冷却系统及风力发电机组

文档序号:1949620 发布日期:2021-12-10 浏览:14次 >En<

阅读说明:本技术 冷却系统及风力发电机组 (Cooling system and wind generating set ) 是由 王丁会 李金梦 刘军卫 于 2020-06-09 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种冷却系统及风力发电机组。该冷却系统包括相互热耦合设置的两个冷却子系统,每个冷却子系统包括:用于冷却第一发热部件的第一冷却回路、用于冷却第二发热部件的第二冷却回路、用于冷却第三发热部件的第三冷却回路、用于冷却第四发热部件的第四冷却回路、泵站单元和散热单元;第一冷却回路和第四冷却回路并联连接为第一支路,第二冷却回路和第三冷却回路并联连接为第二支路,第一支路和第二支路并联连接,并且与泵站单元和散热单元连接。本发明可以实现两个冷却子系统的容错运行。(The invention relates to a cooling system and a wind generating set. The cooling system includes two cooling subsystems thermally coupled to each other, each cooling subsystem including: a first cooling circuit for cooling a first heat generating component, a second cooling circuit for cooling a second heat generating component, a third cooling circuit for cooling a third heat generating component, a fourth cooling circuit for cooling a fourth heat generating component, a pump station unit and a heat dissipating unit; the first cooling circuit and the fourth cooling circuit are connected in parallel to form a first branch, the second cooling circuit and the third cooling circuit are connected in parallel to form a second branch, and the first branch and the second branch are connected in parallel to be connected with the pump station unit and the heat dissipation unit. The invention can realize the fault-tolerant operation of the two cooling subsystems.)

冷却系统及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域,特别是涉及一种冷却系统及风力发电机组。

背景技术

近年来,风力发电机组逐渐向高功率密度的方向发展,机组本身的损耗随之增加,同时需要进行散热的零部件数量也随之增加。发电机、轴系、变桨机构、机舱柜、机舱、变流柜、变压器等发热部件都需要进行必须的散热冷却处理才能实现各发热部件的正常运行,尤其对于海上风力发电机组,采用将各发热部件均布置于机舱的E-TOP结构,导致机组整体的冷却系统在机舱内的构成和布局越来越复杂。因此,需要在机舱的有限空间内设计更加紧凑的冷却系统结构布局,而集成冷却系统设计成为了重要的研究方向。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种冷却系统及风力发电机组,该冷却系统可以实现两个冷却子系统的容错运行,降低系统的故障发生率。

一方面,本发明提出了一种冷却系统,该冷却系统包括相互热耦合设置的两个冷却子系统,每个冷却子系统包括:用于冷却第一发热部件的第一冷却回路、用于冷却第二发热部件的第二冷却回路、用于冷却第三发热部件的第三冷却回路、用于冷却第四发热部件的第四冷却回路、泵站单元和散热单元;第一冷却回路和第四冷却回路并联连接为第一支路,第二冷却回路和第三冷却回路并联连接为第二支路,第一支路和第二支路并联连接,并且与泵站单元和散热单元连接。

根据本发明的一个方面,相互热耦合设置的两个冷却子系统中,每个冷却子系统单独运行时提供的冷量占整个所述冷却系统运行时提供的总冷量的75%以上。

根据本发明的一个方面,第一发热部件与第二发热部件的发热量最小,第四发热部件的发热量最大,第三发热部件的发热量介于第一发热部件与第四发热部件的发热量之间。

根据本发明的一个方面,泵站单元包括泵组、总供水管和总回水管,冷却介质通过总供水管由泵组分别进入第一总供水管和第二总供水管,冷却介质通过第一总供水管进入第一支路中,冷却介质通过第二总供水管进入第二支路中,流经散热单元后通过总回水管回流入泵组。

根据本发明的一个方面,泵组包括一个泵体或者并联设置的至少两个泵体;泵组的入口设置有过滤器和稳压装置,泵组的出口设置有安全装置。

根据本发明的一个方面,泵组的出口还设置有总流量传感器和总温度传感器;泵组的入口和出口还分别设置有总压力监测装置。

根据本发明的一个方面,第一冷却回路包括第一流体管路,第一流体管路的第一供水管与第一总供水管连通;第四流体管路包括第四流体管路,第四流体管路的第四供水管与第一总供水管连接,第四流体管路的第四回水管与第一流体管路的第一回水管连通;第四流体管路的第四回水管和第三流体管路的第三回水管分别进入散热单元后与总回水管连通。

根据本发明的一个方面,第二冷却回路包括第二流体管路,第二流体管路的第二供水管与第二总供水管连通;第三冷却回路包括第三流体管路,第三流体管路的第三供水管与第二总供水管连通,第三流体管路的第三回水管与第二流体管路的第二回水管连通。

根据本发明的一个方面,第一流体管路包括与至少两个第一发热部件一一对应的至少两个第一流体支路,每个第一流体支路上设置有第一支路散热器和位于第一流体支路的下游的第一支路调节阀、第一支路温度传感器和第一支路流量传感器;监测各第一支路温度传感器和各第一支路流量传感器的测量值,根据各第一发热部件的目标温度值,通过控制各第一支路调节阀的开度调节各第一流体支路的流量。

