所述電機開啟，所述換熱風扇工作；當所述發熱部件的溫度降至所述中止觸發溫度T2以下時，所述電機關閉，所述換熱風扇停止工作。
[0008]作為進一步地改進，所述支架包括換熱器安裝支架和換熱風扇安裝支架，所述換熱器安裝支架為框型支架，所述框型支架的兩側邊沿上分別設有凸出部，所述換熱風扇安裝支架為板狀支架，所述板狀支架的兩端分別與所述凸出部固定連接。
[0009]所述測溫裝置為溫度傳感器。
[0010]還包括用于罩在所述換熱風扇外部的隔柵。
[0011]由于采用上述技術方案，本發明至少具有以下優點:
[0012]針對大功率兆瓦級風電機組的冷卻系統設計的技術瓶頸，本發明所涉及的混合式冷卻方法及系統，可以有效解決換熱功率大與機艙強度不足的矛盾沖突；同時在高風速條件下可以降低風電機組的自耗電，為增加發電效益提供一定的幫助。
【附圖說明】
[0013]上述僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，以下結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明。
[0014]圖1是本發明的風電機組的冷卻系統結構示意圖。
[0015]圖2是低風速與高風速下的自然換熱工況的空氣流向示意圖。
[0016]圖3是中間風速下的強制換熱與自然換熱的混合工況的空氣流向示意圖。
[0017]圖4是不同風速條件下的三種換熱方式的對比結果。
【具體實施方式】
[0018]針對目前大功率兆瓦級風電機組水冷系統結構尺寸與重量同機艙強度相對不足的矛盾，本發明提出一種風電機組的冷卻方法及系統，可實現對風電機組的發熱部件進行自然換熱與強制換熱混合冷卻方式。
[0019]本發明所述的風電機組的冷卻方法，用于風電機組的發熱部件的冷卻降溫，主要包括以下步驟:設定強制換熱的啟動觸發溫度Tl和中止觸發溫度T2;當所述發熱部件的溫度低于所述啟動觸發溫度Tl時，采用自然換熱方式進行冷卻降溫；當所述發熱部件的溫度達到所述啟動觸發溫度Tl以上時，采用自然換熱和強制換熱同時進行冷卻降溫；當所述發熱部件的溫度降至所述中止觸發溫度T2以下時，采用自然換熱進行冷卻降溫。一般地，設置T2〈T1。
[0020]本發明還提供一種風電機組的冷卻系統，該系統可基于上述冷卻方法得以實現對風電機組發熱部件的混合式冷卻降溫。請參閱圖1所示，本發明所述的風電機組的冷卻系統，主要包括支架、換熱器2、換熱風扇3、電機5、測溫裝置(圖中未示出)以及控制器(圖中未示出)。其中，所述換熱器2及換熱風扇3安裝在所述支架上且位置相對，所述電機5連接并驅動所述換熱風扇3，所述測溫裝置用于測量風電機組發熱部件的溫度數據，并將所述溫度數據傳送給所述控制器，所述控制器根據接收到的所述溫度數據控制所述電機5的啟閉，從而控制換熱風扇3的啟閉。
[0021 ]具體地，如圖1所示，所述支架包括換熱器安裝支架I和換熱風扇安裝支架6，所述換熱器安裝支架I為框型支架，該支架用于與機艙連接，換熱器2通過螺栓連接到換熱器支架I上，換熱器2的上設有冷卻液/油進口 21、冷卻液/油出口 22。換熱器安裝支架I的兩側邊沿上分別設有凸出部，所述換熱風扇安裝支架6為板狀支架，該板狀支架的兩端分別與所述凸出部通過螺栓固定連接。換熱風扇3及電機5通過螺栓安裝于換熱風扇安裝支架6上。換熱風扇3外部還罩有隔柵4。隔柵4安裝在換熱風扇安裝支架6上。
[0022]本發明的風電機組的冷卻系統實際應用時包括三種工況:低風速下的自然換熱工況、中間風速下的強制換熱與自然換熱的混合工況，以及高風速下的自然換熱工況。低風速與高風速下的自然換熱工況的空氣流向分別如圖2所示，中間風速下的強制換熱與自然換熱的混合工況的空氣流向如圖3所示，其中空心箭頭表示冷空氣，小的實心箭頭表示自然換熱后的熱空氣，大的實心箭頭表示強制換熱后的熱空氣。
[0023]低風速的自然換熱工況(發熱部件監測溫度未達到啟動觸發溫度Tl時)下，電機5不啟動，換熱風扇3不啟動，發熱部件完全依靠環境風進行熱交換。冷卻液/油流經換熱器2，與換熱器2周圍的空氣進行熱交換。冷空氣由上風向穿過換熱器2，吸收換熱器2內部冷卻液/油的一部分熱量，轉化為熱空氣，由環境風產生的換熱器2前后壓差，使熱空氣排向下風向。
[0024]中間風速的強制換熱工況(發熱部件監測溫度達到觸發溫度Tl以上時)下，電機5啟動，換熱風扇3啟動，依靠換熱風扇3提供的上下風向的壓差，顯著增大通過換熱器2中間部分的空氣流量，根據熱交換原理，這種混合方式的換熱功率比自然換熱方式的換熱功率高，可以滿足發熱部件在中間風速下的散熱需求。
