專利名稱：采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機，屬風力發(fā)電技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
為了實現(xiàn)風力發(fā)電機高效、穩(wěn)定、安全的長期運行，需在風力發(fā)電機中配置必要 的冷卻裝置，以保證齒輪箱、發(fā)電機及控制變頻器等部件在一定的溫度范圍內(nèi)工作。鑒 于風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作特點，目前對上述三大部件的冷卻通常采用兩套獨立的冷卻 系統(tǒng)，其中發(fā)電機和變頻器共用一套，齒輪箱單獨使用一套。對于MW級風力發(fā)電機， 發(fā)電機和控制變頻器的冷卻一般需要采用循環(huán)泵水冷系統(tǒng)才能滿足冷卻要求；而齒輪箱 則通過單獨設置循環(huán)泵供油潤滑系統(tǒng)進行冷卻。
由于熱管結(jié)構(gòu)簡單、無需能源驅(qū)動，因此具有成本低、運行能耗少、安裝和維護容 易等突出優(yōu)點，在風力發(fā)電機系統(tǒng)的冷卻方面是個潛在的選擇?？紤]到發(fā)電機和控制變 頻器及周圍部件結(jié)構(gòu)復雜、空間狹小等原因，無法實現(xiàn)熱管的合理布置，它們在工作過 程中產(chǎn)生的熱量，通常需要由泵驅(qū)動下流動的具有大換熱系數(shù)的液體冷卻介質(zhì)進行冷 卻，并通過設置在機艙蓋外的板翅式空氣換熱器排放至大氣。
而對于齒輪箱，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且因傳動變速部件浸沒于潤滑油中，運動時產(chǎn)生 的熱量主要由潤滑油吸收，且隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，潤滑油具有良好的流動性和較強的換熱能 力，為熱管冷卻技術(shù)的應用提供了必要的空間和工作條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、無需能源驅(qū)動、傳熱效率高、成本低、安裝維 修方便、潤滑油使用量少的采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機。
一種采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機，主要包括臺架、風輪、低速軸、齒輪箱、
高速軸、控制變頻器、發(fā)電機、機艙蓋；所述齒輪箱通過低速軸與風輪相連，通過高速軸與發(fā)電機相連；其特征在于還設有與齒輪箱相連，用于冷卻齒輪箱內(nèi)潤滑油的重力熱 管，以及用于防止冬季潤滑油溫度過低的溫度控制器和電加熱器。
本發(fā)明的工作原理是，正常工作條件，齒輪箱工作過程中產(chǎn)生的熱量先被潤滑油吸 收，而后被吸收的熱量經(jīng)由潤滑油傳遞到熱管蒸發(fā)段，熱管內(nèi)工質(zhì)因吸熱而蒸發(fā)，蒸汽 沿著熱管軸向上升，并經(jīng)過熱管絕熱段后在機艙外通過熱管冷凝段放熱而冷凝，冷凝液 在重力作用下返回蒸發(fā)段，開始下一個蒸發(fā)過程，如此反復循環(huán)，實現(xiàn)對齒輪箱的有效 冷卻；冬季，為了防止在北方寒冷地區(qū)工作時，因熱管換熱能力增加引起的潤滑油溫度 過低，可以通過溫度控制器控制電加熱器工作，確保潤滑油在正常溫度范圍工作。
與目前采用的齒輪箱循環(huán)泵油冷系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、無需能源驅(qū)動、傳熱效 率高、成本低、安裝維修簡便、潤滑油使用量少等突出優(yōu)點。此外，還可以通過選擇適 當?shù)臒峁芄べ|(zhì)，使齒輪箱維持在最佳工作溫度狀態(tài)。


圖1是采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機示意圖。 圖2是重力熱管示意圖。
圖l中標號名稱l.臺架，2.風輪，3.低速軸，4.齒輪箱，5.潤滑油，6.重力熱管， IO.溫度控制器，11.電加熱器，12.高速軸，13.控制變頻器，14.發(fā)電機，15.機艙蓋。 圖2中標號名稱7.工質(zhì)，8.管殼，9.肋片，a.蒸發(fā)段，b.絕熱段，c.冷凝段。
具體實施例方式
根據(jù)圖1所示，本發(fā)明的采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機，主要包括臺架l、風 輪2、低速軸3、齒輪箱4、潤滑油5、高速軸12、控制變頻器13、發(fā)電機14;其特征 是還設有與齒輪箱4相連，用于冷卻齒輪箱4內(nèi)潤滑油5的重力熱管6,以及用于防止 冬季潤滑油5溫度過低的溫度控制器10和電加熱器11。
