半直驱风力发电机转子冷却器及其冷却方法
阅读说明：本技术 半直驱风力发电机转子冷却器及其冷却方法 (Semi-direct-drive wind driven generator rotor cooler and cooling method thereof ) 是由 杨照 黎贤钛 洪树立 李立超 王丽婷 林贝贝 黄维 于 2021-07-10 设计创作，主要内容包括：半直驱风力发电机转子冷却器,包括换热仓,换热仓为长方体,且两端对称连接有进风仓和导风仓,进风仓和换热仓之间通过导风仓连接；进风仓设有进风口以及将外部热风从进风口吸入的风机；换热仓一面设有出风口,且内部安装有换热芯体；换热芯体两端分别连接有第一进出水管和第二进出水管,第一进出水管和第二进出水管延伸至换热仓外部,分别连接水管对换热芯体通入冷水并排出热水。本发明采用进风仓将发电机转子产生的热风吸入,通过导风仓输送至换热仓,换热芯体采用水冷方式对热风进行水冷,排出冷风；此外,该冷却器通过两个温度传感器采集温度,再通过温度偏差控制方法和温度变化控制方法实时监控温差情况和整体温度变化情况,加强冷却效果。(The semi-direct-drive wind driven generator rotor cooler comprises a heat exchange bin, wherein the heat exchange bin is a cuboid, an air inlet bin and an air guide bin are symmetrically connected to two ends of the heat exchange bin, and the air inlet bin and the heat exchange bin are connected through the air guide bin; the air inlet bin is provided with an air inlet and a fan for sucking external hot air from the air inlet; one side of the heat exchange bin is provided with an air outlet, and a heat exchange core body is arranged in the heat exchange bin; and two ends of the heat exchange core are respectively connected with a first water inlet and outlet pipe and a second water inlet and outlet pipe, the first water inlet and outlet pipe and the second water inlet and outlet pipe extend to the outside of the heat exchange bin, and the first water inlet and outlet pipe and the second water inlet and outlet pipe are respectively connected with a water pipe to introduce cold water into the heat exchange core and discharge hot water. The invention adopts the air inlet bin to suck hot air generated by a generator rotor, the hot air is conveyed to the heat exchange bin through the air guide bin, and the heat exchange core body is used for carrying out water cooling on the hot air in a water cooling mode and discharging cold