一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体的，涉及一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统。


背景技术：

2.为实现碳达峰、碳中和的重大战略举措，推动节能减排，加强资源综合利用，合理控制能源消费总量，大幅提升能能源利用效率，优化能源结构，新能源发电受到大力发展。
3.风力发电作为典型新能源应用方式，机组不断将风能转化为电能，以双馈型风力发电机组为例，在正常运行过程中，变流器及齿轮箱部件会产生大量的热能，由风力发电机组配属的热管理系统将热量带走。一旦发生超温现象，将会对风力发电机组的正常运行带来严重挑战，影响风力发电机组的安全运行。
4.传统风电变流器液冷系统，采用单相液冷系统，冷却工质为乙二醇溶液，通过换热器吸收发热部件产生的热量，换热效率低；且在长期工作过程中，乙二醇溶液会不断分解，产生酸性物质等，造成热管理系统的腐蚀或堵塞，严重影响换热能力。并且一旦发生冷却液泄漏，导电液体流入风力发电机组中，将会产生重大安全事故。
5.针对上述问题，亟需一种新的风力发电机组的冷却系统。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种风力发电机组的冷却系统，通过设置冷却工质的循环换热系统，实现对风力发电机组中发热元件的换热。
7.本实用新型采用如下的技术方案。
8.本实用新型涉及一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统，系统包括顺序循环连接的主循环泵1、加热器2、第一静压腔3、冷板单元4、第二静压腔5、冷凝器6、干燥过滤器7和集液箱8；其中，主循环泵1的出口与加热器2的入口连接，以通过加热器2将系统中的液态冷却工质升压并加热后输入至第一静压腔3中实现液态冷却工质的分流；冷板单元4与风力发电机组中的发热元件进行接触，并通过液态冷却工质实现换热，以对发热元件进行冷却；第二静压腔5对换热后转换为气态的冷却工质进行汇流，并将冷却工质导流至冷凝器6中；冷凝器6、干燥过滤器7和集液箱8分别对冷却工质进行冷凝、干燥和收集，并将冷却工质反馈至主循环泵1的入口；其中，系统还包括plc采集模块，用于采集相变冷却系统的状态并对风力发电机组和相变冷却系统进行控制。
9.优选的，系统中设置有第一至第六压力传感器；其中，第一压力传感器设置于主循环泵1的出口；第二压力传感器设置于第一静压腔3内；第三压力传感器设置于第二静压腔5内；第四压力传感器设置于第二静压腔5与冷凝器6之间的连接管路上靠近冷凝器6的一侧；第五压力传感器设置于干燥过滤器7内；第六压力传感器设置于集液箱8内。
10.优选的，系统中设置有第一至第三温度传感器；其中，第一温度传感器位于第一静压腔3内；第二温度传感器位于第二静压腔5内；第三温度传感器位于集液箱8内。
11.优选的，压力传感器和温度传感器均与plc采集模块连接，以实现对系统内部的压力信号和温度信号的采集。
12.优选的，plc采集模块还与主循环泵1、加热器2的控制端连接，并与风力发电机组中继电保护元件的控制端、信号采集端连接；并且，plc采集单元采集继电保护元件的信号状态、压力信号、温度信号，以此计算出发电机组中各个元件的启停控制方式，并通过控制端控制主循环泵1、加热器2和继电保护元件的启停状态。
13.本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型中的一种风力发电机组的冷却系统，通过设置冷却工质的循环换热系统，实现对风力发电机组中发热元件的换热。并且，本实用新型还支持plc控制方式，通过采集冷却系统的状态和风力发电机组中继电器元件的状态来实现对冷却系统的反馈控制。
附图说明
14.图1为本实用新型中一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统的元件结构示意图。
15.附图标记：
16.1-主循环泵；
17.2-加热器；
18.3-第一静压腔；
19.4-冷板单元；
20.5-第二静压腔；
21.6-冷凝器；
22.7-干燥过滤器；
23.8-集液箱；
24.9-1、9-2、9-3、9-4、9-5、9-6：第一至第六压力传感器；
