專利名稱：采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(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)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國家能源戰(zhàn)略的調(diào)整，作為可再生能源利用的主要方式， 風(fēng)力發(fā)電已成為國家能源供應(yīng)的重要組成部分，單機(jī)容量麗級的風(fēng)機(jī)，已成為風(fēng)電發(fā)展的主要趨勢。風(fēng)力機(jī)發(fā)熱量也由原來的幾十千瓦升高到幾百千瓦，對冷卻系統(tǒng)提出了日益苛刻的要求，并已成為阻礙風(fēng)力發(fā)電機(jī)向更大容量發(fā)展的技術(shù)難題之一。雖然近幾年風(fēng)力發(fā)電機(jī)冷卻技術(shù)的研究取得了很大的進(jìn)展，一些新型的冷卻方式也初步涌現(xiàn)，如專利 ZL200610039658. 9提出的蒸發(fā)循環(huán)冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、專利ZL200610097464. 4提出的集中冷卻式風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、專利ZL200810195077. 3提出的采用太陽能噴射式冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，這些技術(shù)雖能解決冷卻能力的問題，但技術(shù)尚不夠成熟，實施難度大，且與傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)一樣，設(shè)備體積十分龐大，給機(jī)艙架高、承重、運輸、安裝、維修都帶來極大的困難。 在保證良好散熱和系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，如何減小冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量和體積，是冷卻系統(tǒng)設(shè)計需要解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、可靠性高、安裝維修簡便的采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其冷卻方法。一種采用空氣循環(huán)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，依次包括葉輪、低速軸、一級齒輪箱、高速軸、發(fā)電機(jī)，還包括其他發(fā)熱部件，還包括冷卻系統(tǒng)；特征在于上述冷卻系統(tǒng)由二級齒輪箱、第一傳動軸、壓氣機(jī)、第二傳動軸、渦輪、第三傳動軸、風(fēng)扇、補氣嘴、過濾器，儲氣罐、 用于給發(fā)電機(jī)散熱的第一散熱器、用于給其他發(fā)熱部件散熱的第二散熱器、用于給壓縮后氣體散熱的第三散熱器組成；其中二級齒輪箱與所述一級齒輪箱嚙合，壓氣機(jī)通過第一傳動軸與二級齒輪箱相連，渦輪通過第二傳動軸與壓氣機(jī)相連，風(fēng)扇通過第三傳動軸與渦輪相連；補氣嘴經(jīng)過過濾器與儲氣罐的補氣口相連，儲氣罐的出氣口與壓氣機(jī)的進(jìn)氣口相連， 壓氣機(jī)的出氣口與第三散熱器的進(jìn)口相連，第三散熱器的出口與渦輪的進(jìn)氣口相連，渦輪的出氣口分別與第一散熱器、第二散熱器的進(jìn)口相連，第一散熱器、第二散熱器的出口再與儲氣罐進(jìn)氣口相連；上述第一散熱器、第二散熱器、第三散熱器、風(fēng)扇位于同一個風(fēng)道內(nèi)。利用所述的采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的冷卻方法，其特征在于包括以下過程風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時，葉輪在環(huán)境風(fēng)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速通過低速軸傳遞給一級齒輪箱進(jìn)行增速，經(jīng)過增速的高速軸與發(fā)電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子聯(lián)接，帶動轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)并切割磁力線產(chǎn)生電勢能；在上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作過程中，發(fā)電機(jī)與其他散熱部件會產(chǎn)生大量的熱量；第一齒輪箱帶動二級齒輪箱工作，二級齒輪箱通過第一傳動軸與渦輪的一部分輸出功通過第二傳動軸共同提供壓氣機(jī)壓縮氣體所需功，渦輪的另一部分輸出功通過第三傳動軸傳遞給風(fēng)扇；儲氣罐的氣體經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮后變成高溫高壓氣體，經(jīng)過第三散熱器的散熱作用冷卻后，進(jìn)入渦輪膨脹降溫，再經(jīng)過第一散熱器、第二散熱器冷卻發(fā)電機(jī)與其他散熱部件，升溫后的氣體再回到儲氣罐，依次循環(huán)；儲氣罐利用補氣嘴及過濾器補氣；上述第一散熱器、第二散熱器、第三散熱器、風(fēng)扇位于同一個風(fēng)道內(nèi)，利用風(fēng)扇的抽吸作用強制對流·