air; in addition, the cooler collects temperature through two temperature sensors, and then monitors the temperature difference condition and the whole temperature change condition in real time through a temperature deviation control method and a temperature change control method, so that the cooling effect is enhanced.)
技术领域
本发明涉及风力发电机转子冷却设备和方法领域，更具体的说涉及半直驱风力发电机转子冷却器，以及该冷却器的冷却方法。
背景技术
半直驱风力发电机，运行于海上风场。冷却器作为发电机主要的散热部件，冷却器的换热效率、能耗大小直接影响到发电机的稳定性和效率，特别是对于发电机的稳定运行有着至关重要的作用。当发电机的绕组温度过高时，发电机会发出报警信号，导致停机，造成经济损失。现有的冷却器大多数都采用风冷形式，而冷却器需要和转子安装在密闭的罩壳内，会占用部分体积，并且与外部隔绝的情况下换热效率低；此外，随着环境温度的变化等因素的影响，转子的冷却需求会不断变化，而现有的冷却器的冷却效果无法根据实际需要进行变化，影响换热效率。因此，设计一种结构紧凑、换热效率高并且能够自动调整的半直驱风力发电机冷却器意义重大。
发明内容
针对现有技术的不足之处本发明提供半直驱风力发电机转子冷却器，并且提供了该冷却器的冷却方法，本发明的半直驱风力发电机转子冷却器采用进风仓将发电机转子产生的热风吸入，通过导风仓输送至换热仓，换热芯体采用水冷方式对热风进行水冷，排出冷风；进风仓和导风仓采用两组对称形式排布，结构紧凑，冷却效率高；此外，该冷却器的冷却方法通过出风口两侧的两个温度传感器采集温度，计算温度差和温度平均值，再通过温度偏差控制方法和温度变化控制方法实时监控温差情况和整体温度变化情况，再通过控制方式保证出风温度，加强冷却效果。
本发明的具体技术方案如下，半直驱风力发电机转子冷却器，包括换热仓，所述换热仓为长方体，且两端对称连接有进风仓和导风仓，所述进风仓和所述换热仓之间通过所述导风仓连接；所述进风仓设有进风口以及将外部热风从所述进风口吸入的风机；所述换热仓一面设有出风口，且内部安装有换热芯体；所述换热芯体两端分别连接有第一进出水管和第二进出水管，所述第一进出水管和所述第二进出水管延伸至所述换热仓外部，分别连接水管对所述换热芯体通入冷水并排出热水。
由此，所述进风仓将发电机转子产生的热风吸入，通过所述导风仓输送至所述换热仓，所述换热芯体采用水冷方式对热风进行水冷，排出冷风；所述进风仓和所述导风仓采用两组对称形式排布，结构紧凑，冷却效率高。
作为本发明的优选，所述换热芯体包括“S”形排布的通水管，以及设置在所述通水管弯折空间之间的换热格栅。
由此，所述换热格栅采用导热材料，两侧与所述通水管接触，实现热交换，热风从所述换热格栅内通过时热量被有效带走。
作为本发明的优选，所述换热芯体出风面紧贴所述出风口，进风面位于所述换热仓中间位置，且与所述换热仓内壁之间的间隔距离不小于90mm。
由此，热风从所述换热芯体进风面进入，由于所述进风仓和所述导风仓对称进风，热风会在所述换热芯体进风面处形成对流，进风面与所述换热仓内壁之间保证一定的间隔空间能够减小震动和噪音。
作为本发明的优选，所述导风仓和所述进风仓之间存在转角，且转角角度为55°～70°。
由此，所述导风仓存在一定弯折，一方面可以防止与主机部件干涉，另一方面可以过渡引流，减少风阻和噪音。
作为本发明的优选，所述第一进出水管和所述第二进出水管连接口处套装有弹性EPDM伸缩橡胶圈，所述弹性EPDM伸缩橡胶圈表面以及连接缝隙处涂抹耐候胶封闭。
由此，通过安装所述弹性EPDM伸缩橡胶圈和耐候胶，可以保证密封性，延长使用寿命。
作为本发明的优选，所述出风口接近所述第一进出水管和所述第二进出水管的两端分别安装有第一温度传感器和第二温度传感器。
由此，由于所述换热芯体单向通流水冷，会存在进水口端水冷效果好于出水口端水冷效果的问题，通过安装所述第一温度传感器和所述第二温度传感器，能够实施监控冷却后出风的温差情况和整体冷却效果。
