專利名稱：采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，屬風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)高效、穩(wěn)定、安全的長(zhǎng)期運(yùn)行，需在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中配置必要 的冷卻裝置，以保證齒輪箱、發(fā)電機(jī)及控制變頻器等部件在一定的溫度范圍內(nèi)工作。鑒 于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，目前對(duì)上述三大部件的冷卻通常采用兩套獨(dú)立的冷卻 系統(tǒng)，其中發(fā)電機(jī)和變頻器共用一套，齒輪箱單獨(dú)使用一套。對(duì)于MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 發(fā)電機(jī)和控制變頻器的冷卻一般需要采用循環(huán)泵水冷系統(tǒng)才能滿足冷卻要求；而齒輪箱 則通過單獨(dú)設(shè)置循環(huán)泵供油潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。
由于熱管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需能源驅(qū)動(dòng)，因此具有成本低、運(yùn)行能耗少、安裝和維護(hù)容 易等突出優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的冷卻方面是個(gè)潛在的選擇。考慮到發(fā)電機(jī)和控制變 頻器及周圍部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹小等原因，無法實(shí)現(xiàn)熱管的合理布置，它們?cè)诠ぷ鬟^ 程中產(chǎn)生的熱量，通常需要由泵驅(qū)動(dòng)下流動(dòng)的具有大換熱系數(shù)的液體冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷 卻，并通過設(shè)置在機(jī)艙蓋外的板翅式空氣換熱器排放至大氣。
而對(duì)于齒輪箱，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且因傳動(dòng)變速部件浸沒于潤(rùn)滑油中，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生 的熱量主要由潤(rùn)滑油吸收，且隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑油具有良好的流動(dòng)性和較強(qiáng)的換熱能 力，為熱管冷卻技術(shù)的應(yīng)用提供了必要的空間和工作條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需能源驅(qū)動(dòng)、傳熱效率高、成本低、安裝維 修方便、潤(rùn)滑油使用量少的采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
一種采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要包括臺(tái)架、風(fēng)輪、低速軸、齒輪箱、
高速軸、控制變頻器、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙蓋；所述齒輪箱通過低速軸與風(fēng)輪相連，通過高速軸與發(fā)電機(jī)相連；其特征在于還設(shè)有與齒輪箱相連，用于冷卻齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油的重力熱 管，以及用于防止冬季潤(rùn)滑油溫度過低的溫度控制器和電加熱器。
本發(fā)明的工作原理是，正常工作條件，齒輪箱工作過程中產(chǎn)生的熱量先被潤(rùn)滑油吸 收，而后被吸收的熱量經(jīng)由潤(rùn)滑油傳遞到熱管蒸發(fā)段，熱管內(nèi)工質(zhì)因吸熱而蒸發(fā)，蒸汽 沿著熱管軸向上升，并經(jīng)過熱管絕熱段后在機(jī)艙外通過熱管冷凝段放熱而冷凝，冷凝液 在重力作用下返回蒸發(fā)段，開始下一個(gè)蒸發(fā)過程，如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪箱的有效 冷卻；冬季，為了防止在北方寒冷地區(qū)工作時(shí)，因熱管換熱能力增加引起的潤(rùn)滑油溫度 過低，可以通過溫度控制器控制電加熱器工作，確保潤(rùn)滑油在正常溫度范圍工作。
與目前采用的齒輪箱循環(huán)泵油冷系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需能源驅(qū)動(dòng)、傳熱效 率高、成本低、安裝維修簡(jiǎn)便、潤(rùn)滑油使用量少等突出優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以通過選擇適 當(dāng)?shù)臒峁芄べ|(zhì)，使齒輪箱維持在最佳工作溫度狀態(tài)。


圖1是采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)示意圖。 圖2是重力熱管示意圖。
圖l中標(biāo)號(hào)名稱l.臺(tái)架，2.風(fēng)輪，3.低速軸，4.齒輪箱，5.潤(rùn)滑油，6.重力熱管， IO.溫度控制器，11.電加熱器，12.高速軸，13.控制變頻器，14.發(fā)電機(jī)，15.機(jī)艙蓋。 圖2中標(biāo)號(hào)名稱7.工質(zhì)，8.管殼，9.肋片，a.蒸發(fā)段，b.絕熱段，c.冷凝段。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1所示，本發(fā)明的采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要包括臺(tái)架l、風(fēng) 輪2、低速軸3、齒輪箱4、潤(rùn)滑油5、高速軸12、控制變頻器13、發(fā)電機(jī)14;其特征 是還設(shè)有與齒輪箱4相連，用于冷卻齒輪箱4內(nèi)潤(rùn)滑油5的重力熱管6,以及用于防止 冬季潤(rùn)滑油5溫度過低的溫度控制器10和電加熱器11。
