專利名稱：具有閉合冷卻回路的風(fēng)力透平的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其具有設(shè)置在一艙室內(nèi)的一發(fā)電機(jī)、一帶有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力透平，其中，所述發(fā)電機(jī)具有一冷卻回路。
在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí)必然引起熱量形式的損耗。不僅在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)中將風(fēng)力的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能時(shí)會(huì)產(chǎn)生損耗熱量，而且在將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)出的電能提供給電網(wǎng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生損耗熱量。這種損耗熱量在其它電氣運(yùn)行器件、尤其如換流器或變壓器之類的大功率電器中也會(huì)產(chǎn)生。同樣，在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的其他部件，諸如傳動(dòng)裝置、軸承或者例如液壓設(shè)備形式的控制單元或者諸如用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的角度位置或使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備朝向風(fēng)力的控制調(diào)節(jié)單元中也會(huì)發(fā)熱。
在這種情況中，這類損耗約占裝置額定功率的5％至7％。
迄今為止，這類損耗熱量經(jīng)通風(fēng)機(jī)散發(fā)到環(huán)境中。同時(shí)借助于通風(fēng)機(jī)從外部吸入冷空氣，用于冷卻如發(fā)電機(jī)之類的相應(yīng)構(gòu)件。被加熱的空氣隨后重新散發(fā)到外部。但當(dāng)外部空氣潮濕或者尤其在海岸區(qū)富含鹽時(shí)，被冷卻的部件會(huì)受到這種潮濕而含鹽的空氣的沖擊，這是特別不利的。
德國專利申請公開說明書DE 198 02 574 A1公開了一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其中，尤其該發(fā)電機(jī)是由在轉(zhuǎn)子葉片出口處形成的低壓而產(chǎn)生的空氣流進(jìn)行冷卻。該低壓在轉(zhuǎn)子葉片的每一出口和該艙室背朝轉(zhuǎn)子葉片的那側(cè)上的開口之間產(chǎn)生壓降。這樣一來，在所述開口處沿著與原有的經(jīng)流動(dòng)通道流過艙室并流過轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部一直流到轉(zhuǎn)子葉片出口的風(fēng)向相反的方向吸入環(huán)境空氣。其缺點(diǎn)在于，這種設(shè)備與對穿流過的空氣有關(guān)，尤其在近海配置(off-shore-Aufstellung)時(shí)它包括了含鹽空氣的缺點(diǎn)。此外，轉(zhuǎn)子葉片出口還將引起噪音問題。
德國專利申請公開說明書DE 199 47 915 A1描述了一種用于冷卻產(chǎn)生損耗熱的部件、尤其是用于冷卻風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的產(chǎn)生損耗熱的部件的冷卻系統(tǒng)。因而，試圖通過所有被加熱空氣的煙囪效應(yīng)解決塔底端及艙室上部處部件的冷卻問題。此種方案的缺點(diǎn)是，塔橫截面業(yè)已被一些通道占用。此外，也涉及一種易受臟污物和潮濕空氣影響的對穿通風(fēng)，并因此特別不適合于運(yùn)行。
從美國專利申請公開說明書US 2001/0035651 A1中可知，發(fā)電機(jī)的損耗功率通過直接熱傳導(dǎo)傳遞到艙室的帶有用于加大表面積的翅片的外殼而散發(fā)到環(huán)境空氣中。因而，此方案雖然能避免采用對穿通風(fēng)所帶來的缺點(diǎn)(潮濕和臟污的氣體流入電氣設(shè)備中)，但只能散發(fā)少量損耗功率。
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能可靠冷卻的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，致使其尤其在近海運(yùn)行時(shí)不僅能省去維護(hù)作業(yè)，而且還能避免由臟污或含鹽的冷卻空氣引起的故障。
解決上述問題的技術(shù)方案是一種帶有用于產(chǎn)生電能的電氣設(shè)備的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括一個(gè)設(shè)置在艙室內(nèi)的發(fā)電機(jī)、一個(gè)帶有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的用于驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)的風(fēng)力透平，其中，至少所述發(fā)電機(jī)具有一閉合的初級(jí)冷卻回路，所述艙室則具有能冷卻該初級(jí)冷卻回路的部件。
由初級(jí)回路進(jìn)行的冷卻不只限于發(fā)電機(jī)，而且優(yōu)選還包括冷卻其它電氣設(shè)備，如變頻器、發(fā)電機(jī)的接觸環(huán)組件。