25.10-1、10-2、10-3：第一至第三温度传感器。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。本实用新型所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型精神，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，根据本实用新型中记载的实施例而获得的所有其它本实用新型中未记载的实施例，都应当属于本实用新型的保护范围。
27.图1为本实用新型中一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统的元件结构示意图。如图1所示，本实用新型第一方面，涉及一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统。
28.具体的，系统包括顺序循环连接的主循环泵1、加热器2、第一静压腔3、冷板单元4、第二静压腔5、冷凝器6、干燥过滤器7和集液箱8；其中，主循环泵1的出口与加热器2的入口连接，以通过加热器2将系统中的液态冷却工质升压并加热后输入至第一静压腔3中实现液态冷却工质的分流；冷板单元4与风力发电机组中的发热元件进行接触，并通过液态冷却工
质实现换热，以对发热元件进行冷却；第二静压腔5对换热后转换为气态的冷却工质进行汇流，并将冷却工质导流至冷凝器6中；冷凝器6、干燥过滤器7和集液箱8分别对冷却工质进行冷凝、干燥和收集，并将冷却工质反馈至主循环泵1的入口；其中，系统还包括plc采集模块，用于采集相变冷却系统的状态并对风力发电机组和相变冷却系统进行控制。
29.可以理解的是，本实用新型中的相变液冷系统，采用绝缘、无腐蚀的冷媒工质作为冷却介质，通过蒸发吸热和冷凝放热的相变换热方式，源源不断的将风力发电机组中元器件工作中产生的热量带走，相变换热利用汽化潜热，换热效率高，且工质绝缘、无腐蚀，长期使用更安全可靠。
30.其中，系统由动力循环泵站部分，外冷冷凝器部分，换热冷板部分组成。液态的冷却工质由主循环泵1进行升压，然后通过加热器2，低温情况下加热器2开启，对工质进行有效加热，工质经过加热器2后进入静压腔3，在静压腔3内，工质流速降低，进行流量分配后，进入冷板单元4，冷板单元4与风力发电机组中的发热元件接触进行换热，液态工质在冷板单元4内进行蒸发吸热，由液态向气态转化，在冷板单元中完成吸热任务的工质统一进入静压腔5，然后流向冷凝器6，在冷凝器6中，工质进行冷凝放热，由气态向液态转化，冷凝器配套的风机将热量转移至大气中，完成放热后的工质经过干燥过滤器7，在干燥过滤器7中，冷却工质中混有的微小杂志及残留水分被截留，不含多余水分的工质进入集液箱8中，完成一整个循环，集液箱8位于主循环泵1的入口处，正常工作过程中集液箱内存有大量液体，保证主循环泵1的正常工作。
31.优选的，系统中设置有第一至第六压力传感器；其中，第一压力传感器设置于主循环泵1的出口；第二压力传感器设置于第一静压腔3内；第三压力传感器设置于第二静压腔5内；第四压力传感器设置于第二静压腔5与冷凝器6之间的连接管路上靠近冷凝器6的一侧；第五压力传感器设置于干燥过滤器7内；第六压力传感器设置于集液箱8内。
32.优选的，系统中设置有第一至第三温度传感器；其中，第一温度传感器位于第一静压腔3内；第二温度传感器位于第二静压腔5内；第三温度传感器位于集液箱8内。
33.可以理解的是，为了保证本实用新型中热管理系统，也即是相变冷却系统，的正常运行，系统配备了完备的传感器监控。序号9为压力传感器，共6个，分别位于主循环泵1出口、静压腔3处、静压腔5处、冷凝器6前、干燥过滤器7处、集液箱8处。序号10为温度传感器，分别位于静压腔3处、静压腔5处、集液箱8处。
34.优选的，压力传感器和温度传感器均与plc(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)采集模块连接，以实现对系统内部的压力信号和温度信号的采集。
35.本实用新型中的系统是一个相对复杂的系统，对机组参数进行监测既是保证液冷机组正常运行的前提，也是机组自动运行的控制依据，系统中设置的传感器，由plc的采集模块进行采集，包括温度信号、压力信号，同时也采集了对电机设备保护的热继电器状态等信号，完善的采集传感器为机组的良好运行奠定了基础。
36.优选的，plc采集模块还与主循环泵1、加热器2的控制端连接，并与风力发电机组中继电保护元件的控制端、信号采集端连接；并且，plc采集单元采集继电保护元件的信号状态、压力信号、温度信号，以此计算出发电机组中各个元件的启停控制方式，并通过控制端控制主循环泵1、加热器2和继电保护元件的启停状态。
37.控制系统根据系统的控制要求和工作逻辑，完成主循环泵、风机、加热器等设备的
