專利名稱：：用于加熱和冷卻風力渦輪機構件的系統的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明通常涉及風力渦輪機，具體而言，涉及用于加熱和冷卻風力渦輪機構件的系統。
背景技術：
：通常，風力渦輪機包括具有多個葉片的轉子。葉片附連到可旋轉的輪轂上，并且葉片和輪轂常被稱為轉子。該轉子將機械風能轉變?yōu)轵寗右粋€或多個發(fā)電機的機械旋轉扭矩。發(fā)電機通常但不是一直通過齒輪箱而旋轉地聯接到轉子上。齒輪箱提高用于發(fā)電機的渦輪機轉子的低的固有轉速，以有效地將旋轉機械能轉化為進入公用電網的電能。也存在著無齒輪的直接驅動的風力渦輪發(fā)電機。轉子、發(fā)電機、齒輪箱以及其它構件典型地安裝在外殼或機艙內，該外殼或機艙位于可能為桁架或管形塔架的底座的頂部。齒輪箱需要^皮潤滑和冷卻以有效地運行。典型地，油在齒輪箱中被用來潤滑，并且油在齒輪箱的運轉期間變熱。熱交換器典型地被用來冷卻油，并且，油-氣散熱器或熱交換器通常被用來消散來自潤滑油的熱。發(fā)電機也需要被冷卻，并且氣-氣或水-氣熱交換器已被用來消散來自容納于機艙內的發(fā)電機的熱。在一些已知的系統中，齒輪箱和發(fā)電機具有它們自己的獨立的熱交換器。例如，在一個已知的系統中，齒輪箱熱交換器包括風扇、管道系統以及油-氣熱交換器。發(fā)電機熱交換器包括另一個風扇、額外的管道系統以及氣-氣熱交換器。用于這兩個單獨的熱交換器的空氣典型地從處于機艙內的空氣吸出。在風力渦輪機的運轉期間，許多構件產生熱，并且機搶內的空氣的溫度可能相對于外部環(huán)境空氣而提升。這可能因使用熱空氣來冷卻熱的構件而在冷卻系統中導致無效。
發(fā)明內容在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種用于風力渦輪機的加熱和冷卻系統，該系統包括齒輪箱、齒輪箱熱交換器、發(fā)電機、發(fā)電機熱交換器以及冷卻管道。該冷卻管道連接到齒輪箱熱交換器和發(fā)電機熱交換器上，并被用來傳送空氣穿過這兩個熱交換器以冷卻齒輪箱和發(fā)電機。圖l是一個示范性的風力渦輪發(fā)電機的示意圖2是可以與圖1中所示的示范性的風力渦輪發(fā)電機一起使用的機輪的局部橫截面示意圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的、可以與圖1中所示的示范性的風力渦輪發(fā)電機一起使用的機艙的局部橫截面示意圖4是根據本發(fā)明的一個實施例的、可以與圖1中所示的示范性的風力渦輪發(fā)電機一起使用的機艙的局部橫截面示意圖5是根據本發(fā)明的另一個實施例的、可以與圖1中所示的示范性的風力渦輪發(fā)電機一起使用的機艙的局部橫截面示意圖。構件列表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖1是一個示范性的風力渦輪機100的示意圖。在示范性的實施例中，風力渦輪機100是水平軸風力渦輪機。備選地，風力渦輪機100可以是垂直軸風力渦輪機。風力渦輪機100具有從支撐面104延伸出的塔架102、安裝在塔架102上的機餘106以及聯接到機艙106上的轉子108。轉子108具有可旋轉的輪轂110和聯接到輪轂110上的多個轉子葉片112。在示范性的實施例中，轉子108具有三個轉子葉片112。在一個備選的實施例中，轉子108可以具有多于或少于三個的轉子葉片112。