按照本發(fā)明通過將初級(jí)冷卻回路和次級(jí)冷卻回路分開，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安裝地點(diǎn)與不利的外界條件無關(guān)。也就是說，在近海區(qū)，在潮濕含鹽空氣的條件下，基于內(nèi)部封閉的初級(jí)冷卻回路系統(tǒng)可確保用艙室的風(fēng)來實(shí)現(xiàn)足夠的冷卻。在艙室產(chǎn)生的風(fēng)速與風(fēng)的強(qiáng)度有關(guān)，此時(shí)，受系統(tǒng)決定(systembedingt)在風(fēng)的強(qiáng)度和發(fā)電機(jī)功率和/或發(fā)電機(jī)損耗之間存在正比關(guān)系。
此時(shí)，優(yōu)選將所述艙室設(shè)計(jì)成次級(jí)空氣冷卻器，從而形成空氣-空氣冷卻器。
在一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述允許進(jìn)行一熱交換的次級(jí)空氣冷卻器設(shè)計(jì)成安裝在艙室上的或是艙室一部分的管束。此時(shí)，優(yōu)選將所述管束在艙室的上半部圍繞所述艙室安裝。被發(fā)電機(jī)或與初級(jí)冷卻回路相連的其它電氣設(shè)備加熱的空氣上升或借助于通風(fēng)機(jī)導(dǎo)送到管束之間的中間空腔中，在那兒被掃略過管束的風(fēng)冷卻。通過自然對流或通過另一通風(fēng)機(jī)將所述初級(jí)冷卻回路的已被冷卻的空氣重新輸送給艙室內(nèi)有待冷卻的發(fā)電機(jī)或其它電氣設(shè)備中。由于管束位于艙室上，這樣就確保了管束的管子以其軸線始終平行于風(fēng)力定向，進(jìn)而確保以現(xiàn)有的風(fēng)速及因而以現(xiàn)有的流過管束的空氣流量實(shí)現(xiàn)充分的冷卻。這些管束構(gòu)成所述初級(jí)和次級(jí)回路之間的熱交換器。
為了更有效地傳熱，所述管子具有加大表面積的結(jié)構(gòu)。
在另一實(shí)施方式中，所述初級(jí)冷卻回路的空氣借助于伸出艙室的管路來導(dǎo)送。在這種情況下沿風(fēng)向方向看，該艙室上顯現(xiàn)出有耳狀手柄樣的物體。該初級(jí)回路位于艙室上的耳狀柄形式的管路在此被大氣(即風(fēng))自由地環(huán)繞流過。在這種情況下，優(yōu)選在艙室的上部設(shè)置一個(gè)或多個(gè)管路出口(Auslass)。將一個(gè)或多個(gè)入口(Einlass)優(yōu)選設(shè)置在艙室的下部，從而可實(shí)現(xiàn)初級(jí)冷卻回路的空氣自然對流。為了促進(jìn)自然對流，在迄今所提到的實(shí)施方式中設(shè)有通風(fēng)機(jī)，尤其設(shè)有軸流式通風(fēng)機(jī)。
與具有空氣-水冷卻器的機(jī)器相比，上面提到的所有實(shí)施方式的較大優(yōu)點(diǎn)在于本設(shè)備是在很大程度上無需維修和運(yùn)行可靠的獨(dú)立系統(tǒng)，其不需要大量附加的要凈化處理的冷卻介質(zhì)就能運(yùn)行。只需要很少的維修費(fèi)用，而且不需要設(shè)備費(fèi)用。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的實(shí)施方式比較緊湊，維修又少。因此，可以預(yù)料，與具有對穿通風(fēng)(尤其是對發(fā)電機(jī)進(jìn)行對穿通風(fēng))的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備相比，由潮濕或含鹽的空氣引起的故障較少。
尤其在寒冷的季節(jié)，還可利用初級(jí)冷卻回路中被加熱的排氣對艙室、轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行加熱。借此可避免在電氣設(shè)備上形成冷凝物以及在轉(zhuǎn)子葉片上結(jié)冰。
下面將結(jié)合在附圖中示意表示的實(shí)施方式對本發(fā)明以及由從屬權(quán)利要求特征所反映的本發(fā)明其它優(yōu)選實(shí)施方式作詳細(xì)說明

圖1和3是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的縱剖圖；圖2和4是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的橫剖圖。
圖1示出了設(shè)置在艙室2內(nèi)的熱源1。艙室2位于一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的、在圖中未示出的塔上。熱源1尤其可以是發(fā)電機(jī)或其它在圖中未示出的電氣設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)的變流器、接觸環(huán)腔。在未詳細(xì)示出的發(fā)電機(jī)中，定子和/或轉(zhuǎn)子的疊片鐵心以公知的方式沿徑向和/或軸向包含有氣流通道。此外，初級(jí)冷卻回路的空氣流過發(fā)電機(jī)的氣隙。
在艙室2內(nèi)熱源1的上方裝有一管束6系統(tǒng)。優(yōu)選將該系統(tǒng)設(shè)于艙室2的上側(cè)。流過艙室2的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)沿管束軸向流過管束6。在此，風(fēng)在管束6的入口4處流入系統(tǒng)，被加熱后從管束6的出口5流出。在管束6的入口4和出口5之間形成了熱量轉(zhuǎn)移，即將該熱源1初級(jí)冷卻回路空氣中含有的熱量轉(zhuǎn)遞到所述掃掠過所述管束6系統(tǒng)的風(fēng)中。在這種情況下，來自熱源1的被加熱空氣經(jīng)排出口(Ausgang)7流入管束6的系統(tǒng)中，在那里被冷卻并通過對流和/或通風(fēng)機(jī)8重新被輸送回所述熱源1。過渡區(qū)10表示初級(jí)冷卻回路和設(shè)計(jì)成熱交換器的管束6之間的過渡區(qū)域。