根据本发明的一个方面,各第一支路散热器的入口和出口分别设置有第一压力监测装置。

根据本发明的一个方面,第二流体管路上设置有第二散热器,第二回水管设置有第二调节阀、第二温度传感器和第二流量传感器;监测第二温度传感器和第二流量传感器的测量值,根据第二发热部件的目标温度值,通过控制第二调节阀的开度调节第二流体管路的流量。

根据本发明的一个方面,第二供水管和第二回水管分别设置有第二压力监测装置。

根据本发明的一个方面,第三流体管路包括与至少两个第三发热部件一一对应的至少两个第三流体支路,至少两个第三流体支路集成于阀块单元,每个第三流体支路设置有第三支路散热器和位于第三流体支路下游的第三支路调节阀、第三支路温度传感器和第三支路流量传感器;监测各第三支路温度传感器和第三支路流量传感器的测量值,根据第三发热部件的目标温度值,通过控制各第三支路调节阀的开度调节各第三流体支路的流量。

根据本发明的一个方面,至少一个第三流体支路上还设置有集成于阀块单元的加热器和额外温度传感器,额外温度传感器用于测量第三流体支路的入口温度,如果入口温度低于预设温度,则启动加热器。

根据本发明的一个方面,阀块单元和/或各第三流体支路的下游分别设置有第三压力监测装置。

根据本发明的一个方面,第四流体管路包括并联设置的多个第四流体支路,每个第四流体支路设置有第四散热器,多个第四散热器沿第四冷却发热部件的冷却侧的周向均匀分布;至少两个冷却子系统的第四供水管及第四回水管在冷却侧内相对于每个第四散热器并排布置;或者,至少两个冷却子系统的第四供水管及第四回水管沿冷却侧的周向相对于多个第四散热器交错布置。

根据本发明的一个方面,第四供水管及第四回水管分别设置有第四压力监测装置。

根据本发明的一个方面,每个第四流体支路对应于第四散热器的入口和出口分别设置有双向切断阀。

根据本发明的一个方面,第四冷却回路上设置有第四温度传感器和第四流量传感器;根据第四温度传感器与总温度传感器的温度差值及第四流量传感器的流量,获得第四冷却回路的实际散热耗损量。

根据本发明的一个方面,散热单元包括多个散热支路,每个散热支路设置有第五散热器,散热单元的第五回水管上设置有第五温度传感器;根据第五温度传感器与总温度传感器的温度差值及总流量传感器的流量,获得整个冷却系统的实际散热耗损量。

根据本发明的一个方面,散热单元的第五供水管和第五回水管上分别设置有第五压力监测装置。

另一方面,本发明还提供了一种风力发电机组,包括:第一发热部件,包括轴承和变桨机构中的至少一者;第二发热部件,包括机舱和机舱柜中的至少一者;第三发热部件,包括变流器和变压器中的至少一者;第四发热部件,包括发电机;以及如前所述的任一种冷却系统。

本发明提供的一种冷却系统及风力发电机组,将整机冷却集成到相互热耦合的两个冷却子系统中,实现了容错运行功能,即使其中一个冷却子系统完全故障,另一个冷却子系统仍能够满足机组75%以上容量的冷却需求。每个冷却子系统将与各发热部件分别对应的第一冷却回路、第二冷却回路、第三冷却回路和第四冷却回路集成至一个系统中,并将泵站单元作为每个冷却子系统的核心动力单元,为每个冷却子系统提供动力。各个发热部件的损耗量与冷却回路进行热交换后,进行直接回路设置及进入散热单元的循环设置,在不会对整个系统冷却介质的温升造成较大影响的情况下简化管路的布局,减少散热部件的数量,提高系统冷量的利用率。在满足散热要求的同时实现多系统容错运行,降低系统的故障发生率。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

图1是本发明实施例提供的一种风力发电机组的冷却系统的简化结构示意图;

图2是图1所示的冷却系统中的一种泵站单元的结构示意图;

图3是图1所示的冷却系统中的另一种泵站单元的结构示意图;

图4是图1所示的冷却系统中的第一冷却回路的结构示意图;

图5是图1所示的冷却系统中的第二冷却回路的结构示意图;

图6是图1所示的冷却系统中的第三冷却回路的结构示意图;

图7是图1所示的冷却系统中的第四冷却回路的结构示意图;

图8是图7所示的冷却系统中的一种冷却侧的结构示意图;

图9是图7所示的冷却系统中的另一种冷却侧的结构示意图;

图10是图1所示的冷却系统中的散热单元的结构示意图。

附图标记说明:

第一发热部件100;第二发热部件200;第三发热部件300;第四发热部件400;冷却子系统S;

第一冷却回路1;第一流体支路11a;第一供水管11;第一回水管12;第一支路散热器111;第一回水管12;第一支路调节阀VV1;第一支路温度传感器TT1;第一支路流量传感器FF1;第一阀门V1;第一排液阀LV1;第一压力监测装置P1;第一排气阀AV1;

