[发明专利]一种具有热泵自除冰系统的风力发电机组及其工作方法

说明书

本发明公开的一种具有热泵自除冰系统的风力发电机组及其工作方法，属于风力发电技术领域。叶片与轮毂连接，轮毂与低速轴连接，低速轴与齿轮传动系统连接，齿轮传动系统分别与发电机高速轴和热泵回路高速轴连接；发电机高速轴与发电机连接，发电机冷却换热器设在发电机内；热泵回路高速轴与热泵循环回路的压缩机连接；叶片除冰循环回路上设有加热器和除冰风机，叶片除冰循环回路与叶片除冰装置连通；叶片上设有叶尖测温仪；热泵循环回路与叶片除冰循环回路在叶片除冰换热器中交流换热，热泵循环回路与外部冷却回路在发电机冷却换热器中交流换热。本发明能够提高风力发电机组整体的能量利用率，提升风力发电机组的发电效率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种具有热泵自除冰系统的风力发电机组及其工作方法。

背景技术

风力发电是一种低碳近零排放的发电方式，其可以将风能转化为电能，从而为电网提供清洁可再生的电力。风力发电机组通过叶片捕获风能，并通过传动机构连接发电机，将机械能转化为电能。

在风机实际运行过程中，会面临很多问题。在冬天气温较低时，叶片易发生结冰，需要及时提供热源进行除冰；而风机在运行时，机舱内部、发电机等处的温度较高，需提供冷源进行机舱内部降温。一般来说，风机叶片除冰和发电机冷却均是通过引入外部能量实现，这很大程度上带来了能量的损耗。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有热泵自除冰系统的风力发电机组及其工作方法，能够提高风力发电机组整体的能量利用率，提升风力发电机组的发电效率。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种具有热泵自除冰系统的风力发电机组，包括叶片、轮毂、机舱、低速轴、发电机高速轴、齿轮传动系统、热泵回路高速轴、热泵循环回路、叶片除冰换热器、发电机冷却换热器、叶片除冰循环回路、叶片除冰装置和外部冷却回路；

叶片与轮毂连接，轮毂与低速轴连接，低速轴与齿轮传动系统连接，齿轮传动系统两个输出端分别与发电机高速轴和热泵回路高速轴连接；发电机高速轴与发电机连接，发电机冷却换热器设在发电机内；热泵循环回路包括压缩机，热泵回路高速轴与压缩机连接；叶片除冰装置设在叶片内部；叶片除冰循环回路上设有加热器和除冰风机，叶片除冰循环回路与叶片除冰装置连通；叶片上设有叶尖测温仪；热泵循环回路与叶片除冰循环回路在叶片除冰换热器中交流换热，热泵循环回路与外部冷却回路在发电机冷却换热器中交流换热。

优选地，齿轮传动系统包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮组，第一齿轮分别与第二齿轮和第三齿轮组啮合，第二齿轮与热泵回路高速轴连接，第三齿轮组与发电机高速轴连接。

优选地，热泵循环回路还包括膨胀阀、冷凝器和蒸发器，冷凝器与叶片除冰换热器的热侧连接，蒸发器设在发电机内部，且与发电机冷却换热器的热侧连接。

优选地，外部冷却回路的进口和出口均设在机舱外部，外部冷却回路与发电机冷却换热器的冷侧连接，外部冷却回路上设有控制阀和发电机冷却风机。

优选地，叶片除冰循环回路通过旋转接头与叶片除冰装置连接，旋转接头设在轮毂内部。

优选地，叶片除冰装置为若干串联的散热器。

优选地，叶片除冰装置为在叶片内部迂回设置的弯管。

进一步优选地，弯管在叶片前缘的布置密度大于叶片后缘。

本发明公开的上述具有热泵自除冰系统的风力发电机组的工作方法，包括：

叶片捕获风能，通过轮毂的旋转带动低速轴旋转，低速轴通过齿轮传动系统带动发电机高速轴旋转，发电机高速轴带动发电机发电；

当环境温度高于凝冰点时，热泵循环回路不工作，热泵回路高速轴脱离齿轮传动系统；发电机通过外部冷却回路进行冷却；