作为本发明的优选，所述第一进出水管和所述第二进出水管的进出流向由换向阀控制；所述第一进出水管和所述第二进出水管分别通过水管连接所述换向阀的输出口，水泵和回流水箱分别通过水管连接所述换向阀的进水口和回流口，所述换向阀为三位四通比例换向阀。
由此，通过所述换向阀能够改变所述第一进出水管和所述第二进出水管的进出水流向，在所述换热芯体两端温差较大时，通过改变水流方向能够起到平衡作用，保证所述出风口两侧的出风温度差保持在一定范围内，提高冷却效果。
半直驱风力发电机转子冷却器的冷却方法，包括用于保证冷却效果的步骤方法：
步骤A、每间隔10s～60s采集一次所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的温度，分别存入变量T1和T2；
步骤B、计算所述第一温度传感器和所述第二温度传感器采集到的温差值ΔT＝|T1-T2|，计算所述第一温度传感器和所述第二温度传感器采集到的温度平均值Tpj＝(T1+T2)/2；
步骤C、将ΔT带入温度偏差控制方法进行计算，将Tpj带入温度变化控制方法进行计算。
由此，通过所述第一温度传感器和所述第二温度传感器采集到的温度，能够计算温度差和温度平均值，再通过温度偏差控制方法和温度变化控制方法能够实时监控温差情况和整体温度变化情况，再通过控制方式保证出风温度，提高冷却效果。
作为本发明的优选，所述温度偏差控制方法包括以下步骤：
步骤A、设置温差阈值Ta，将ΔT和温差阈值Ta进行比较，若ΔT≤Ta，则执行步骤B，若ΔT>Ta，则执行步骤C；
步骤B、保持所述换向阀状态不变；
步骤C、控制所述换向阀换向，反向通水。
由此，所述温差阈值Ta通过人工输入，一般设置在3℃～8℃，当温差值ΔT超过温差阈值Ta时，通过对所述换向阀换向，能够使所述换热芯体内水流方向切换，从而对温差进行平衡，维持所述换热芯体整体整体均衡的对数平均温差，保证散热性能。
作为本发明的优选，所述温度变化控制方法包括以下步骤：
步骤A、设置温度阈值Tb，将Tpj和温度阈值Tb进行比较，若Tpj≤Tb，则执行步骤B，若Tpj>Tb，则执行步骤C；
步骤B、保持所述换向阀比例放大器功率调节至20％～80％；
步骤C、将所述换向阀比例放大器功率调节至100％。
由此，所述温度阈值Tb通过人工输入，当温度平均值Tpj超过温度阈值Tb时，通过将所述换向阀比例放大器功率调节至100％，以达到所述换向阀的最大通流量，从而提高水流速度，加强水冷效果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明的半直驱风力发电机转子冷却器采用进风仓将发电机转子产生的热风吸入，通过导风仓输送至换热仓，换热芯体采用水冷方式对热风进行水冷，排出冷风；进风仓和导风仓采用两组对称形式排布，结构紧凑，冷却效率高；此外，该冷却器的冷却方法通过出风口两侧的两个温度传感器采集温度，计算温度差和温度平均值，再通过温度偏差控制方法和温度变化控制方法实时监控温差情况和整体温度变化情况，再通过控制方式保证出风温度，加强冷却效果。
附图说明
图1为本发明半直驱风力发电机转子冷却器的立体图；
图2为本发明半直驱风力发电机转子冷却器的俯视图；
图3为本发明半直驱风力发电机转子冷却器的主视图；
图4为本发明半直驱风力发电机转子冷却器的左视图；
图5为本发明半直驱风力发电机转子冷却器换热芯体及换向阀、泵等连接的结构示意图；
图中，1-换热仓、11-出风口、12-换热芯体、121-通水管、122-换热格栅、13-第一进出水管、14-第二进出水管、15-弹性EPDM伸缩橡胶圈、2-进风仓、21-进风口、22-风机、3-导风仓、4-第一温度传感器、5-第二温度传感器、6-换向阀。
具体实施方式
下面将结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4，半直驱风力发电机转子冷却器，包括换热仓1，换热仓1为长方体，且两端对称连接有进风仓2和导风仓3，进风仓2和换热仓1之间通过导风仓3连接；进风仓2设有进风口21以及将外部热风从进风口21吸入的风机22；换热仓1一面设有出风口11，且内部安装有换热芯体12；换热芯体12两端分别连接有第一进出水管13和第二进出水管14，第一进出水管13和第二进出水管14延伸至换热仓1外部，分别连接水管对换热芯体12通入冷水并排出热水。