第二冷却回路2;第二供水管21;第二回水管22;第二散热器23;第二流量传感器FF2;第二温度传感器TT2;第二调节阀VV2;第二阀门V2;第二排液阀LV2;第二排气阀AV2;第二压力监测装置P2;

第三冷却回路3;第三供水管31;第三回水管32;阀块单元33;加热器H;第三流体支路331;第三支路散热器332;第三支路调节阀VV3;第三支路流量传感器FF3;第三支路温度传感器TT3;额外温度传感器TTE;第三阀门V3;第三排液阀LV3;第三排气阀AV3;第三压力监测装置P3;

第四冷却回路4;第四供水管41;第四回水管42;冷却侧43;第四流体支路431;第四散热器432;第四调节阀VV4;第四温度传感器TT4;第四流量传感器FF4;第四阀门V4;第四排液阀LV4;第四排气阀AV4;第四压力监测装置P4;双向切断阀DV;

泵站单元5;泵组53;总供水管51;第一总供水管511;第二总供水管512;总回水管52;泵体Pu;泵体调节阀PV;止回阀SV;稳压装置SP;泵体排气阀AV;过滤器Fi;安全装置SF;总流量传感器FF;总温度传感器TT;总压力监测装置P;总阀门V;排液阀LV;

散热单元6;散热支路6a;第五散热器63;第五供水管61;第五温度传感器TT5;第五回水管62;第五排液阀LV5;第五排气阀AV5。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中,提出了许多具体细节,以便提供对本发明的全面理解。但是,对于本领域技术人员来说很明显的是,本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中,至少部分的公知结构和技术没有被示出,以便避免对本发明造成不必要的模糊;并且,为了清晰,可能夸大了部分结构的尺寸。此外,下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向,并不是对本发明的具体结构进行限定。在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸式连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

随着风力发电机组的快速发展,机组的单机容量不断增加,一方面机组本身的损耗随之增加,另一方面,需要进行散热的零部件数量也随之增加。尤其随着海上大容量机组的发展,采取E-TOP布局结构(发电机、轴系、变桨机构、机舱柜、变流柜、变压器等发热部件均布置于机舱内)相对于海上的环境因素,具有明显改善综合性能的优势;但当这些发热部件均布置于机舱内时,它们本身都需要独立进行散热冷却处理,所有的冷却子系统均布置在机舱内,导致机舱内零部件数量越来越多,布局越来越复杂。鉴于各发热部件的控制策略、工艺及布局位置等的不同,各冷却子系统的容错控制逻辑复杂化,导致整个系统的故障发生率提高,因此,亟需对风力发电机组的各发热部件的冷却子系统进行整体布局、结构优化,并且设置容错运行的双冷却系统,以提高海上大容量机组的免维护性。

本发明旨在构建一种风力发电机组的一体化双系统集中容错冷却系统,尤其适用于海上大功率永磁直驱风力发电机组。对于并非采用E-TOP布局的机组,即各主要发热部件并非都位于机舱内的机组,若不考虑管路的长度成本以及布局复杂性,也可以采用本申请的集中冷却系统,即可以根据各发热部件的实际位置采用同样的布局思路对各自的冷却子系统进行布局,从整体上对各发热部件的冷却子系统进行优化布局。为了更好地理解本发明,下面结合图1至图10对本发明实施例的冷却系统及风力发电机组进行详细描述。

参阅图1,本发明实施例提供了一种风力发电机组,包括:第一发热部件100、第二发热部件200、第三发热部件300、第四发热部件400和冷却系统。冷却系统用于冷却各

第一发热部件100为发热量较小的部件的组合,其散热损耗也较小。可选地,第一发热部件100包括轴承和变桨机构中的至少一者。由于轴承和变桨机构的布置位置相近性,可以采用集成的方式将各发热部件的散热子系统整合于一个冷却回路或几个并联冷却支路内,达到各个发热部件的散热需求。

第二发热部件200为发热量较小的部件的组合,其散热损耗也较小。可选地,第二发热部件200包括机舱和机舱柜中的至少一者,机舱、机舱柜,与轴承、变桨机构的冷却原理类似,根据散热部件布置位置的不同,冷却却回路的设置形式有所不同。

第三发热部件300为发热量较大的部件的组合。可选地,第三发热部件300包括变流器和变压器中的至少一者。变流器和变压器的散热损耗均较大,可以采用集成的方式将各第三发热部件300的散热整合于一个冷却回路或多个并联冷却支路内,满足各第三发热部件300的散热需求。

第四发热部件400为发热量最大的部件的组合。可选地,第四发热部件400包括发电机。第四发热部件400的散热损耗最大,冷量需求最大,且第三发热部件300的散热损耗的增减与以发电机为例的第四发热部件400的散热损耗呈正比例关系,即二者相向运行。

需要说明的是,如前所述的变压器、变流器、轴承、变桨机构、发电机、机舱等各发热部件的冷却组合及冷却回路的设置形式,可以根据各发热部件实际发热量大小、实际机舱的布局进行组合布置。上述将变压器、变流器整合于一个冷却回路或多个冷却支路内,以及将轴承和变桨整合于一个冷却回路或多个冷却支路内,仅为其中示例的一种组合形式,在实际运行和设计中,为达到管路布局美观性、容量最佳等目的和要求,可以根据不同的机舱布局,灵活地进行相应的组合或者类似的设置。