圖2示出了管束6在艙室2中的布置情況。管束6的每一根管子均呈圓柱形。為了提高冷卻效率，優(yōu)選使這些管子具有加大表面積的結(jié)構(gòu)。另外，通過轉(zhuǎn)動(dòng)艙室2可以根據(jù)未詳細(xì)示出的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)子葉片的定向來使管束6的軸向與風(fēng)向相平行。因而，流過管束6的空氣流量增加，從而提高了冷卻效率。
圖3示出了另一種實(shí)施方式中的熱源1，其排出口7在艙室的外部具有耳狀柄形式的管段9，并經(jīng)送入口3返回到熱源1中。這種初級(jí)冷卻回路的熱傳遞同樣通過自然對流和/或通風(fēng)機(jī)8來實(shí)現(xiàn)。管狀段9也可以由各個(gè)部件在安裝現(xiàn)場組裝而成。
圖4以橫剖圖示出了熱源1的初級(jí)冷卻回路管路系統(tǒng)的原則性布置，其管路位于風(fēng)中并優(yōu)選用未詳細(xì)示出的表面積加大結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。初級(jí)冷卻回路中被加熱空氣的對流可通過在艙室的上部設(shè)置排出口7而在艙室的中部或下部設(shè)置管路送入口3來實(shí)現(xiàn)。
與迄今為止的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的冷卻系統(tǒng)相比，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的構(gòu)造具有以下優(yōu)點(diǎn)無需采用包括用于發(fā)電機(jī)的空氣-水冷卻器在內(nèi)的水中間回路；通過在熱源1的外部設(shè)置一空氣-空氣冷卻器在狹小的艙室內(nèi)提供了空間；與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，其運(yùn)行可靠性大大提高，同時(shí)降低了維修費(fèi)用；不需要提供冷卻水，也不需要對冷卻水進(jìn)行水處理和監(jiān)控；可以省去如水泵、監(jiān)控裝置之類的二次裝置的能量消耗；還可用初級(jí)冷卻回路的被加熱空氣加熱艙室2；同樣，還可以用初級(jí)冷卻回路的被加熱空氣加熱轉(zhuǎn)子葉片，因而尤其在冬天避免結(jié)冰。此外，優(yōu)選要求設(shè)置風(fēng)扇，以實(shí)現(xiàn)所要求的空氣循環(huán)運(yùn)動(dòng)。
同樣，與傳統(tǒng)的對穿通風(fēng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備相比，本發(fā)明的不同之處同樣在于具有很高的運(yùn)行可靠性，因?yàn)闆]有潮濕的空氣和含鹽的空氣流入電氣設(shè)備的運(yùn)行空間。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括設(shè)置在一艙室(2)內(nèi)的一發(fā)電機(jī)(1)、一帶有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力透平，其中，至少所述發(fā)電機(jī)(1)具有一閉合的初級(jí)冷卻回路，所述艙室(2)則具有能冷卻該初級(jí)冷卻回路的部件。
2.按照權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述艙室(2)的所述部件為空氣冷卻器，從而在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)尤其形成一空氣-空氣冷卻器，其具有處于熱耦合的一初級(jí)側(cè)閉合和一次級(jí)側(cè)開放的空氣冷卻器。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于借助于設(shè)計(jì)成管束(6)的一熱交換器實(shí)現(xiàn)初級(jí)和次級(jí)冷卻回路之間的過渡。
4.按照權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述管束(6)可與風(fēng)力方向相平行地定向。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述次級(jí)空氣冷卻器的出口(5)和/或入口(4)被設(shè)置在一有利于流動(dòng)的位置處。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述艙室(2)通過至少一個(gè)耳狀柄形式的管段(9)構(gòu)成所述次級(jí)冷卻回路的至少一部分，從而形成一熱交換器。
7.按照權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述初級(jí)空氣冷卻器的排氣在所述艙室(2)的上半部流出，并在上半部的下方流回到所述艙室(2)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種維修費(fèi)用低廉又能充分冷卻的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，這種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括設(shè)置在一艙室(2)內(nèi)的一發(fā)電機(jī)(1)、一帶有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力透平，其中，至少所述發(fā)電機(jī)(1)具有一閉合的初級(jí)冷卻回路，所述艙室(2)則具有能冷卻該初級(jí)冷卻回路的部件。
文檔編號(hào)H02K9/10GK1666020SQ03816259
公開日2005年9月7日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者曼弗雷德·克魯格爾-戈茨曼, 克里斯琴·希勒, 岡特爾·茲瓦爾格 申請人:西門子公司