风力发电机组的制作方法

1.本技术涉及一种风力发电机组，尤其涉及一种具有冷却通风结构的风力发电机组。


背景技术：

2.通常，风力发电机组运行过程中，会产生大量的热，机舱内的电控柜等的电子元器件也会产生大量的热，影响风力发电机组的运行效率和电子元器件的使用寿命。因此，风力发电机组内部需要设置冷却系统或散热系统。现有技术中，通常设置水冷散热器或空冷散热器，但是这使得风力发电机组的运行成本和维护成本增加。
3.因此，如何设计风力发电机组的散热系统或散热结构一直是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种具有散热系统的风力发电机组，该散热系统能够利用外界环境空气对风力发电机组的内部进行散热，以有效降低风力发电机组的冷却成本。
5.根据本技术的一方面，提供一种风力发电机组，包括塔筒、设置在塔筒顶端的机舱、设置机舱中的底座、由底座支撑的发电机组、与发电机组的动轴连接的轮毂、设置在轮毂外周的导流罩，所述发电机组还包括：第一风机，设置在所述轮毂的前端，用于将外界环境中的第一冷却气流引入到所述导流罩和所述轮毂之间的导流罩内腔中，并通过所述轮毂的前端的第一开口将所述第一冷却气流引入到轮毂内腔中；第二风机，设置在所述塔筒的底部，用于将外界环境中的第二冷却气流引入到所述塔筒内然后进入所述底座的底座内腔中，所述底座内腔通过所述发电机组的定轴内腔而与所述轮毂内腔连通；控制器，控制所述第一风机和所述第二风机的输出功率，以控制第一冷却气流和所述第二冷却气流的流动路径。
6.在所述导流罩与风力发电机组的叶片之间具有第一间隙，所述控制器控制所述第一风机，使得第一冷却气流通过所述第一间隙进入所述导流罩和所述轮毂之间，并且在所述轮毂的前端设置有覆盖所述第一开口的第一过滤器。
7.所述底座的侧壁上设置有通孔，使得所述底座内腔与所述机舱的内部连通，所述发电机组的定轴的前端伸入所述轮毂内腔中，并且通过所述定轴的前端的第二开口使所述轮毂内腔与所述定轴内腔连通，在所述定轴的前端设置有覆盖所述第二开口的第二过滤器。
8.所述风力发电机组还包括设置在所述导流罩外侧的第一温度传感器和设置在所述底座内腔中的第二温度传感器，所述控制器根据所述第一温度传感器的第一感测值t1和第二温度传感器的第二感测值t2来控制所述第一风机和所述第二风机。
9.当第一感测值t1小于所述第二感测值t2并且所述第二感测值t2大于第一阈值时，所述控制器控制所述第一风机和所述第二风机，使得第二冷却气流进入所述塔筒的内部和
所述底座内腔，并且所述第二冷却气流在所述底座内腔内分支为第一分支气流和第二分支气流，所述第一分支气流通过所述通孔进入所述机舱的内部并且通过所述机舱与所述发电机组之间的第三间隙以及所述机舱与所述塔筒之间的第四间隙排出到外界，所述第二分支气流通过所述定轴内腔进入所述轮毂内腔，并且在轮毂内腔内与通过所述第一风机进入轮毂内腔内的第一冷却气流汇合，最终通过所述导流罩与所述发电机组之间的第二间隙排出到外部。
10.当第一感测值t1小于所述第二感测值t2、所述第二感测值t2小于第一阈值并且大于第二阈值时，所述控制器控制所述第一风机和第二风机，使得所述第一冷却气流进入所述轮毂内腔，并且通过所述过滤器进入所述定轴内腔和底座内腔，并且在底座内腔内与通过所述第二风机进入所述塔筒内部和底座内腔的第二冷却气流汇合，最终通过所述通孔进入所述机舱的内部，并且通过所述机舱与所述发电机组之间的第三间隙以及所述机舱与所述塔筒之间的第四间隙排出到外部。
11.所述风力发电机组还包括设置在所述轮毂内腔中的第三温度传感器以感测轮毂内腔中的温度，当第一感测值t1小于由所述第三温度传感器(23)感测到的第三感测值t3、所述第三感测值t3大于第三阈值小于第二阈值时，所述控制器控制所述第二风机停止运行，并且控制所述第一风机使得所述第一冷却气流进入所述轮毂内腔，并且通过所述过滤器进入所述定轴内腔和底座内腔，然后通过所述通孔进入机舱内部，最终通过所述机舱与所述发电机组之间的第三间隙以及所述机舱与所述塔筒之间的第四间隙排出到外部。