为了便于描述,本发明实施例以用于冷却第一发热部件100的第一冷却回路1(即轴承和变桨冷却系统)、用于冷却第二发热部件200(即机舱冷却系统)的第二冷却回路2、用于冷却第三发热部件300的第三冷却回路3(即变流器和变压器冷却系统)、用于冷却第四发热部件400的第四冷却回路4(即发电机冷却系统)为例进行说明。

本发明实施例提供的一种冷却系统包括:相互热耦合设置的两个冷却子系统S,每个冷却子系统S包括:用于冷却第一发热部件100的第一冷却回路1、用于冷却第二发热部件200的第二冷却回路2、用于冷却第三发热部件300的第三冷却回路3、用于冷却第四发热部件400的第四冷却回路4、泵站单元5和散热单元6。其中,第一发热部件100与第二发热部件200的发热量最小,第四发热部件400的发热量最大,第三发热部件300的发热量分别介于第一发热部件100与第四发热部件400的发热量之间。

其中,第一冷却回路1和第四冷却回路4并联连接为第一支路,第二冷却回路2和第三冷却回路3并联连接为第二支路,第一支路和第二支路并联连接,并且与泵站单元5和散热单元6连接。

进一步地,相互热耦合设置的两个冷却子系统S中,每个冷却子系统S单独运行时提供的冷量占整个冷却系统运行时提供的冷量的75%以上。具体来说,该冷却系统采用两个冷却子系统S实现整个风力发电机组的散热,由于单个冷却子系统S运行,散热器进出口的冷却介质温差最大,可以最大程度发挥散热效率,故单个冷却子系统S的运行效率超过两个冷却子系统S的运行效率的50%。即使在一个冷却子系统S出现故障后,另一个冷却子系统S也能够完全实现机组75%以上的散热量。

本发明实施例提供的一种冷却系统,将整机冷却集成到相互热耦合的两个冷却子系统S中,实现了容错运行功能,即使其中一个冷却子系统S出现故障,另一个冷却子系统S仍能够满足机组75%以上容量的冷却需求。每个冷却子系统S将与各发热部件分别对应的第一冷却回路1、第二冷却回路2、第三冷却回路3和第四冷却回路4集成至一个泵站单元5中,并将泵站单元5作为每个冷却子系统S的核心动力单元,为每个冷却子系统S提供动力。各个发热部件的损耗量与冷却回路进行热交换后,进行直接回路设置及进入散热单元6的循环设置,在不会对整个系统冷却介质的温升造成较大影响的情况下简化管路的布局,减少散热部件的数量,提高系统冷量的利用率。在满足散热要求的同时实现多系统容错运行,降低系统的故障发生率。

再次参阅图1,泵站单元5作为每个冷却子系统S的核心动力单元,为整个冷却子系统S提供动力。泵站单元5包括泵组53、总供水管51和总回水管52,总供水管51包括第一总供水管511和第二总供水管512。泵组53用于为第一冷却回路1、第二冷却回路2、第三冷却回路3及第四冷却回路4提供冷却介质。冷却介质可以为例如水、油等液态介质。

如前所述,第一冷却回路1和第四冷却回路4并联连接形成第一支路,第二冷却回路2和第三冷却回路3并联连接形成第二支路。冷却介质通过总供水管51由泵组53分别进入第一总供水管511和第二总供水管512,冷却介质通过第一总供水管511进入第一支路中,冷却介质通过第二总供水管512进入第二支路中,流经散热单元5后通过总回水管52回流入泵组53。

由此,每个冷却子系统S的泵站单元5将总供水管51分为第一总供水管511和第二总供水管512两个分支路,用以确保系统供水稳压性。通过泵组53和第一总供水管511分别向第一冷却回路1和第二冷却回路2提供冷却介质,通过第二总供水管512分别向第二冷却回路2和第三冷却回路3提供冷却介质,升温后的冷却介质流经散热单元6后温度降低,通过总回水管52回流至泵站单元5,完成一次闭路循环。各路冷却回路根据所需冷量的多少,通过两次并联的方式,使冷却介质由泵站单元5流入各冷却子系统,可以减少并行管路的重复布置,并且提高冷却介质流入各冷却子系统的效率,减小系统容量。

图2示出了本发明实施例提供的冷却系统中的一种泵站单元的具体结构。泵站单元5包括泵组53、各功能阀、各传感器、稳压装置、安全装置以及过滤器,来实现整个冷却系统的正常、稳定、可维护地运行。

每个冷却子系统S的泵站单元5中,泵组53包括一个泵体Pu,对于整个机组的冷却为多系统单泵组容错形式。为实现系统能效最优,泵组53可以采用高低速控制、变频控制或二者容错控制,提高系统的容错性及有效的节能策略。

泵体Pu设置有排气阀AV,在系统运行中排出气体,从而保护泵组53的安全运行。泵体Pu的出口分别设置有止回阀SV,用于保护泵体Pu;泵体Pu的入口设置有泵体调节阀PV,在泵体Pu出现泄漏问题时,泵体调节阀PV快速关闭;通过止回阀SV和泵体调节阀PV切断对应的泵体Pu。如采用泵体Pu为非机封形式,可省略泵体调节阀PV的设置。