在風(fēng)力發(fā)電工作過程中，風(fēng)輪在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速通過低速軸傳至齒輪箱進(jìn) 行增速，經(jīng)過高速軸與發(fā)電機(jī)相連，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作產(chǎn)生電能。在齒輪箱工作過程 中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，主要被潤(rùn)滑油吸收，通常要求齒輪箱油溫最高不應(yīng)超過8(TC，且 不同軸承間的溫差不得超過15'C，否則會(huì)引起系統(tǒng)設(shè)備損壞的嚴(yán)重后果，因此為了保證 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定，需要采取有效的手段對(duì)齒輪箱進(jìn)行有效冷卻。 我們知道，對(duì)于重力熱管，當(dāng)蒸發(fā)段置于下部，冷凝段置于上部，充以一定數(shù)量合 適的工質(zhì)7，只要蒸發(fā)段和冷凝段存在一定的溫差，就能夠在無需外部能源驅(qū)動(dòng)的情況 下工作，其中蒸發(fā)段工質(zhì)吸熱，冷凝段工質(zhì)放熱，而當(dāng)蒸發(fā)段溫度低于冷凝段溫度時(shí)即 停止工作，從而維持蒸發(fā)段溫度的恒定。
對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱，工作時(shí)產(chǎn)生的熱量主要由潤(rùn)滑油吸收，引起潤(rùn)滑油的溫度 上升，需要對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行有效冷卻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)齒輪箱的冷卻。工作過程中，通常要求潤(rùn) 滑油的工作溫度在1(TC一8(TC之間，而環(huán)境溫度一般低于40°C，因此可以在齒輪箱內(nèi) 部和機(jī)艙外部環(huán)境之間設(shè)置重力熱管，并將其蒸發(fā)段a置于齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑袖中，冷凝段 c置于機(jī)艙上部。重力熱管在工作過程中，液體狀的工質(zhì)在蒸發(fā)端吸收潤(rùn)滑油的熱量蒸 發(fā)，上升的蒸汽經(jīng)過絕熱段b在冷凝端處被外界高速氣流冷卻釋放氣化潛熱凝結(jié)成液體， 冷凝液在重力作用下,重新返回蒸發(fā)段，進(jìn)行下一輪冷卻，依次往復(fù)，最終將齒輪箱產(chǎn)生 的熱量源源不斷的泵送到機(jī)艙外部環(huán)境。此外，在齒輪箱內(nèi)設(shè)有溫度控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 齒輪箱中潤(rùn)滑油的溫度。冬季，由于機(jī)艙外部環(huán)境溫度與潤(rùn)滑油溫度之差明顯增大，重 力熱管的換熱能力增強(qiáng)，使得齒輪箱潤(rùn)滑油溫度可能低于1CTC。當(dāng)油溫低于IO'C時(shí)， 溫度控制器將控制設(shè)置于齒輪箱內(nèi)的電加熱器對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行加熱，使油溫達(dá)到正常工作 溫度范圍，從而保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高效、穩(wěn)定、安全的長(zhǎng)期工作。
根據(jù)圖1和圖2所示，所述的重力熱管6采用適當(dāng)?shù)膬A斜角度布置，其目的是為了 液態(tài)工質(zhì)能夠在重力作用下沿?zé)峁軆?nèi)壁順利回流，確保熱管正常工作，同時(shí)傾斜布置時(shí) 也有助于提高冷凝段換熱能力。蒸發(fā)段浸沒于潤(rùn)滑油中，由于潤(rùn)滑油的流動(dòng)，換熱系數(shù) 較大，可以直接采用光管；絕熱段的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需求而定；而冷凝段處于外界環(huán)境中， 與空氣對(duì)流換熱，換熱系數(shù)較小，因此為強(qiáng)化換熱通常需要在冷凝段管外側(cè)加裝肋片9， 工質(zhì)則根據(jù)冷卻要求可以采用氨或氟利昂。另外，在工作過程中，熱管的數(shù)量根據(jù)實(shí)際 傳熱量選擇布置。
與目前采用的風(fēng)力發(fā)電齒輪箱冷卻系統(tǒng)相比，采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需能源驅(qū)動(dòng)、傳熱效率高、成本低、安裝和維修方便、潤(rùn)滑油使用量 少等突出優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)的冷卻要求。此外，還可以通過選擇適當(dāng)?shù)?熱管工質(zhì)，使齒輪箱維持在最佳工作溫度狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要包括臺(tái)架(1)、風(fēng)輪(2)、低速軸(3)、齒輪箱(4)、高速軸(12)、控制變頻器(13)、發(fā)電機(jī)(14)、機(jī)艙蓋(15)；所述齒輪箱(4)通過低速軸(3)與風(fēng)輪(2)相連，通過高速軸(12)與發(fā)電機(jī)(14)相連；其特征在于還設(shè)有與齒輪箱(4)相連，用于冷卻齒輪箱(4)內(nèi)潤(rùn)滑油(5)的重力熱管(6)，以及用于防止冬季潤(rùn)滑油(5)溫度過低的溫度控制器(10)和電加熱器(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述重力 熱管(6)，其蒸發(fā)段(a)置于齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油中，其冷凝段(c)伸出機(jī)艙外。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所述重力 熱管(6)，其冷凝段(c)外側(cè)裝有肋片(9)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在于所 述重力熱管(6)傾斜布置。
全文摘要
一種采用熱管冷卻齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。主要包括臺(tái)架(1)、風(fēng)輪(2)、低速軸(3)、齒輪箱(4)、高速軸(12)、控制變頻器(13)、發(fā)電機(jī)(14)、機(jī)艙蓋(15)；其特征是還設(shè)有與齒輪箱相連，用于冷卻齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油(5)的重力熱管(6)，以及用于防止冬季潤(rùn)滑油溫度過低的溫度控制器(10)和電加熱器(11)。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需能源驅(qū)動(dòng)、傳熱效率高、成本低、安裝和維修方便等突出優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03D11/00GK101338732SQ200810124198
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者何舟東, 秋 張, 朱春玲, 政 王, 瓏 王, 蔣彥龍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)