12.所述风力发电机组还包括设置在所述轮毂内腔中的第三温度传感器以感测轮毂内腔中的温度，当由所述第三温度传感器感测到的第三感测值t3小于第三阈值时，所述控制器控制所述第一风机和所述第二风机停止运行。
13.所述第一过滤器和所述第二过滤器包含湿纺化纤和玻纤复合材料，或者包含ptfe覆膜过滤材料。
14.所述风力发电机组还包括设置在机舱中的电控柜、设置在轮毂内腔中的电控柜、设置在所述底座内腔中的电控柜以及设置在塔筒内部的电控柜。
附图说明
15.图1是示出根据实施例的风力发电机组的结构的示意图；
16.图2是示出根据实施例的风力发电机组的第一冷却模式的示意图；
17.图3是示出根据实施例的风力发电机组的第二冷却模式的示意图；
18.图4是示出根据实施例的风力发电机组的第三冷却模式的示意图；
19.图5是示出根据实施例的过滤器的示意图。
具体实施方式
20.根据需要，在此公开了本发明的具体实施例；然而，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实现。附图无需按比例绘制；可以夸大或最小化一些特征以突出显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。
21.参照图1，示出了根据示例性实施例的风力发电机组的结构。风力发电机组总体上
包括塔筒60、设置在塔筒60顶端的机舱50、设置机舱50中的底座40、由底座40支撑的发电机组、与发电机模块的动轴34连接的轮毂20、设置在轮毂20外周的导流罩10。
22.轮毂20设置在在导流罩10内，并且轮毂20的前端与导流罩10之间形成导流罩内腔11。多个叶片24固定连接到轮毂20，并且多个叶片24的根部与导流罩10之间形成第一间隙12。轮毂20内形成沿轴向贯穿轮毂20的轮毂内腔21，并且轮毂内腔21通过形成在轮毂20的前端的第一开口与导流罩内腔11连通。在第一开口处设置有第一风机25，用于使外界环境中的冷却气流通过第一间隙12引入到导流罩内腔11中，然后进入轮毂内腔21中，以对轮毂20以及轮毂内的部件进行冷却。
23.第一风机25可以是轴流风机，轴流风机可以设置在轮毂20的第一开口中，第一风机25的出风口可以与轮毂内腔21连通，以将外界的冷却气流引入轮毂内腔21中。
24.发电机组30整体由定轴33支撑，发电机组30的动轴34通过轴承支撑在定轴33上并且连接到轮毂20。发电机组30的定轴33具有沿轴向贯通的定轴内腔31，并且定轴33的前端可伸入轮毂内腔21中，轮毂内腔21通过形成在定轴33的前端的第二开口与定轴内腔31连通。
25.在第一风机运行时，外界气流容易从叶根部的第一间隙12进入轮毂内腔21和发电机组的定轴内腔31中，因此，在外界气流中包含大量杂质的情况下，从第一间隙12进入风力发电机组内的气流因其携带的杂质而会造成机组内的部件的损坏，尤其是在盐雾、沙尘地区对机组内环境无法有效防护。
26.因此，可在轮毂20的前端设置覆盖第一开口的第一过滤器(未示出)，以对进入轮毂内腔21的冷却气流进行过滤。可选地，还可在发定轴33的前端设置覆盖第二开口的第二过滤器35，以对进入定轴内腔31的冷却气流进行过滤，防止包含在冷却气流中的杂质腐蚀或损坏发电机组或机舱内的部件。第一过滤器和第二过滤器35均可以是板式过滤器(如图5中所示)，其中包含湿纺化纤和玻纤复合料的过滤材料。可选地，第一过滤器和第二过滤器35还可以是包含ptfe覆膜滤料的过滤器，从而有利于提高针对盐雾颗粒的过滤效果。
27.此外，发电机组30与导流罩10之间形成有第二间隙32，轮毂内腔21通过第二间隙32与外界环境连通，从而轮毂内腔21中的气流可通过第二间隙32排出到外部。