所述的壓氣機(jī)或渦輪可以為多級。采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通過齒輪箱及傳動軸的作用，引一部分外界風(fēng)能至冷卻系統(tǒng)，無需消耗外部電能，具有自冷卻功能；與目前采用空冷與水冷的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、可靠性高、安裝維修簡便的突出優(yōu)點。


圖1是采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)示意圖1中的標(biāo)號名稱圖1中的標(biāo)號名稱圖1中的標(biāo)號名稱1、葉輪，2、低速軸，3、一級齒輪箱，4、第一傳動軸，5、高速軸，6、壓氣機(jī)，7、第二傳動軸，8、發(fā)電機(jī)，9、發(fā)電機(jī)，10、第一散熱器，11、第二散熱器，12、發(fā)熱部件，13、環(huán)境風(fēng)，14、二級齒輪箱，15、儲氣罐，16、過濾器， 17、補氣嘴，18、風(fēng)扇，19、第三傳動軸，20、第三散熱器，21、風(fēng)道。
具體實施例方式根據(jù)圖1所示，本發(fā)明中所述的采用空氣循環(huán)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，依次包括葉輪1、低速軸2、一級齒輪箱3、高速軸5、發(fā)電機(jī)9，還包括其他發(fā)熱部件12，還包括冷卻系統(tǒng)；特征在于上述冷卻系統(tǒng)由二級齒輪箱14、第一傳動軸4、壓氣機(jī)6、第二傳動軸7、渦輪 8、第三傳動軸19、風(fēng)扇18、補氣嘴17、過濾器16，儲氣罐15、用于給發(fā)電機(jī)9散熱的第一散熱器10、用于給其他發(fā)熱部件12散熱的第二散熱器11、用于給壓縮后氣體散熱的第三散熱器20組成；其中二級齒輪箱14與所述一級齒輪箱3嚙合，壓氣機(jī)6通過第一傳動軸4與二級齒輪箱14相連，渦輪8通過第二傳動軸7與壓氣機(jī)6相連，風(fēng)扇18通過第三傳動軸19 與渦輪8相連；補氣嘴17經(jīng)過過濾器16與儲氣罐15的補氣口相連，儲氣罐15的出氣口與壓氣機(jī)6的進(jìn)氣口相連，壓氣機(jī)6的出氣口與第三散熱器20的進(jìn)口相連，第三散熱器20 的出口與渦輪8的進(jìn)氣口相連，渦輪8的出氣口分別與第一散熱器10、第二散熱器11的進(jìn)口相連，第一散熱器10、第二散熱器11的出口再與儲氣罐15進(jìn)氣口相連；上述第一散熱器 10、第二散熱器11、第三散熱器20、風(fēng)扇18位于同一個風(fēng)道21內(nèi)。與現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)相比，具有換熱能力強、質(zhì)量輕、可靠性高、安裝維修簡便等突出優(yōu)點。所述的采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的冷卻方法，其特征在于包括以下過程風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時，葉輪1在環(huán)境風(fēng)13驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速通過低速軸2傳遞給一級齒輪箱3進(jìn)行增速，經(jīng)過增速的高速軸5與發(fā)電機(jī)9內(nèi)部的轉(zhuǎn)子聯(lián)接，帶動轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)并切割磁力線產(chǎn)生電勢能，與此同時通過變流器整流和變壓器變壓，保證送到供配電系統(tǒng)的電力滿足并網(wǎng)要求；在上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作過程中，發(fā)電機(jī)9與其他散熱部件12會產(chǎn)生大量的熱量，如果沒有適當(dāng)?shù)募皶r的冷卻措施，當(dāng)溫度超過一定的范圍后會引起燒毀的嚴(yán)重后果；第一齒輪箱3帶動二級齒輪箱14工作，二級齒輪箱14通過第一傳動軸4與渦輪 8的一部分輸出功通過第二傳動軸7共同提供壓氣機(jī)6壓縮氣體所需功，渦輪8的另一部分輸出功通過第三傳動軸19傳遞給風(fēng)扇18 ；儲氣罐15的氣體經(jīng)過壓氣機(jī)6壓縮后變成高溫高壓氣體，再經(jīng)過第三散熱器20的散熱作用冷卻，再進(jìn)入渦輪8膨脹降溫，再經(jīng)過第一散熱器10、第二散熱器11為發(fā)電機(jī)9與其他散熱部件12冷卻，升溫后的氣體再回到儲氣罐15， 依次循環(huán)；儲氣罐15利用補氣嘴17及過濾器16補氣；上述第一散熱器10、第二散熱器11、 第三散熱器20、風(fēng)扇18位于同一個風(fēng)道21內(nèi)，利用風(fēng)扇18的抽吸作用強制對流。采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在所述的壓氣機(jī)6或渦輪8為多級。
采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通過齒輪箱及傳動軸的作用，引一部分外界風(fēng)能至冷卻系統(tǒng)，無需消耗外部電能，具有自冷卻功能；與目前采用空冷與水冷的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，冷卻空氣構(gòu)成閉式系統(tǒng)，空氣處理量小，無需進(jìn)行大范圍的除鹽霧工作，節(jié)約能耗；系統(tǒng)采用壓氣機(jī)與渦輪聯(lián)合工作實現(xiàn)制冷， 可得到較大的溫降，使得換熱器冷熱邊溫差增大，大大縮小了換熱器尺寸與質(zhì)量，不僅節(jié)省了高空空間，也減輕了高空架高難度和塔架承重量；空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)可集成工作，具有較高的可靠性和可調(diào)節(jié)性，為生產(chǎn)和維護(hù)帶來方便。