在風力發(fā)電工作過程中，風輪在風力驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速通過低速軸傳至齒輪箱進 行增速，經(jīng)過高速軸與發(fā)電機相連，從而帶動發(fā)電機工作產(chǎn)生電能。在齒輪箱工作過程 中會產(chǎn)生大量的熱量，主要被潤滑油吸收，通常要求齒輪箱油溫最高不應超過8(TC，且 不同軸承間的溫差不得超過15'C，否則會引起系統(tǒng)設備損壞的嚴重后果，因此為了保證 風力發(fā)電機系統(tǒng)安全、穩(wěn)定，需要采取有效的手段對齒輪箱進行有效冷卻。 我們知道，對于重力熱管，當蒸發(fā)段置于下部，冷凝段置于上部，充以一定數(shù)量合 適的工質(zhì)7，只要蒸發(fā)段和冷凝段存在一定的溫差，就能夠在無需外部能源驅(qū)動的情況 下工作，其中蒸發(fā)段工質(zhì)吸熱，冷凝段工質(zhì)放熱，而當蒸發(fā)段溫度低于冷凝段溫度時即 停止工作，從而維持蒸發(fā)段溫度的恒定。
對于風力發(fā)電機齒輪箱，工作時產(chǎn)生的熱量主要由潤滑油吸收，引起潤滑油的溫度 上升，需要對潤滑油進行有效冷卻，進而實現(xiàn)齒輪箱的冷卻。工作過程中，通常要求潤 滑油的工作溫度在1(TC一8(TC之間，而環(huán)境溫度一般低于40°C，因此可以在齒輪箱內(nèi) 部和機艙外部環(huán)境之間設置重力熱管，并將其蒸發(fā)段a置于齒輪箱內(nèi)潤滑袖中，冷凝段 c置于機艙上部。重力熱管在工作過程中，液體狀的工質(zhì)在蒸發(fā)端吸收潤滑油的熱量蒸 發(fā)，上升的蒸汽經(jīng)過絕熱段b在冷凝端處被外界高速氣流冷卻釋放氣化潛熱凝結(jié)成液體， 冷凝液在重力作用下,重新返回蒸發(fā)段，進行下一輪冷卻，依次往復，最終將齒輪箱產(chǎn)生 的熱量源源不斷的泵送到機艙外部環(huán)境。此外，在齒輪箱內(nèi)設有溫度控制器，實時監(jiān)測 齒輪箱中潤滑油的溫度。冬季，由于機艙外部環(huán)境溫度與潤滑油溫度之差明顯增大，重 力熱管的換熱能力增強，使得齒輪箱潤滑油溫度可能低于1CTC。當油溫低于IO'C時， 溫度控制器將控制設置于齒輪箱內(nèi)的電加熱器對潤滑油進行加熱，使油溫達到正常工作 溫度范圍，從而保證風力發(fā)電機組高效、穩(wěn)定、安全的長期工作。
根據(jù)圖1和圖2所示，所述的重力熱管6采用適當?shù)膬A斜角度布置，其目的是為了 液態(tài)工質(zhì)能夠在重力作用下沿熱管內(nèi)壁順利回流，確保熱管正常工作，同時傾斜布置時 也有助于提高冷凝段換熱能力。蒸發(fā)段浸沒于潤滑油中，由于潤滑油的流動，換熱系數(shù) 較大，可以直接采用光管；絕熱段的長度根據(jù)實際需求而定；而冷凝段處于外界環(huán)境中， 與空氣對流換熱，換熱系數(shù)較小，因此為強化換熱通常需要在冷凝段管外側(cè)加裝肋片9， 工質(zhì)則根據(jù)冷卻要求可以采用氨或氟利昂。另外，在工作過程中，熱管的數(shù)量根據(jù)實際 傳熱量選擇布置。
與目前采用的風力發(fā)電齒輪箱冷卻系統(tǒng)相比，采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機， 具有結(jié)構(gòu)簡單、無需能源驅(qū)動、傳熱效率高、成本低、安裝和維修方便、潤滑油使用量 少等突出優(yōu)點，能夠滿足大功率風力發(fā)電機的冷卻要求。此外，還可以通過選擇適當?shù)?熱管工質(zhì)，使齒輪箱維持在最佳工作溫度狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機，主要包括臺架(1)、風輪(2)、低速軸(3)、齒輪箱(4)、高速軸(12)、控制變頻器(13)、發(fā)電機(14)、機艙蓋(15)；所述齒輪箱(4)通過低速軸(3)與風輪(2)相連，通過高速軸(12)與發(fā)電機(14)相連；其特征在于還設有與齒輪箱(4)相連，用于冷卻齒輪箱(4)內(nèi)潤滑油(5)的重力熱管(6)，以及用于防止冬季潤滑油(5)溫度過低的溫度控制器(10)和電加熱器(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機，其特征在于所述重力 熱管(6)，其蒸發(fā)段(a)置于齒輪箱內(nèi)潤滑油中，其冷凝段(c)伸出機艙外。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機，其特征在于所述重力 熱管(6)，其冷凝段(c)外側(cè)裝有肋片(9)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機，其特征在于所 述重力熱管(6)傾斜布置。
全文摘要
一種采用熱管冷卻齒輪箱的風力發(fā)電機，屬于風力發(fā)電機技術(shù)領域。主要包括臺架(1)、風輪(2)、低速軸(3)、齒輪箱(4)、高速軸(12)、控制變頻器(13)、發(fā)電機(14)、機艙蓋(15)；其特征是還設有與齒輪箱相連，用于冷卻齒輪箱內(nèi)潤滑油(5)的重力熱管(6)，以及用于防止冬季潤滑油溫度過低的溫度控制器(10)和電加熱器(11)。該風力發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、無需能源驅(qū)動、傳熱效率高、成本低、安裝和維修方便等突出優(yōu)點。
文檔編號F03D11/00GK101338732SQ200810124198
公開日2009年1月7日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者何舟東, 秋 張, 朱春玲, 政 王, 瓏 王, 蔣彥龍 申請人:南京航空航天大學