[发明专利]大功率风力发电机机舱热量节能调节系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热量调配系统，尤其是一种能确保风力发电机安全高效运行的兆瓦级风力发电机机舱热量节能调节系统，属风力发电机技术领域。

背景技术

自从20世纪80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着风力机空气动力学、计算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力发电技术的发展非常迅速，单机容量从最初的数十千瓦级发展到现在的兆瓦级。在单机容量增大的同时，风力发电机的散热量也相应增大。在兆瓦级机组运行过程中很多部件都会产生热量，其中主要散热部件为齿轮箱、发电机和控制变频器。

若温度上升过高，会引起齿轮箱润滑油的性能变化，粘度降低、老化变质加快，换油周期变短。在负荷压力作用下，若润滑油膜遭到破坏而失去润滑作用，会导致齿轮啮合齿面或轴承表面损伤，最终造成设备事故。由此造成的停机损失和修理费用都是十分可观的。

发电机在工作过程中也会产生大量的热，目前提高单机容量的主要措施是增加线负荷，但增加线负荷的同时会增加线棒铜损，线圈的温度将增加，绝缘老化加剧，最终可能达到无法容许的程度。

控制变频器包括对系统运行进行实时监控的控制设备以及对发电机转子绕组输入电流与发电机输出电流进行变频处理的变频设备，随着风力发电机的发展，系统的辅助及控制装置越来越多，控制变频器所承担的任务也因此越来越复杂，产生的热量越来越大，为了保护风力发电机系统各部件长期稳定运行，需要及时对其进行冷却处理。

除齿轮箱、电机和控制变频器外，机舱内还有很多部件都会产生热量，这些发热部件也会引起机舱内温度升高，从而威胁到各零部件和电子器件的正常运行。

因此，控制齿轮箱、电机、控制变频器和机舱的温升是保证风力发电机持久可靠运行的必要条件。对于MW级的风力发电机系统而言，其齿轮箱与发电机的发热量较大，自然通风已经无法满足机组的冷却需求，故通常需采用液冷方式或采用对发电机和控制变频器进行液冷与对齿轮箱润滑油进行强制空冷相结合的冷却方式。这些冷却装置采用液体循环介质对齿轮箱、发电机定子绕组和控制变频器进行冷却，循环系统内部热量在机舱外部的普通散热器进行散热。由于风力发电场中采用大风轮面积的风力机比小的更加经济，因而风力机的容量不断增加。单机容量的增大将会导致风力发电机内部的齿轮箱、发电机及控制变频器等部件产生更多的热量。可以预见，目前对这些部件采用的冷却方式将难以满足下一代大容量风力发电机的冷却需求。

在北方冬季气温长期处于0℃以下，加之风电场往往建在海拔高的地区，齿轮箱润滑油会因粘度变低而无法飞溅到高速轴轴承上进行润滑，造成高速轴轴承损坏。许多冷脆性材料和电子元件在低温下不能正常工作。为提高风电机对低温的适应性，还需要额外的热源，即在机舱内部装设加热器。传统的加热器一般采用“加热电阻+风扇”的方式，加热器功率高、耗电量大，降低了整个风力发电机的效率。

此外，现有大功率风力发电机的冷却系统与加热系统彼此独立，不能进行统一调配，有时二者同时工作，一方面冷却系统将齿轮箱、电机、控制变频器产生的热量散发到机舱外，另一方面加热系统消耗电能为机舱加热，造成能量的浪费。

综上所述，现有大功率风力发电机的冷却系统难以满足下一代大容量风力发电机的冷却需求，而且加热系统能耗高，冷却系统与加热系统缺乏统一调配与控制，不能确保风力发电机安全高效运行，因此有必要对目前采用的冷却和加热方式进行优化和改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种能确保风力发电机安全高效运行的大功率风力发电机机舱热量节能调节系统。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种大功率风力发电机机舱热量节能调节系统，由制冷循环系统和液冷循环系统组成，所述制冷循环系统位于发电机机舱外部，是由压缩机、冷凝器、主电磁膨胀阀和蒸发器构成的制冷剂闭合回路，所述液冷循环系统由变频控制柜、发电机、齿轮箱、蒸发器和循环泵构成，变频控制柜、发电机和齿轮箱并接在一起后再与蒸发器和循环泵接成载冷剂闭合回路，所述蒸发器由套装在一起的内管和外管构成，所述内管接于制冷循环系统中，内管和外管之间的空腔接于液冷循环系统中。

上述大功率风力发电机机舱热量节能调节系统，所述液冷循环系统中还串接有带并联管路的加热换热器，所述加热换热器位于变频控制柜、发电机和齿轮箱的载冷剂出口端，在加热换热器端部及其并联管路上均设置有电动二通阀。