可选地,泵组53的入口设置有过滤器Fi,用于保证系统的洁净度。另外,过滤器Fi具有排液功能,可作为泵组53的局部排液点。

可选地,总回水管55上设置有稳压装置SP,用于系统随温度变化造成系统压力波动产生报警及对系统造成危害,可采用高位水箱或膨胀罐形式。可选地,泵组53的出口设置有安全装置SF,在系统超过特定压力情况下泄压以实现保护。当稳压装置SP采用高位水箱时,该安全装置SF可以去除。

可选地,泵组53的入口和出口还分别设置有总压力监测装置P;可选地,总压力检测装置P包括总压力变送器和总压力显示装置,总压力变送器用于本地及远程对系统运行状况的监控,总压力显示装置用于本地注液及运维观察。

可选地,第一总供水管511、第二总供水管512和总回水管52上分别设置有总阀门V。通过总阀门V的启闭,实现泵站单元5的切出,便于泵站单元5上的零部件及传感器的更换及维护。

可选地,第一总供水管511和第二总供水管512上分别设置有排液阀LV,可以实现各个冷却回路上的设备及管路的排液。

可选地,泵组53的入口设置有总流量传感器FF,泵组53的出口设置有总温度传感器TT。总温度传感器TT作为各个冷却回路的入口温度取值,结合各个冷却回路及散热单元6上设置的温度传感器及各个冷却支路上设置流量传感器,便于计算各个冷却回路在逻辑控制过程中实际的散热损耗量,从而结合环境温度、机组负荷、系统流量等参数,统计各个冷却回路及系统整个内在逻辑关系,有利于系统控制逻辑的优化及零部件选型的优化。

图3示出了本发明实施例提供的冷却系统中的另一种泵站单元的结构示意图。该泵站单元5与图2所示的泵站单元5类似,不同之处在于,泵组53包括并联设置的至少两个泵体Pu,对于整个机组的冷却为多系统多泵组容错形式,即在实现多系统容错的情况下还可以实现多泵组等关键部件的容错。

每个冷却子系统S配置并联运行的至少两个泵体Pu,也可采用部分运行、部分备用的形式,根据空间布置尺寸、系统容量情况、可靠性与性价比等因素综合考虑后实现节能及容错运行,即在一个泵体Pu出现故障后,其余泵体Pu仍然能够满足系统的全部或75%以上的性能。同时,为进一步实现系统能效最优,泵组53可以采用定频运行、高低速运行、变频运行或者至少两个泵体Pu容错运行等控制方式,满足整个风力发电机组的冷负荷运行需求,提高系统的容错性及有效的节能策略。

再次参阅图1,第一冷却回路1包括第一流体管路,第一流体管路的第一供水管11与第一总供水管511连通。

第四冷却回路4包括第四流体管路,第四流体管路的第四供水管41与第一总供水管511连通,第四流体管路的第四回水管42与第一冷却回路1的第一回水管12连通。第四冷却回路4的第四回水管42进入散热单元6后与总回水管52连接。

第二冷却回路2包括第二流体管路,第二流体管路的第二供水管21与第二总供水管512连通。

第三冷却回路3包括第三流体管路,第三流体管路的第三供水管31与第二总供水管512连通,第三流体管路的第三回水管32与第二流体管路的第二回水管22连通。第三冷却回路3的第三回水管32进入散热单元6后与总回水管52连通。

下面结合附图4~9进一步详细说明各个冷却回路的具体结构。

图4示出了第一冷却回路1的具体结构。第一冷却回路1为轴承和变桨机构冷却系统,包括第一流体管路、用于冷却至少两个第一发热部件100的至少两个并联的第一支路散热器111,还包括多种功能阀和多种传感器,来实现第一冷却回路1的正常、稳定、可维护地运行。

冷却介质通过泵站单元5的第一总供水管511流入第一供水管11,并输送至至少两个并联的第一支路换热器111,各支路换热器与各第一发热部件100热交换后,汇流至第一回水管12,然后与第四冷却回路4的第四回水管42汇流。

具体来说,第一冷却回路1的第一流体管路包括与至少两个第一发热部件100一一对应的至少两个第一流体支路11a,每个第一流体支路11a上设置有第一支路散热器111和位于第一流体支路11a的下游设置有第一支路调节阀VV1、第一支路温度传感器TT1和第一支路流量传感器FF1。

监测各第一支路温度传感器TT1和各第一支路流量传感器FF1的测量值,根据各第一发热部件100的目标温度值,通过控制各第一支路调节阀VV1的开度调节各第一流体支路11a的流量。

可选地,第一供水管11、第一回水管12、各第一支路散热器111的入口和出口中的至少一者设置有第一阀门V1。

可选地,各第一流体支路11a、各第一支路散热器111中的至少一者设置有第一排液阀LV1。可选地,各第一支路散热器111还分别设置有第一排气阀AV1。可选地,各第一支路散热器111的入口和出口分别设置有第一压力监测装置P1。可选地,第一压力监测装置P1包括压力变送器和压力显示装置。