启动停止和保护。液冷机组的控制由plc为核心完成，机组在接收到开机指令后，根据自身控制策略进入自动运行状态，机组能保证供液温度的自动控制，在阀门位置不变时，压力、流量可以保证在上次调节后的状态。
38.本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型中的一种风力发电机组的冷却系统，通过设置冷却工质的循环换热系统，实现对风力发电机组中发热元件的换热。并且，本实用新型还支持plc控制方式，通过采集冷却系统的状态和风力发电机组中继电器元件的状态来实现对冷却系统的反馈控制。
39.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统，其特征在于：所述系统包括顺序循环连接的主循环泵(1)、加热器(2)、第一静压腔(3)、冷板单元(4)、第二静压腔(5)、冷凝器(6)、干燥过滤器(7)和集液箱(8)；其中，所述主循环泵(1)的出口与加热器(2)的入口连接，以通过加热器(2)将系统中的液态冷却工质升压并加热后输入至第一静压腔(3)中实现液态冷却工质的分流；所述冷板单元(4)与风力发电机组中的发热元件进行接触，并通过液态冷却工质实现换热，以对所述发热元件进行冷却；所述第二静压腔(5)对换热后转换为气态的冷却工质进行汇流，并将所述冷却工质导流至所述冷凝器(6)中；所述冷凝器(6)、干燥过滤器(7)和集液箱(8)分别对所述冷却工质进行冷凝、干燥和收集，并将所述冷却工质反馈至所述主循环泵(1)的入口；其中，所述系统还包括plc采集模块，用于采集所述相变冷却系统的状态并对所述风力发电机组和所述相变冷却系统进行控制。2.根据权利要求1中所述的一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统，其特征在于：所述系统中设置有第一至第六压力传感器；其中，所述第一压力传感器设置于所述主循环泵(1)的出口；第二压力传感器设置于所述第一静压腔(3)内；第三压力传感器设置于所述第二静压腔(5)内；第四压力传感器设置于所述第二静压腔(5)与所述冷凝器(6)之间的连接管路上靠近所述冷凝器(6)的一侧；第五压力传感器设置于所述干燥过滤器(7)内；第六压力传感器设置于所述集液箱(8)内。3.根据权利要求2中所述的一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统，其特征在于：所述系统中设置有第一至第三温度传感器；其中，所述第一温度传感器位于所述第一静压腔(3)内；所述第二温度传感器位于所述第二静压腔(5)内；所述第三温度传感器位于所述集液箱(8)内。4.根据权利要求3中所述的一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统，其特征在于：所述压力传感器和所述温度传感器均与plc采集模块连接，以实现对系统内部的压力信号和温度信号的采集。5.根据权利要求4中所述的一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统，其特征在于：所述plc采集模块还与所述主循环泵(1)、加热器(2)的控制端连接，并与所述风力发电机组中继电保护元件的控制端、信号采集端连接；并且，所述plc采集单元采集所述继电保护元件的信号状态、压力信号、温度信号，以此计算出所述发电机组中各个元件的启停控制方式，并通过控制端控制所述主循环泵(1)、加
热器(2)和继电保护元件的启停状态。

技术总结
一种适用于直驱型风力发电机组的相变冷却系统，其特征在于：主循环泵(1)的出口与加热器(2)的入口连接，以通过加热器(2)将系统中的液态冷却工质升压并加热后输入至第一静压腔(3)中实现液态冷却工质的分流；冷板单元(4)与风力发电机组中的发热元件进行接触，并通过液态冷却工质实现换热，以对发热元件进行冷却；第二静压腔(5)对换热后转换为气态的冷却工质进行汇流，并将冷却工质导流至冷凝器(6)中；冷凝器(6)、干燥过滤器(7)和集液箱(8)分别对冷却工质进行冷凝、干燥和收集，并将冷却工质反馈至主循环泵(1)的入口；其中，系统还包括PLC采集模块，用于采集相变冷却系统的状态并对风力发电机组和相变冷却系统进行控制。力发电机组和相变冷却系统进行控制。力发电机组和相变冷却系统进行控制。


技术研发人员：吴安兵 刘佳威 林锦岳 耿曼
受保护的技术使用者：广州高澜节能技术股份有限公司
技术研发日：2022.11.29
技术公布日：2023/6/27