在示范性的實施例中，塔架102由管形鋼制成，并具有延伸在支撐面104和機論106之間的腔(圖1中未顯示)。在一個備選的實施例中，塔架102是格子狀塔架。塔架102的高度是基于本領域已知的因素和條件而選擇的。葉片112被定位成繞著轉子輪轂110以有利于旋轉轉子108，從而將來自風的動能轉變?yōu)榭捎玫臋C械能，進而轉變?yōu)殡娔?。葉片112通過在多個負荷轉移區(qū)122將葉根部120聯接到輪轂110上而連接到輪轂110上。負荷轉移區(qū)122具有輪轂負荷轉移區(qū)和葉片負荷轉移區(qū)(在圖1中未顯示出這兩者)。被引入葉片112中的負荷經由負荷轉移區(qū)122而被轉移至輪轂110。在示范性的實施例中，葉片112具有在約為50米(m)(164英尺(ft))至約為100米(328ft)之間的長度。備選地，葉片112可以具有任何長度。當風沖擊葉片112時，轉子108繞著旋轉軸線114旋轉。當葉片112旋轉并受到離心力時，葉片112受到各種的撓矩和其它運轉應力。如此一來，葉片112可以^^中間的或不偏離的位置偏離和/或4t轉至偏離的位置，并且相關的應力或負荷可以被引入葉片112中。此外，葉片112的俯仰角，即確定葉片112相對于風向透視的角度，可以由俯仰調節(jié)機構(在圖1中未顯示)改變，以有利于通過調節(jié)暴露于風力矢量的葉片112的表面積來增加或減少葉片112的速度。針對葉片112的俯仰軸線118被圖示。在示范性的實施例中，單獨地控制葉片112的俯仰。備選地，葉片112的俯仰可以作為組而纟皮控制。在一些配置中，控制系統(圖1中未顯示)中的一個或多個微控制器被用于整個系統的監(jiān)視和控制，包括俯仰和轉子速度的調整、偏轉驅動和偏轉制動的應用以及故障監(jiān)視。備選地，分布式或集中式的控制結構;波用于風力渦輪機100的備選的實施例中。圖2是接合分離的熱交換器以冷卻齒輪箱和發(fā)電機的一個已知的風力渦輪機的簡化橫截面示意圖。風力渦輪機100的各種構件容納在位于風力渦輪機100的塔架102的頂部的機艙106中。轉子108經由轉子軸215(有時指低速軸)、齒輪箱220、高速軸230以及一個或多個聯接器(未顯示)而可旋轉地聯接到被定位在機艙106內的發(fā)電機210上。一個或多個支撐軸承240(僅顯示了一個)4皮定位在機搶106內并由機艙106支撐。軸承240有利于軸215的徑向支撐和對準。軸215的旋轉可旋轉地驅動齒輪箱220，該齒輪箱隨后驅動軸230。高速軸230驅動用于產生電力的發(fā)電機210。齒輪箱220、發(fā)電機210以及軸承240在運轉期間產生熱，并且其中的一些構件可能需要被冷卻以避免過熱。"Z"形的箭頭圖示了圖2中的熱消散。在一個已知的系統中，齒輪箱220接合具有齒輪箱熱交換器222、齒輪箱風扇224和管道系統226的齒輪箱冷卻系統。許多齒輪箱使用油作為潤滑和傳熱的介質，并且這些油被泵送通過熱交換器222，以由/人才幾輪106內吸出的空氣冷卻。然后，神皮加熱的空氣通常從機輪106的頂部排出。發(fā)電機210也產生大量的熱，并且，如上述已知的系統，接合具有發(fā)電機熱交換器212、發(fā)電機風扇214以及管道系統216的發(fā)電機冷卻系統。許多發(fā)電機使用水作為傳熱的^h質，并且這些水^皮泵送通過熱交換器212，以由從機艙106內吸出的空氣冷卻。然后，#:加熱的空氣通常從機搶106的背部排出。