本实施例以第一发热部件100为轴承或者变桨机构为例,第一冷却回路1通过泵站单元5上的第一总供水管511沿第一供水管11分别进入用于冷却轴承的第一流体支路11a,如图4中位于上方的冷却支路,以及用于冷却变桨机构的第一流体支路11a,如图4中位于下方的冷却支路。由于冷却变桨机构的第一流体支路11a与冷却轴承的第一流体支路11a原理相近,下面以冷却轴承的第一流体支路11a为例,对冷却变桨机构的第一流体支路11a进行适当说明。

冷却轴承的第一流体支路11a上设置的第一支路散热器111可以为空-水散热器,直接液体冷却,第一支路散热器111上设置第一排气阀AV1及第一排液阀LV1,便于第一流体支路11a及第一支路散热器111的注液排气及排液。第一支路散热器111前后分别设置第一压力监测装置P1,从而可以通过本地和远程对冷却轴承的第一流体支路11a实现压力有效监控。第一流体支路11a设置第一排液阀LV1,便于第一流体支路11a上的排液操作。

第一流体支路11a上设置有第一支路温度传感器TT1和第一支路流量传感器FF1,同时结合泵站单元5上的总温度传感器TT,可得出各个第一流体支路11a的实际散热量,通过数据统计与分析,可有效得出环境边界、机组负荷、电动阀开度等因素之间的逻辑关系,从而可有效提高各个散热部件及泵组的优化及机组的逻辑控制。

同时,以轴承的温度限制为控制目标,冷却轴承的第一流体支路11a上设置第一支路调节阀VV1,根据轴承的目标温度值控制第一支路散热器111上风扇的变频调制或者第一支路调节阀VV1的开度,从而在保证满足散热要求的情况下,实现系统的节能。同样地,用于冷却变桨机构的第一支路散热器111可以为油-水冷散热器或其他形式散热器,第一支路散热器111上设置的零部件及传感器与冷却轴承的第一支路散热器111类似,不再赘述。在第一供水管11和第一回水管12上分别设置的第一阀门V1,通过第一阀门V1的启闭,可实现对整个第一冷却回路1上的零部件及传感器的更换及维护。用于冷却轴承和用于冷却变桨机构的各第一流体支路11a的回水支路汇集后进入第一回水管12,最终进入第四冷却回路4。

图5示出了第二冷却回路2的具体结构。第二冷却回路2为机舱冷却系统,包括第二流体管路、用于冷却第二发热部件200的第二散热器23,还包括多种功能阀和多种传感器,来实现第二冷却回路2的正常、稳定、可维护地运行。

冷却介质通过泵站单元5的第二总供水管512流入第二供水管21,并输送至第二换热器23,第二换热器23与第二发热部件200热交换后,汇流至第二回水管22,然后与第三冷却回路3的第三回水管32汇流。

具体来说,第二冷却回路2的第二流体管路设置有第二散热器23,第二回水管22设置有第二调节阀VV2、第二温度传感器TT2和第二流量传感器FF2。监测第二温度传感器TT2和第二流量传感器FF2的测量值,根据第二发热部件200的目标温度值,通过控制第二调节阀VV2的开度调节第二流体管路的流量。

可选地,第二供水管21和第二回水管22分别设置有第二阀门V2。可选地,第二回水管22和/或第二散热器23分别设置有第二排液阀LV2。可选地,第二散热器23还设置有第二排气阀AV2。可选地,第二供水管21和第二回水管22分别设置有第二压力监测装置P2。可选地,第二压力监测装置P2包括压力变送器和压力显示装置。

本实施例以第二发热部件200为机舱为例,第二冷却回路2通过泵站单元5上的第二总供水管512沿第二供水管21进入第二散热器23中,其原理与图4中冷却轴承的第一流体支路11a类似。第二散热器23可以为空-水散热器,也可其他形式散热器,根据实际需要进行配置。第二散热器23上设置第二排气阀AV2及第二排液阀LV2,便于第二流体管路的注液排气及排液。

第二回水管22设置有第二温度传感器TT2和第二流量传感器FF2,结合泵站单元5中的总温度传感器TT,通过数据统计及分析可得知第二流体管路的散热量随环境边界、机组负荷、系统流量等之间逻辑关系。类似地,第二散热器23前后分别设置第二压力监测装置P2,从而可以通过本地和远程对第二流体管路的压力实现有效监控,从而可以得知第二流体管路造成的系统阻力。第二回水管22设置第二排气阀AV2,通过关闭第二供水管21和第二回水管22上的第二阀门V2,实现对第二流体管路上的设备、传感器等更换及维护。

图6示出了第三冷却回路3的具体结构。第三冷却回路3为变流器和变压器冷却系统,包括第三流体管路、阀块单元33、用于冷却各第三发热部件300的各第三支路散热器332,还包括集成于阀块单元33的多种功能阀和多种传感器,来实现第三冷却回路3的正常、稳定、可维护地运行。

