[发明专利]用于产热设备的散热围护结构和风力发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种用于产热设备的散热围护结构和风力发电机组。

背景技术

一、概述

风力发电机组的围护结构如塔筒、机舱等内部设有电力传输电缆、变压器、电抗器、电动机、开关电器设备等产热设备(“产热设备”是从热学角度来命名的)，这些产热设备在工作中会产生热量，由于产生的热量累计“积分”效应，风力发电机组的围护结构塔筒、机舱内空气温度在一定时间段内会持续上升。

除了产热设备产生的热量，风力发电装备的围护结构如塔筒、机舱等从外部自然环境还接受太阳辐射，也会导致塔筒、机舱内部温度升高。尤其是在中国新疆吐鲁番、托克逊地区、巴基斯坦地域、中东地区、非洲热带地区、沙漠地带，在夏季强烈的太阳辐射能够导致风力发电装备内外温度显著升高，影响风力发电装备的正常工作。

因此，需要同时投入相应的冷却设备对整机内部环境，也包括塔筒、机舱、轮毂内腔、变流柜内部等局部环境强行进行主动冷却。

二、本发明中用到的相关辐射术语

吸收：物质将所拦截的辐射能转换为内部热能的过程。

吸收率：物质所吸收的投射辐射的份额。

黑体：理想的发射体和吸收体。

发射：在有限温度下的物质产生辐射的过程。

发射率：表示发射的辐射和同温度下的黑体发射的辐射之比。

反射：投射在表面上的辐射改变方向的过程。

反射率：物质所反射的投射辐射的份额。

热辐射：有限温度的物质发射的电磁能，集中在从0.1～100μm光谱区。

三、太阳辐射与环境辐射

太阳是一个极接近于球状的辐射源，近似于5800K的黑体。当太阳发出的辐射穿过空间时，由于通过的球面积不断变大，辐射流密度将降低。太阳常数S_c＝1353W/m²。对于水平表面(也即与地球表面相平行)，太阳辐射呈近似于平行的射线束，与表面的法线形成一个θ角，称天顶角。对水平面定义的大气层外的太阳辐射密度Gs,o与地理纬度、年和天的时间有关。可用下述形式的表达式确定Gs,o＝S_cfcosθ,式中，f是围绕太阳的地球轨道的偏心率的一个很小的修正系数(0.97～1.03)。

太阳辐射可分为直射辐射和散射辐射。所谓直射辐射是指直接来自太阳(圆盘)表面的辐射。在晴朗无云的天气里，直射辐射占辐射总量的比例可能超过85％。散射辐射是指经过大气层云层的反射和散射作用以后改变了方向的太阳辐射，所以又被叫做天空辐射。散射在太阳辐射总量中的比例与天气状况有密切的关系。

所谓“环境辐射”是指地球以及大气层中某些具有辐射能力成分的辐射。环境辐射的长波辐射形式包括地球表面的发射以及来自大气中某些成分的发射。地球表面的发射功率可按照常规方法计算，即：E＝εσT⁴，式中，ε和T分别为地表面的发射率和热力学温度。发射率接近于1，温度范围-40～+60℃，发射近似集中在4～40μm光谱区，峰值波长约发生在10μm。大气辐射大部分来自CO₂和H₂O分子，并集中在5～8μm和13μm以上的光谱区。来自大气发射的投射辐射可表示为：G_atm＝σT⁴_sky式中，T_sky称为有效天空温度。其值与大气条件有关，其值范围可由冷的晴朗天空条件时的230K到暖和时的285K。在夜间，大气发射是地球表面上唯一的投射辐射源。

由于太阳辐射是集中在光谱的短波区，而地球表面发射是在长得多的波长区，即一个地球表面及物质的太阳吸收率可以不同于它的发射率。比值α/ε是一个重要的工程参数，如果希望表面排出热能，就要求低的比值。由表1看出：使用白色漆利于阻热、隔热，同样条件下，使用黑色漆会造成表面温度明显高于涂白色漆。

表1 不同材料及涂层的吸收发射比