一些發(fā)電機也可以使用氣-氣熱交換器或水-氣熱交換器。所使用的水可與防凍劑混合，或者備選地，可以使用其它的合適的冷卻液體。在該一個已知的系統中，空氣從機搶106內^支吸入這兩個熱交換器中。這些空氣可能不期望地^皮機艙內的產生熱的各種構件加熱。例如，軸承240、齒輪箱220、發(fā)電才幾210以及其它構件可以產生熱，該熱可以加溫被吸入機艙中的空氣。熱交換器在更大的溫度梯度下更有效地工作，并且，使用最低的可能溫度的輸入空氣是有益的。圖3顯示了根據本發(fā)明的一個方面的改進的冷卻和加熱系統。用于熱交換器的進氣經由一個或多個位于機艙前部附近的孔或端口而從機搶106的外部被直接吸入。在備選的實施例中，進氣可以從風力渦輪機的其它部分被導入，這些部件包括但不限于轉子、輪轂、塔架或機艙內部。由箭頭305表示的進氣穿過單個風扇310和過濾器315。過濾器315可以置于風扇310之前或之后。管道系統320引導進入的^^皮過濾的空氣通過齒輪箱熱交換器222和發(fā)電機熱交換器212。這種配置的一些優(yōu)點是冷的外部空氣被吸入冷卻系統中，并且單個風扇可以服務多個熱交換器。另外，可以將旁通門330增加到系統上，以優(yōu)化用于暖氣候運轉或冷氣候運轉的冷卻和加熱系統。旁通門還可以包括閥、閘門、百葉窗或其它合適的裝置?？梢詫C搶加溫;改熱器340增加到機艙的內部，以在冷氣候運轉的期間加熱機艙。當旁通門330處于水平位置時(如圖3中所示)，穿過管道系統320的空氣^皮轉向，以穿過機搶加溫放熱器340。空氣在經過齒輪箱熱交換器和發(fā)電機熱交換器時所吸收的熱可以被機艙加溫放熱器340吸取，并被用來加熱機艙106的內部。在冷氣候運轉中(例如，比0。C還冷)，將機艙的內部保持高于預定溫度可能是有利的。機艙中的各種子系統和電子設備可能需要避免極冷的溫度。當外部溫度冷時，服務人員也將從較暖和的工作環(huán)境中受益。例如，如果外部環(huán)境溫度低于約-10。C，那么，服務技術人員將發(fā)現在機艙106內工作是非常困難和不舒服的。通過實施本發(fā)明的加熱和冷卻系統，可以將機艙內部溫度相對于外部環(huán)境溫度保持在升高責。入'°''日''圖4圖示了配置成用于暖氣候運轉的加熱和冷卻系統。旁通門330顯示出處于垂直位置，并且該位置阻擋空氣進入機艙加溫放熱器340。空氣被向下引導并引出機艙后部。旁通門可以由單個鉸鏈門或兩組百葉窗式的孔或閥來實施。也可以采用用于允許空氣經過并防止空氣穿過管道系統的其它合適裝置。機艙加溫放熱器可以包括一個或多個具有散熱能力或散熱翅片或凸出部的管或管道?？梢詫⒐艿赖膬炔吭O計成，通過接合擋板、翅片、內部凸出部或任何其它合適的裝置以增加管道內部的表面積，從而增大穿過的空氣的傳熱。離開機艙加溫放熱器的空氣可以從機艙106的后部或其它部分排出。圖5圖示了本發(fā)明的另一個實施例，并接合了服務單獨構件的多個管道段。如前面所描述的實施例，采用單個的風扇310和過濾器315。然而，如果愿意，可以使用多個風扇和/或過濾器。第一管道段510連接到齒輪箱熱交換器222上。第二管道段520連接到發(fā)電機熱交換器212上。第三管道段530可以連接到控制面板540的熱交換器550上。應當理解，風力渦輪機的其它構件或子系統也可以經由第三管道段或其它管道段而^皮加熱或冷卻。渦輪機控制系統的一部分駐留在控制面板540(也^皮稱為"頂箱")內。控制面板540包括被用來控制和監(jiān)視環(huán)境條件的電子設備以及風力渦輪機100的各種系統和構件。