冷却介质通过泵站单元5的第二总供水管512流入第三供水管31,并通过阀块单元33输送至各第三支路散热器332,各第三支路散热器332与相应的第三发热部件300热交换后,汇流至第三回水管32,第二冷却回路2的第二回水管22也汇流至第三回水管32。

具体来说,第三冷却回路3的第三流体管路包括与至少两个第三发热部件300一一对应的至少两个第三流体支路331,至少两个第三流体支路331集成于阀块单元33,每个第三流体支路331设置有第三支路散热器332和位于第三流体支路331下游的第三支路调节阀VV3、第三支路温度传感器TT3和第三支路流量传感器FF3。监测各第三支路温度传感器TT3和第三支路流量传感器FF3的测量值,根据第三发热部件300的目标温度值,通过控制各第三支路调节阀VV3的开度调节各第三流体支路331的流量。

可选地,第三供水管31和第三回水管32、阀块单元33的出口和各第三流体支路331的下游中的至少一者设置有第三阀门V3。

可选地,至少一个第三流体支路331、阀块单元33及各第三支路散热器332中的至少一者设置有第三排液阀LV3。可选地,阀块单元33、各第三支路散热器332中的至少一者还设置有第三排气阀AV3。

可选地,阀块单元33和/或各第三流体支路331的下游分别设置有第三压力监测装置P3。可选地,第三压力监测装置P3包括压力变送器和压力显示装置。

第三冷却回路3通过阀块单元33的设置,实现传感器的集成及至少两个第三流体支路331的分支,从而实现集中设计及模块化设计。本实施例以第三发热部件300为变流器或者变压器的集成为例,根据实际的空间布局,出于系统容量及管路布置的长短,可进行不同第三流体支路331的集成设计。

在泵站单元5的作用下,冷却介质通过第二总供水管512进入阀块单元33,在阀块单元33内的第三供水管31分为两个第三流体支路331,分别用于冷却变压器及变流器。阀块单元33的出口和各第三流体支路331的下游中分别设置有第三阀门V3,通过第三阀门V3,可有效实现各第三流体支路331与阀块单元33的切断。在阀块单元33内的主通道上设置第三压力监测装置P3,作为各第三流体支路331的入口压力的远程及本地监控。同时阀块单元33还设置有第三排气阀AV3,用于本地自动排气。在阀块单元33上设置预留测压接头(图中未示出),便于压力校对。通过第三流体支路331的供水支路后的冷却介质进入到三支路散热器332中,第三流体支路331上的零部件及传感器设置与图4中的第一流体支路11a类似,其零部件设置功能也类似,不再赘述。

可选地,至少一个第三流体支路331上设置有集成于阀块单元33的加热器H和额外温度传感器TTE,额外温度传感器TTE用于测量该第三流体支路331的入口温度,如果入口温度低于预设温度时,则启动加热器H。

本实施例中,第三支路调节阀VV3用于远程监控进入到用于冷却变流器的第三流体支路331的冷却介质温度,从而保证最低温度要求。同时基于节能角度考虑,通过开启第三支路调节阀VV3,减少加热器H的耗电功率。

同时,在各第三流体支路331的下游分别设置有第三压力监测装置P3,可远程和本地对各第三流体支路331的阻力情况进行实施监控。通过结合该第三支路温度传感器TT3、额外温度传感器TTE和第三支路流量传感器FF3的测量值,可实时监控用于冷却变流器的第三流体支路331的散热量。

另外,各第三支路散热器332上还分别设置有第三排气阀AV3和第三排液阀LV3,便于局部注液排气及排液。

阀块单元33的出口和各第三流体支路331的下游中分别设置有第三阀门V3,根据不同的切断方式,可以有效实现各第三流体支路331上的零部件及传感器的更换及维护。同样地,结合各第三支路温度传感器TT3和第三支路流量传感器FF3,以及泵站单元5上的总温度传感器TT,可动态地统计各第三流体支路331的换热量、加热量,及换热量与环境边界、机组容量、系统流量之间的有机联系及逻辑关系。最终第三冷却回路3的各第三流体支路331的回水支路及第二冷却回路2的第二回水管22共同汇集到第三回水管32中。

通过局部阀块单元的集成设计,可以有效减少运维点,简化管路布置,实现阀门及传感器的集中布置,也实现局部管路分流的模块化设置。

图7示出了第四冷却回路4的具体结构。第四冷却回路4为发电机冷却系统,包括第四流体管路和位于第四发热部件400周侧的冷却侧43,冷却侧43上设置有多个并联的第四散热器432,还包括多种功能阀和多种传感器,来实现第四冷却回路4的正常、稳定、可维护地运行。

冷却介质通过泵站单元5的第一总供水管511流入第四供水管41,并输送至各第四散热器432,各第四散热器432与第四发热部件300热交换后,汇流至第四回水管42,第一冷却回路1的第一回水管12也汇流至第四回水管42。

具体来说,第四冷却回路4的第四流体管路上设置有位于第四发热部件400周侧的冷却侧43,冷却侧43包括并联设置的多个第四流体支路431,每个第四流体支路431上设置有第四散热器432,多个第四散热器432沿冷却侧的周向均匀分布。