28.底座40设置在机舱50内并且具有底座内腔41。底座40的前端固定连接到定轴33的后端，并且底座内腔41与定轴内腔31连通。底座40的侧壁上还开设有通孔，从而底座内腔41可与机舱50的内部连通。底座40中还设置有多个电控柜44。
29.机舱50设置在发电机组30的后端并罩设在底座40外侧，并且在机舱内设置有多个电控柜54。机舱50与发电机组30之间可形成第三间隙52，机舱50的内部可以通过第三间隙52与外界环境连通，从而机舱50内部的气流可通过第三间隙52排出到外部。此外，在机舱50的后端还可设置通风口，以利于排出机舱内部的热气流。
30.塔筒60用于支撑机舱50，并且塔筒60的内部与底座内腔41连通。塔筒60的底部可设置多个电控柜64和第二风机65。第二风机65用于将外部的冷却气流引入到塔筒60内部，进而自下向上引入底座内腔41中，以冷却塔筒60内的电控柜64、底座内腔41中的电控柜44以及其他部件。
31.塔筒60与机舱50之间形成第四间隙62，从而机舱50的内部还可通过第四间隙62与外界环境连通。机舱50内部的热气流可通过第四间隙62排出到外部。
32.此外，风力发电机组还包括设置在导流罩外侧的第一温度传感器(未示出)、设置在底座内腔41中的第二温度传感器43、设置在轮毂内腔21中的第三温度传感器23以及控制器。控制器可根据第一温度传感器的第一感测值t1、第二温度传感器43的第二感测值t2以及第三温度传感器23的第三感测值t3来控制第一风机25和第二风机65的输出功率，以执行不同的冷却模式，从而对风力发电机组进行有效的散热。以下将参照图2至图4详细描述针对第一风机25和第二风机65的控制而执行不同的冷却模式。
33.图2示出了根据实施例的风力发电机组的第一冷却模式的示意图。
34.当风力发电机组所处的环境温度较高(例如，处于环境温度大于40摄氏度的高温地区)时，机舱内部和轮毂内腔21内可能因各种发热部件(例如，电控柜44和54以及发电机组的动轴和定轴)的热辐射而导致更高的内部温度。此时，使第一风机25和第二风机65以高功率运行来最大程度地对风力发电机组内部进行散热是有利的。
35.当第二温度传感器43检测到底座内腔41的温度较高并且第一温度传感器检测到外界温度低于底座内腔41内温度时，例如，当第二感测值t2大于第一阈值(作为示例，第一阈值可以是55摄氏度)并且第一感测值t1小于第二感测值t2时，控制器可控制第一风机25和第二风机65运转，以使从第一间隙12进入导流罩内腔11的第一冷却气流通过第一风机25引导进入轮毂内腔21中，以对轮毂20以及轮毂内腔中部件进行冷却。
36.此外，控制器还可控制第二风机65以高功率运行，从而引导第二冷却气流进入塔筒60内部以冷却塔筒60内的电控柜64和电缆(未示出)，然后第二冷却气流进入底座内腔41以冷却底座内腔41中的电控柜44，之后，第二冷却气流在底座内腔41内分支为第一分支气流和第二分支气流。
37.第一分支气流通过底座40的侧壁上的通孔进入机舱50的内部，并且在对机舱内部的电控柜54进行冷却之后，通过机舱50与发电机组30之间的第三间隙52以及机舱50与塔筒60之间的第四间隙62排放到外部。
38.第二分支气流通过与底座内腔41连通的定轴内腔31进入轮毂内腔21，以分别冷却发电机组30的定轴和轴承。随后，第二分支气流在轮毂内腔21中与通过第一风机25进入轮毂内腔21中的第一冷却气流混合，最终通过导流罩10与发电机组30之间的第二间隙32排放到外部。
39.通过使第一风机25和第二风机65分别引导第一冷却气流和第二冷却气流沿上述冷却路径流动，可对风力发电机组内部的各个部件进行有效地冷却，以保证风力发电机在高温换环境下的正常运行。
40.图3是示出根据实施例的风力发电机组的第二冷却模式的示意图。