這些電子設備可能產生大量的熱，并可能需要被冷卻。控制面板熱交換器550可以有助于將控制面板540內的電子設備保持在期望的溫度。具有服務各個熱交換器的單獨的管道的一個優(yōu)點是將可能最冷的空氣引導至各個熱交換器。例如，外部空氣305被吸入冷卻和加熱系統中，并應用到各個熱交換器且沒有一皮先前的熱交換器加溫。為了清楚起見，省略了機艙加溫放熱器340和旁通門330(兩者在圖5中未顯示)，但可以與圖5中所示的實施例一起使用。雖然通過具體的實施例來描述了本發(fā)明，但本領域技術人員將意識到，本發(fā)明可以在權利要求的要旨和范圍內進行修改。權利要求1.一種加熱和冷卻系統，包括齒輪箱(220)和齒輪箱熱交換器(222)、發(fā)電機(210)和發(fā)電機熱交換器(212)、連接到所述齒輪箱熱交換器(222)和所述發(fā)電機熱交換器(212)上的冷卻管道(320)，其中，所述冷卻管道(320)被用來傳送空氣穿過所述齒輪箱熱交換器(222)和所述發(fā)電機熱交換器(212)，以冷卻所述齒輪箱(220)和所述發(fā)電機(210)。2.根據權利要求1所述的加熱和冷卻系統，其特征在于，還包括布置成吹動空氣穿過所述齒輪箱熱交換器(222)的至少一部分和所述發(fā)電機熱交換器(212)的至少一部分的風扇(310)。3.根據權利要求1所述的加熱和冷卻系統，其特征在于，所述加熱和冷卻系統是與風力渦輪機(100)—起使用的，所述加熱和冷卻系統還包4舌位于所述冷卻管道的排氣部分附近的旁通裝置(330)。4.根據權利要求3所述的加熱和冷卻系統，其特征在于，所述旁通裝置(330)選自包括門、閥以及閘門的組中的一個或多個。5.根據權利要求3所述的加熱和冷卻系統，其特征在于，還包括連接到所述冷卻管道(320)上的機艙加溫放熱器(340),其中，所述旁通裝置(330)可以被定位在第一位置以將空氣引導出機輪，并且可以被定位在第二位置以將空氣引導通過所述機艙加溫放熱器，從而加溫所述機艙的內部。6.根據權利要求1所述的加熱和冷卻系統，其特征在于，所述冷卻管道還包括至少兩個或多個冷卻管道^:。7.根據權利要求6所述的加熱和冷卻系統，其特征在于，所述至少兩個或多個冷卻管道段包括連接到所述齒輪箱熱交換器上的第一冷卻管道段(510);連接到所述發(fā)電機熱交換器上的第二冷卻管道段(520);其中，分離且不同的氣流穿過所述第一冷卻管道段和所述第二冷卻管道段。8.根據權利要求7所述的加熱和冷卻系統，其特征在于，所述至少兩個或多個冷卻管道段包括連接到控制面板熱交換器(550)上的第三冷卻管道段(530);其中，分離且不同的氣流穿過所述第一冷卻管道段、所述第二冷卻管道段以及所述第三冷卻管道段。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于風力渦輪機(100)的加熱和冷卻系統，該系統包括齒輪箱(220)、齒輪箱熱交換器(222)、發(fā)電機(210)、發(fā)電機熱交換器(212)以及冷卻管道(320)。冷卻管(320)連接到齒輪箱熱交換器和發(fā)電機熱交換器上，并被用來傳送空氣穿過這兩個熱交換器以冷卻齒輪箱和發(fā)電機。文檔編號F03D11/00GK101672255SQ20091017635公開日2010年3月17日申請日期2009年9月10日優(yōu)先權日2008年9月11日發(fā)明者B·S·貝奇帕利申請人:通用電氣公司