可选地,第四回水管42上设置有第四阀门V4。可选地,第四供水管41、第四回水管42中的至少一者设置有第四排液阀LV4。可选地,第四供水管41、第四回水管42及各第四散热器432中的至少一者还设置有第四排气阀AV4。

本实施例以第四发热部件400为发电机为例,第四冷却回路4的工作原理与图4类似,通过泵站单元5上的第一总供水管511沿第四供水管41进入第四发热部件400的冷却侧43中,可选地,第四供水管41及第四回水管42上分别设置有第四压力监测装置P4。可选地,第四压力监测装置P4包括压力变送器和压力显示装置。可选地,第四回水管42上设置有第四温度传感器TT4和第四流量传感器FF4,根据第四温度传感器TT4与总温度传感器TT的温度差值及第四流量传感器FF4的流量,获得第四冷却回路4的实际散热耗损量。

图8示出了第四冷却回路的一种冷却侧的结构示意图。至少两个冷却子系统S的第四供水管41及第四回水管42在冷却侧43内相对于每个第四散热器432并排布置。

本实施例中,以冷却侧43包括两个冷却子系统的第四冷却回路4为例,冷却介质分别通过两个第四供水管41进入冷却侧43,第四供水管41及第四回水管42在冷却侧43内相对于每个第四散热器432采用完全对称的方式接入,有效减少管路的布局,能够起到系统容错的功能。每个第四流体支路431上设置有第四换热器432,分别通过第四供水管41及第四回水管42实现第四散热器432的热交换。各个第四散热器432上设置第四排气阀AV4,可以避免第四散热器432发生集气现象,同时分别在第四供水管41及第四回水管路42上分别设置第四排气阀AV4和第四排液阀LV4,便于系统维护及注液过程中有效排气。

可选地,每个第四流体支路431对应于第四散热器432的入口和出口分别设置有双向切断阀DV。通过截断第四散热器432,可实现在不排液的情况下,直接对冷却发电机的第四散热器432进行更换和维护,同时更换前,机组可进行降容量运行。

图9示出了第四冷却回路的另一种冷却侧的结构示意图。该冷却侧43与图8所示的冷却侧43的结构类似,不同之处在于,至少两个冷却子系统S的第四供水管41及第四回水管42沿冷却侧43的周向相对于多个第四散热器432交错布置。

第四供水管41及第四回水管42沿冷却侧43的圆周方向布置,该布置形式在一个冷却子系统S的第四冷却管路4出现故障后,其对第四发热部件400即发电机的散热将更加均匀,因而允许在容错情况下机组以更高容量运行。

请一并参阅图1和图10,散热单元6包括多个散热支路6a,每个散热支路6a设置有第五散热器63,散热单元6的第五回水管62上设置有第五温度传感器TT5。根据第五温度传感器TT5与总温度传感器TT的温度差值及总流量传感器FF的流量,获得整个冷却系统的实际散热耗损量。

可选地,散热单元6的第五供水管61、第五回水管62及各第五散热器63中的至少一者设置有第五排液阀LV5。可选地,各第五散热器63上还分别设置有第五排气阀AV5。可选地,第五压力监测装置P5包括压力变送器和压力显示装置。

如前所述的第一冷却回路1、第二冷却回路2、第三冷却回路3和第四冷却回路4升温后的冷却介质进入第五回水管62,第五散热器63的数量根据系统损耗量进行设置。第五供水管61和第五回水管62采用同程布置,确保各个第五散热器63内流量的均匀性。可选地,第五供水管61和第五回水管62上分别设置有第五压力监测装置P5,用于检测散热单元6造成的阻力。第五回水管62上设置有第五温度传感器TT5,结合泵站单元5上的总温度传感器TT及总流量传感器FF,可以得知整个系统的实际散热量及损耗量。

散热单元6的第五供水管61、第五回水管62及各第五散热器63上分别设置第五排液阀LV5,结合泵站单元5上的总阀门V及第一冷却回路1的第一回水管12上的第一阀门V1、第四冷却回路4的第四回水管42上的第四阀门V4、第三冷却回路3的第三回水管32上的第三阀门V3可以实现散热单元6的切出,通过第五供水管61和第五回水管62上的第五排液阀LV5进行散热单元6的排液。

另外,本发明实施例提供的一种风力发电机组,采用如前所述的冷却系统,具有如下有益效果:通过在各冷却子系统设置合理的启闭阀门及排液阀门,便于各冷却子系统局部零件的更换及排液,避免零部件更换维护时对整个系统的进行排液,以减小运维工作量;通过各个冷却支路上电动阀的开度与末端散热设备控制温度的联动,根据发热部件的控制目标调节末端设备的温度,尤其在合适温度情况下,通过调整小容量散热部件散热器内冷却液的流量,提高大损耗部件换热器内冷却液容量,实现末端散热器的风扇节能,或者在合适温度边界条件下实现机组的超发;可以有效地统计系统损耗及机组运行过程中的热量传递方向,同时结合环境温度,可以摸索出更加合理的零部件选型,为后续评估风力发电机组的可靠性提供充足的数据统计依据。

此外,根据以上所述的示例性实施例的冷却系统可以被应用到各种需要冷却的电气设备中,例如但不限于风力发电机组。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

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