41.当风力发电机组所处的环境温度较高(例如，处于环境温度大于40摄氏度的高温地区)，但是由于风力发电机组运行时间较短而使机舱内部和轮毂内腔21内的热辐射相对较少时，或者在风力发电机组处于相对高温的地区(例如，环境温度在30至40摄氏度之间)时，可使第一风机25和第二风机65以低功率运行来确保风力发电机组内部的有效散热。
42.当第二温度传感器43检测到底座内腔41的温度相对高并且第一温度传感器检测到外界温度低于底座内腔41内温度时，例如，当第二感测值t2小于第一阈值且大于第二阈值(作为示例，第一阈值可以是55摄氏度，第二阈值可以是40摄氏度)并且第一感测值t1小于第二感测值t2时，控制器可控制第一风机25和第二风机65运转，以使从第一间隙12进入
导流罩内腔11的第一冷却气流通过第一风机25引导进入轮毂内腔21(或者经过设置在轮毂前端的第一过滤器过滤后进入轮毂内腔21)中，以对轮毂20以及轮毂内腔中部件进行冷却，然后，引导第一冷却气流通过第二过滤器35进入定轴内腔31和底座内腔41中，以对发电机组30进行冷却。
43.此外，控制器还控制第二风机65，使得第二风机65以低功率运行，从而引导第二冷却气流进入塔筒60内部以冷却塔筒60内的电控柜64和电缆(未示出)，然后使第二冷却气流进入底座内腔41以冷却底座内腔41中的电控柜44，并且第二冷却气流在底座内腔41与来自定轴内腔31的第一冷却气流汇合，最终通过发电机组30的侧壁上的通孔进入机舱50内部，并且通过机舱50与发电机组30之间的第三间隙52以及机舱50与塔筒60之间的第四间隙62排出到外部。
44.通过使第一风机25和第二风机65分别引导第一冷却气流和第二冷却气流沿上述冷却路径流动，可对风力发电机组内部的各个部件进行有效地冷却，以保证风力发电机在相对高温换环境下或者在风力发电机初始运行期间的正常运行；并且多种冷却模式控制策略，可以有效降低风力发电机组冷却系统的自耗电。
45.图4是示出根据实施例的风力发电机组的第三冷却模式的示意图。
46.当风力发电机组所处的环境温度不高(例如，处于环境温度在20至30摄氏度之间)时，即便机舱内部和轮毂内腔21内因各种发热部件(例如，电控柜44和54以及发电机组的动轴和定轴以及轴承)的热辐射而升高的内部温度，该内部温度也可通过仅运行第一风机25来进行有效散热。此时，第二风机65可不运行。
47.当第三温度传感器23检测到轮毂内腔21的温度相对高并且第一温度传感器检测到外界温度低于轮毂内腔21内温度时，例如，当第三感测值t3大于第三阈值且小于第二阈值(作为示例，第二阈值可以是40摄氏度，第三阈值可以是20摄氏度)并且第一感测值t1小于第三感测值t3时，控制器控制第二风机65停止运行，并且控制第一风机25使得第一冷却气流进入轮毂内腔21(或者经过设置在轮毂前端的第一过滤器过滤后进入轮毂内腔21)以对轮毂20进行冷却。之后，可引导第一冷却气流通过第二过滤器35进入定轴内腔31和底座内腔41，进而通过发电机组30的侧壁上的通孔进入机舱50的内部，最终通过机舱50与发电机组30之间的第三间隙52以及机舱50与塔筒60之间的第四间隙62排出到外部。
48.虽然第二风机65在上述第三冷却模式中停止运行，但本技术不限于此。根据需要，或者根据第二温度传感器的检测值，也可运行第二风机65。
49.此外，风力发电机的环境温度较低时，使得风力发电机组件内部温度较低而不需要任何辅助冷却时，例如，当第三温度传感器23检测到轮毂内腔21的温度小于第三阈值(作为示例，第三阈值可以是20摄氏度)，控制器可控制第一风机25和第二风机65均停止运行。
50.此外，根据环境要求或风力发电机组的需要，可仅设置第一过滤器和第二过滤器中的一者，也可同时设置第一过滤器和第二过滤器二者。
51.以上所述的第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值仅为示例，可根据风力发电机组所处的地区和环境条件来任意设定这些值，以提高风力发电机组内部的冷却效果。