由此，进风仓2将发电机转子产生的热风吸入，通过导风仓3输送至换热仓1，换热芯体12采用水冷方式对热风进行水冷，排出冷风；进风仓2和导风仓3采用两组对称形式排布，结构紧凑，冷却效率高。
如图2、图5，换热芯体12包括“S”形排布的通水管121，以及设置在通水管121弯折空间之间的换热格栅122。
由此，换热格栅122采用导热材料，两侧与通水管121接触，实现热交换，热风从换热格栅122内通过时热量被有效带走。
如图2、图5，换热芯体12出风面紧贴出风口11，进风面位于换热仓1中间位置，且与换热仓1内壁之间的间隔距离不小于90mm。
由此，热风从换热芯体12进风面进入，由于进风仓2和导风仓3对称进风，热风会在换热芯体12进风面处形成对流，进风面与换热仓1内壁之间保证一定的间隔空间能够减小震动和噪音。
如图4，导风仓3和进风仓2之间存在转角，且转角角度为55°～70°。
由此，导风仓3存在一定弯折，一方面可以防止与主机部件干涉，另一方面可以过渡引流，减少风阻和噪音。
如图5，第一进出水管13和第二进出水管14连接口处套装有弹性EPDM伸缩橡胶圈15，弹性EPDM伸缩橡胶圈15表面以及连接缝隙处涂抹耐候胶封闭。
由此，通过安装弹性EPDM伸缩橡胶圈15和耐候胶，可以保证密封性，延长使用寿命。
如图2，出风口11接近第一进出水管13和第二进出水管14的两端分别安装有第一温度传感器4和第二温度传感器5。
由此，由于换热芯体12单向通流水冷，会存在进水口端水冷效果好于出水口端水冷效果的问题，通过安装第一温度传感器4和第二温度传感器5，能够实施监控冷却后出风的温差情况和整体冷却效果。
如图5，第一进出水管13和第二进出水管14的进出流向由换向阀6控制；第一进出水管13和第二进出水管14分别通过水管连接换向阀6的输出口，水泵和回流水箱分别通过水管连接换向阀6的进水口和回流口，换向阀6为三位四通比例换向阀。
由此，通过换向阀6能够改变第一进出水管13和第二进出水管14的进出水流向，在换热芯体12两端温差较大时，通过改变水流方向能够起到平衡作用，保证出风口11两侧的出风温度差保持在一定范围内，提高冷却效果。
半直驱风力发电机转子冷却器的冷却方法，包括用于保证冷却效果的步骤方法：
步骤A、每间隔10s～60s采集一次第一温度传感器4和第二温度传感器5的温度，分别存入变量T1和T2；
步骤B、计算第一温度传感器4和第二温度传感器5采集到的温差值ΔT＝|T1-T2|，计算第一温度传感器4和第二温度传感器5采集到的温度平均值Tpj＝(T1+T2)/2；
步骤C、将ΔT带入温度偏差控制方法进行计算，将Tpj带入温度变化控制方法进行计算。
由此，通过第一温度传感器4和第二温度传感器5采集到的温度，能够计算温度差和温度平均值，再通过温度偏差控制方法和温度变化控制方法能够实时监控温差情况和整体温度变化情况，再通过控制方式保证出风温度，提高冷却效果。
温度偏差控制方法包括以下步骤：
步骤A、设置温差阈值Ta，将ΔT和温差阈值Ta进行比较，若ΔT≤Ta，则执行步骤B，若ΔT>Ta，则执行步骤C；
步骤B、保持换向阀6状态不变；
步骤C、控制换向阀6换向，反向通水。
由此，温差阈值Ta通过人工输入，一般设置在3℃～8℃，当温差值ΔT超过温差阈值Ta时，通过对换向阀6换向，能够使换热芯体12内水流方向切换，从而对温差进行平衡，维持换热芯体12整体均衡的对数平均温差，保证散热性能。
温度变化控制方法包括以下步骤：
步骤A、设置温度阈值Tb，将Tpj和温度阈值Tb进行比较，若Tpj≤Tb，则执行步骤B，若Tpj>Tb，则执行步骤C；
步骤B、保持换向阀6比例放大器功率调节至20％～80％；
步骤C、将换向阀6比例放大器功率调节至100％。
由此，温度阈值Tb通过人工输入，当温度平均值Tpj超过温度阈值Tb时，通过将换向阀6比例放大器功率调节至100％，以达到换向阀6的最大通流量，从而提高水流速度，加强水冷效果。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
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