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风力发电设备冷却技术及其专利介绍1:风冷技术

2012-07-21 11:21
seele_jin
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  编者按:文章结合国内外多篇专利文献,介绍了风力发电设备的冷却技术,并通过南京航空航天大学和中国科学院电工研究所的几项研究成果,介绍了两种新型的风电设备冷却技术,文章分为风冷技术、液冷技术和新型冷却技术三部分。此文为风冷技术篇。

  风力发电技术的不断成熟,使得风力发电机组越来越趋于大型化、风机单机容量不断增大。随之而来的风力发电设备散热冷却问题逐渐成为制约风机技术进一步发展的瓶颈之一。因此,如何有效地解决风力发电设备冷却散热问题,成为发展新一代风电技术的一大主题。

  目前风电设备常用的冷却技术主要有风冷、液冷等方式,随着风机容量和冷却需求的增加,又开发了新型的蒸发冷却技术、集中冷却技术。

  在风力发电设备冷却技术中,风冷方式利用空气流动及其比热带走各部件的损耗所产生的热量,由于技术简单,冷却方便,因此最为常用。

  (一)自然风冷

  早期的风力发电机由于功率较小,其发热量也不大,只需通过有效地自然通风就可以达到冷却要求。

  西门子公司申请的德国专利DE19971054349(申请日:19971208)就是一种利用风冷方式对风力发电机进行冷却的方法,并且该专利还在中国也申请了同族专利。

  名称:风力发电设备和冷却风力发电设备中发电机的方法

  申请号:98811452.6 申请日: 1998.12.08

  申请(专利权)人:西门子公司

  一种风力发电设备,其中的发电机通过在该风力发电设备的塔内产生的冷却空气流来冷却。该冷却空气流通过烟囱效应产生。该发明还涉及一种冷却发电机的方法。

  另外,ABB RESEARCH公司申请的德国专利DE19947915(公开日:2001-04-12),也涉及了一种采用烟囱效应对风机进行冷却的专利技术。

  该类风力发电设备的一个主要优点在于有较高的冷却功率。通过充分利用烟囱效应可采用大量的冷却空气流来冷却发电机。

  (二)强制风冷

  然而,随着风力发电机的功率逐步增大,自然通风已经无法满足机组的冷却需求。为了加大冷却效果,采用通过在风力发电机内部设置风扇,对风机内各部件进行强制鼓风从而达到冷却效果的强制风冷方式。

  风力发电机的散热通过设置内、外风扇产生冷却风对其进行表面冷却。理论上风扇的风量大、风速高对进一步降低发电机温升有好处,但这会导致冷却风 扇尺寸过大,进而增大了发电机风摩耗,使发电机效率降低。因此在设计时需合理确定风扇尺寸,使发电机的风摩耗能控制在较低水平而又能保证其温升符合要求。

  由于风冷机组的通风系统的好坏将直接影响到发电机的发热与冷却,与发电机的安全稳定运行密不可分,因此通风系统的设计显得至关重要。风路是否顺畅,能否带走发电机各个发热部位的热量,对发电机的性能有着很大的影响。

  与其它冷却方式相比,风冷系统具有结构简单、初期投资与运行费用都较低、利于管理与维护等优点,然而其制冷效果受气温影响较大,制冷量较小,同时由于机舱要保持通风,导致风沙和雨水侵蚀机舱内部件,不利于机组的正常运行。

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