[发明专利]用于冷却风力涡轮机结构的方法和系统

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及风力涡轮机的领域，且更特定而言，涉及用于冷却诸如塔筒或外罩这样的风力涡轮机结构的系统和相关联的控制方法，其利用调节的内部空气流动与外部空气流动的组合来冷却该结构内的构件。

背景技术

风力被认为是目前可用的最洁净、最环保的能源之一，为此，风力涡轮机受到了越来越多的关注。现代风力涡轮机通常包括塔筒、可旋转地支承于塔筒上的外罩，容纳于外罩内的发电机和齿轮箱，以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的薄片原理(foil principle)从风俘获动能，且通过旋转能来传输动能以转动轴杆，轴杆将转子叶片联接到齿轮箱(或者，如果不使用齿轮箱，直接联接到发电机)。然后发电机将机械能转变成电能，可将电能调配到电网。随着对风力发电的不断增加的关注，做出了大量工作来开发可靠且高效的风力涡轮机。

风力涡轮机包括若干机械和电构件，机械和电构件可在其操作期间生成热能损失。这些构件包括(例如)通常容纳于外罩中的齿轮箱(若提供)和发电机。其它发热构件可容纳于塔筒中。举例而言，变流器和变压器通常位于塔筒中且用于将发电机从转子的机械能转变的电能馈送到电网。此外，用于控制风力涡轮机操作的一个或多个控制器通常布置于塔筒内。

由于现代风力涡轮机的提高的性能和增加的大小，上述构件的有效冷却越来越困难，特别是关于塔筒内的发热构件。举例而言，据估计对于在1.5MW涡轮机中操作的变流器控制系统而言，大约60kW由变流器以热耗散。将变流器放置于涡轮机塔筒内而不进行充分冷却可导致塔筒内显著的温升，这可能会损坏塔筒内的控制系统和其它构件。

通常，在塔筒中的发热构件布置于由风扇所生成冷却空气流内。这些构件可包括散热器，散热器收集所生成的热，且散热器直接放置于空气流内。受热的空气在塔筒中上升且通常通过靠近塔筒顶部的通气孔排出。塔筒可在塔筒进入门中包括额外通气孔以允许外部空气传递到塔筒下部内。但是，即使对于这种类型的布置，常常难以馈送足够外部空气到塔筒内用于构件的充分冷却。

此外，对塔筒冷却的限制也可由于风力涡轮机的地理位置造成。举例而言，离岸和近岸位点通常并不依靠外部空气作为冷却介质，这是由于空气的高盐含量和湿度，这将导致塔筒内的腐蚀性环境。这些位点使用隔离的冷却系统，诸如具有热交换器的空调系统。也可利用除湿器。湿度和外部温度是可显著地限制给定地理位置的可用冷却选择的考虑事项。

因此，存在对冷却风力涡轮机塔筒内的构件的改进的系统和方法的需要，其利用外部空气的冷却能力，但控制结构中的湿度在可接受的限度内。

发明内容

本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地陈述，或者可从说明书显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

根据本发明的方面，提供一种用于冷却风力涡轮机结构内的构件的方法。风力涡轮机结构可(例如)为塔筒或外罩。该方法包括利用内部空气处理构件的任何合适配置(诸如风扇、管道系统、阻尼器等)来在该结构内形成内部空气的再循环空气流。利用外部空气使再循环空气流可控制地增大以根据(as a function of)影响该结构内所需冷却能力(cooling capacity)的风力涡轮机的限定操作条件组(a defined setof operational conditions)来增加再循环空气流的冷却能力。引入到该结构内的外部空气的量由该结构内相对较热的内部空气的量平衡，以便实现该结构内所需的温度与相对湿度平衡。

根据本发明的其它方面，提供一种风力涡轮机，其具有塔筒，安装于塔筒顶部的外罩以及转子，转子具有一个或多个涡轮机叶片。塔筒或外罩中的至少一个构成需要冷却的风力涡轮机的结构构件。在结构构件内的空气处理构件，例如，管道系统、阻尼器、风扇等的任何配置在结构构件内进行配置以形成内部空气的再循环空气流。外部空气流动调节器与该结构构件进行配置且控制到该结构构件内的外部空气进入，且外部空气比再循环的内部空气相对更冷。控制系统可与内部空气处理构件和外部空气流动调节器在操作上通信，其中，根据影响结构构件内所需冷却能力的风力涡轮机的限定操作条件组，控制系统通过外部空气流动调节器利用外部空气而增大再循环空气流。外部空气增加了再循环空气流的冷却能力。控制系统还平衡引入到该结构构件内的外部空气的量与在结构构件内相对较热的内部空气的量，以实现该结构构件内所需的温度与相对湿度平衡。

参看下文的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特点、方面和优点将会变得更好理解。

附图说明