權(quán)利要求
1.一種采用空氣循環(huán)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，依次包括葉輪(1)、低速軸(2)、一級齒輪箱(3)、高速軸(5)、發(fā)電機(jī)(9)，還包括其他發(fā)熱部件(12)，還包括冷卻系統(tǒng)；特征在于上述冷卻系統(tǒng)由二級齒輪箱(14)、第一傳動軸(4)、壓氣機(jī)(6)、第二傳動軸(7)、渦輪(8)、第三傳動軸(19)、風(fēng)扇(18)、補氣嘴(17)、過濾器(16)，儲氣罐(15)、用于給發(fā)電機(jī)(9)散熱的第一散熱器(10)、用于給其他發(fā)熱部件(12)散熱的第二散熱器(11)、用于給壓縮后氣體散熱的第三散熱器(20)組成；其中二級齒輪箱(14)與所述一級齒輪箱(3)嚙合，壓氣機(jī)(6)通過第一傳動軸(4)與二級齒輪箱(14)相連，渦輪(8)通過第二傳動軸(7)與壓氣機(jī)(6)相連，風(fēng)扇(18)通過第三傳動軸(19)與渦輪(8)相連；補氣嘴(17)經(jīng)過過濾器(16)與儲氣罐(15)的補氣口相連，儲氣罐(15)的出氣口與壓氣機(jī)(6)的進(jìn)氣口相連，壓氣機(jī)(6)的出氣口與第三散熱器(20)的進(jìn)口相連，第三散熱器(20)的出口與渦輪(8)的進(jìn)氣口相連，渦輪(8)的出氣口分別與第一散熱器(10)、第二散熱器(11)的進(jìn)口相連，第一散熱器(10)、第二散熱器(11)的出口再與儲氣罐(15)進(jìn)氣口相連；上述第一散熱器(10)、第二散熱器(11)、第三散熱器(20)、風(fēng)扇(18)位于同一個風(fēng)道(21)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其特征在所述的壓氣機(jī)(6)或渦輪(8)為多級。
3.利用權(quán)利要求1所述的采用空氣循環(huán)系統(tǒng)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的冷卻方法，其特征在于包括以下過程風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時，葉輪(1)在環(huán)境風(fēng)(13)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速通過低速軸(2)傳遞給一級齒輪箱(3)進(jìn)行增速，經(jīng)過增速的高速軸(5)與發(fā)電機(jī)(9)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子聯(lián)接，帶動轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)并切割磁力線產(chǎn)生電勢能；在上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作過程中，發(fā)電機(jī)(9)與其他散熱部件(12)會產(chǎn)生大量的熱量；第一齒輪箱(3)帶動二級齒輪箱(14)工作，二級齒輪箱(14)通過第一傳動軸(4)與渦輪(8)的一部分輸出功通過第二傳動軸(7)共同提供壓氣機(jī)(6)壓縮氣體所需功，渦輪(8)的另一部分輸出功通過第三傳動軸(19)傳遞給風(fēng)扇(18);儲氣罐(15 )的氣體經(jīng)過壓氣機(jī)(6 )壓縮后變成高溫高壓氣體，經(jīng)過第三散熱器(20 )的散熱作用冷卻后，進(jìn)入渦輪(8)膨脹降溫，再經(jīng)過第一散熱器(10)、第二散熱器(11)冷卻發(fā)電機(jī)(9)與其他散熱部件(12)，升溫后的氣體再回到儲氣罐(15)，依次循環(huán)； 儲氣罐(15)利用補氣嘴(17)及過濾器(16)補氣；上述第一散熱器(10)、第二散熱器(11)、第三散熱器(20)、風(fēng)扇(18)位于同一個風(fēng)道 (21)內(nèi)，利用風(fēng)扇(18)的抽吸作用強制對流。
全文摘要
一種采用空氣循環(huán)自冷卻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其冷卻方法，屬風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)依次包括葉輪(1)、低速軸(2)、一級齒輪箱(3)、高速軸(5)、發(fā)電機(jī)(9)，還包括其他發(fā)熱部件(12)，還包括冷卻系統(tǒng)；特征在于上述冷卻系統(tǒng)由二級齒輪箱(14)、第一傳動軸(4)、壓氣機(jī)(6)、第二傳動軸(7)、渦輪(8)、第三傳動軸(19)、風(fēng)扇(18)、補氣嘴(17)、過濾器(16)，儲氣罐(15)、用于給發(fā)電機(jī)(9)散熱的第一散熱器(10)、用于給其他發(fā)熱部件(12)散熱的第二散熱器(11)、用于給壓縮后氣體散熱的第三散熱器(20)組成；與現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、可靠性高、安裝維修簡便等突出優(yōu)點。
文檔編號F03D11/00GK102297099SQ20111021717
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者劉志麗, 周年勇, 康娜, 成丹鳳, 蔣彥龍, 蔡玉飛 申請人:南京航空航天大學(xué)