[0025]高風速的自然換熱工況(發熱部件監測溫度下降到中止觸發溫度T2以下時)下，電機5停止工作，換熱風扇3關閉，發熱部件完全依靠環境風進行熱交換。冷卻液/油流經換熱器2，與換熱器2周圍的空氣進行熱交換。冷卻系統再次恢復自然換熱方式進行熱交換，此時環境風提供的空氣流量可以滿足發熱部件散熱需求，不再需要啟動換熱風扇3。
[0026]根據傳熱方程與熱平衡方程可知，對于換熱面積相等的同種換熱器，冷流體的流量越大，換熱器的換熱功率就越高;對于面積不等的同種換熱器，冷流體的流量越大，換熱器的換熱效率越高。同時由于自然換熱方式的冷卻風量不足，導致大功率兆瓦級換熱器的體積重量越來越大，已經超出機艙強度許可的范圍。為此，本發明將自然換熱與強制換熱兩種方式有機結合，可以在使用滿足機艙強度要求的換熱器條件下，盡量減少風電機組的冷卻系統的耗電量。
[0027]本發明所用的混合換熱方式，與自然換熱方式采用相同的換熱器，在不同風速條件下的對比如圖4所示。由圖4可見，發熱部件的散熱量在超過切入風速后，隨著風速增加而增大；當達到額定風速后由于發電功率不再增長，散熱量趨于定值不再增加。自然換熱方式在低風速條件下，因為發熱部件的散熱量較低，環境風提供的空氣流量能夠滿足散熱需求；但達到中間風速階段，發熱部件的散熱量增長速度超過換熱器的熱交換量增長速度，使得中間風速條件下的換熱器所能提供的熱交換量低于發熱部件的散熱量，打破熱平衡，導致發熱部件過熱故障；伴隨風速繼續增長到高風速階段，發熱部件的散熱量由于機組容量限制而趨于定值，而換熱器所能提供的熱交換量卻仍然繼續增加，因而在高風速條件下換熱器再次滿足發熱部件的散熱需求。
[0028]綜上所述，本發明的混合式冷卻系統采用混合換熱方式，在低風速條件下，自然換熱方式能夠滿足散熱需求時，風扇關閉，依靠自然換熱方式進行熱交換；當達到中間風速階段，流經發熱部件的冷卻液/油監測溫度達到換熱風扇的電機啟動觸發溫度以上時，換熱風扇啟動，提高換熱器所能提供的熱交換量，滿足發熱部件的散熱需求，以保證發熱部件的正常工作；當風速進一步增大到高風速階段，流經發熱部件的冷卻液/油監測溫度降至換熱風扇的電機關閉觸發溫度以下時，換熱風扇關閉，恢復到完全依靠環境風的自然換熱方式進行熱交換，從而降低由換熱風扇啟動導致的自耗電。
[0029]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種風電機組的冷卻方法，用于風電機組的發熱部件的冷卻降溫，其特征在于，包括以下步驟: 設定強制換熱的啟動觸發溫度TI和中止觸發溫度T2; 當所述發熱部件的溫度低于所述啟動觸發溫度Tl時，采用自然換熱方式進行冷卻降溫; 當所述發熱部件的溫度達到所述啟動觸發溫度Tl以上時，采用自然換熱和強制換熱同時進行冷卻降溫； 當所述發熱部件的溫度降至所述中止觸發溫度T2以下時，采用自然換熱方式進行冷卻降溫。2.—種應用權利要求1所述冷卻方法的風電機組的冷卻系統，其特征在于，所述冷卻系統包括支架、換熱器、換熱風扇、電機、測溫裝置以及控制器，所述換熱器及換熱風扇安裝在所述支架上且位置相對，所述電機連接并驅動所述換熱風扇，所述測溫裝置用于測量所述發熱部件的溫度數據，并將所述溫度數據傳送給所述控制器，所述控制器根據接收到的所述溫度數據控制所述電機的啟閉: 當所述發熱部件的溫度低于所述啟動觸發溫度Tl時，所述電機不開啟，所述換熱風扇不工作；當所述發熱部件的溫度達到所述啟動觸發溫度Tl以上時，所述電機開啟，所述換熱風扇工作；當所述發熱部件的溫度降至所述中止觸發溫度T2以下時，所述電機關閉，所述換熱風扇停止工作。3.根據權利要求2所述的風電機組的冷卻系統，其特征在于，所述支架包括換熱器安裝支架和換熱風扇安裝支架，所述換熱器安裝支架為框型支架，所述框型支架的兩側邊沿上分別設有凸出部，所述換熱風扇安裝支架為板狀支架，所述板狀支架的兩端分別與所述凸出部固定連接。4.根據權利要求2所述的風電機組的冷卻系統，其特征在于，所述測溫裝置為溫度傳感器。5.根據權利要求2所述的風電機組的冷卻系統，其特征在于，還包括用于罩在所述換熱風扇外部的隔柵。
【文檔編號】F03D80/60GK106014882SQ201610390074
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】董禮, 康濤
【申請人】國電聯合動力技術有限公司