CN111042993B - 风力发电机塔筒散热装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及风力发电技术领域，具体公开了风力发电机塔筒散热装置，其包括蓄水槽、降温部以及水流循环单元；蓄水槽环绕在塔筒的外周，且蓄水槽的顶部开口；降温部包括外筒套，外筒套内设有由弹性橡胶制成的包裹层，包裹层与外筒套围成压力空间；水流循环单元包括缸体和设置在缸体内的活塞；电缆的外周套设有箍紧环，箍紧环通过连杆与活塞连接；缸体的底部设有第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀连通蓄水槽和缸体，第二单向阀连通和压力空间；外筒套的下部设有连通压力空间的直径极小的泄压口，泄压口位于蓄水槽的上部并与蓄水槽连通。该装置可以减少电缆的晃动，防止电缆出现扭转，并促进塔筒内电缆的散热。

Description

风力发电机塔筒散热装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及风力发电机塔筒散热装置。

背景技术

风力发电机组理论寿命为20年之久，顶段塔筒电缆为悬空，随着机组运行，塔筒内电缆会随之摆动，虽原设计有电缆护圈以限定电缆甩动范围，但电缆和护圈间长期磨擦造成电缆外皮磨损，严重时形成接地放电，造成巨大损失。

对此段电缆加以固定、梳理、保护、散热和分隔，可以最大限度降低安全隐患，减少维护、服务的时间和成本。塔筒门加装散热系统也尽可能的降低机组运行过程中产生的热量，延长塔筒内电气元器使用寿命。

随着风力发电机组单机功率的不断增大，风力发电机组塔筒中的电缆数量也相应不断增多，当风向发生变化，机组自动对风偏航，或大风工况机组发电情况下，在塔筒中心初始自然下垂的电缆会左右上下来回晃动，撞击塔筒侧壁，引起电缆的扭转提拉，并且有不同程度的摩擦，长期以往，电缆撞表皮会由于撞击和摩擦受损坏。

现有的解决方法，一般是在电缆摩擦处裹上一层橡胶皮，起到缓解撞击力和降低摩擦的作用，但现场使用中，橡胶皮长期使用过程中因松动、老化等原因会做成移位甚至脱落，保护效果不理想，而且还需要人工对其进行不断维护，无法从根本上解决问题。机组运行过程中电气设备、电缆自身都会存在放热效应，电缆长时间在较热环境下，会提前老化，因此对电缆及塔筒进行散热同样是电缆防护的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供风力发电机塔筒散热装置，以减少电缆的晃动，防止电缆出现扭转，并促进塔筒内电缆的散热。

风力发电机塔筒散热装置包括设置在塔筒外部的蓄水槽、设置在塔筒内的降温部以及设置在降温部上方的水流循环单元；所述蓄水槽环绕在塔筒的外周，且蓄水槽的顶部开口；所述降温部包括外筒套，外筒套内设有由弹性橡胶制成的包裹层，包裹层与外筒套围成压力空间，且压力空间内设有贯穿压力空间的管体，管体的两端开口；

所述水流循环单元包括缸体和设置在缸体内的活塞，活塞仅可沿缸体的轴向往复滑动；电缆的外周套设有箍紧环，箍紧环通过连杆与活塞连接；缸体的底部设有第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀的进口端连通蓄水槽，第一单向阀的出口端连通缸体，第二单向阀的进口端连通缸体，第二单向阀的出口端连通压力空间；所述外筒套的下部设有连通压力空间的泄压口，泄压口的直径为0.2mm-0.6mm，且泄压口位于蓄水槽的上部并与蓄水槽连通。

本方案的原理在于：

由于箍紧环箍紧在电缆外周，当电缆摆动时，电缆将通过箍紧环带动缸体内的活塞运动；活塞在缸体内部滑动时，缸体内部的空间将发生改变。当缸体内部的空间增大时，缸体将通过第一单向阀吸入蓄水槽内的水；而当缸体内的空间减小时，缸体将通过第二单向阀向压力空间内压入水。随着压力空间内的水不断增加，压力空间内的压力不断增大，从而包裹层将向中部膨胀以握紧电缆。电缆振动速率越快、振动幅度越高，则缸体向压力空间内供入水的速率越高，压力空间内的压力也越大，从而包裹层握紧电缆的力度也越大，降低电缆振动和滑动的能力也越强，可以一定程度地降低电缆的扭转和提拉。当电缆停止振动后，压力空间内的压力将通过泄压口泄压，从而包裹层与电缆之间将出现间隙，使得多根电缆松开，有利于电缆的散热。

本方案的有益效果在于：

(1)电缆由包裹层进行包裹，且包裹层由弹性橡胶制成，通过向压力空间内注入水以使压力空间内的压力增加可以使包裹层变形，从而包裹层握紧电缆，可以降低电缆的晃动，防止电缆的扭转及反复提拉，减少电缆与塔筒侧壁或其他侧壁的摩擦。另外，包裹层由橡胶制成以形成柔性状态，从而可以避免包裹层对电缆造成损伤。

(2)在电缆被包裹层握紧后，电缆与电缆之间的间隙减小，从而电缆自身的散热能力降低；而此时从蓄水槽注入压力空间中的水环绕在电缆外周，从而水对电缆线的散热进行吸收，可以加速热量的扩散。

(3)在电缆线停止晃动后，缸体将停止向压力空间内注入水；而包裹层仍处于变形状态，则压力空间内仍维持着较大的压力，在该压力的作用下，压力空间内的水将通过泄压口排出，使得包裹层松开电缆，从而电缆将出现间隙，有利于电缆散热。

优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，所述水流循环单元设有多个，且连杆与活塞、连杆与箍紧环均为球铰连接。连杆的两端均采用球铰接与活塞和箍紧环连接，可以避免连杆受到弯矩而被折断；另外，通过设置多个水流循环单元，电缆向各个方向运动，均可带动活塞在缸体内运动，以提升缸体对压力空间的供水量。

优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，所述其中一个水流循环单元的缸体内设有往复传动杆，往复传动杆贯穿活塞，且往复传动杆和活塞通过相互啮合的螺旋凹槽和螺旋凸棱配合，在活塞相对于缸体往复滑动时，往复传动杆将往复转动；往复传动杆的端部固定有蜗杆，塔筒内沿水平方向转动连接有卷筒和转动轴，且卷筒通过第一单向轴承与塔筒侧壁转动连接，转动轴上通过第二单向轴承连接有蜗轮，蜗杆与蜗轮配合；转动轴上固定有第一链轮，卷筒上固定连接有第二链轮，第一链轮和第二链轮通过链条连接。

在优选方案二中，电缆带动活塞在缸体内往复滑动的过程中，往复传动杆将往复转动，从而带动蜗杆往复转动，则蜗杆将带动蜗轮往复转动；由于蜗轮通过第二单向轴承与转动轴连接，因此蜗轮仅在正转时可向转动轴传递扭矩，从而使得转动轴间隙性正转，即转动杆通过第一链轮、第二链轮和链条构成的链传动关系带动卷筒转动，以此可以进一步的缠绕电缆。

电缆的摆动与电缆处于松弛状态有关，电缆摆动的幅度越大则电缆越处于松弛状态；且随着电缆长期处于摆动状态，将导致电缆下坠。在本优选方案中，通过电缆线的摆动驱动蜗轮转动，且由于蜗轮与蜗杆的传动比很大，同时也具有放大力矩的作用；因此，通过利用电缆摆动的惯性驱动卷筒转动，从而使卷筒对电缆进行缠绕，以对电缆起到提拉作用，降低电缆摆动幅度。而卷筒通过第一单向轴承与塔筒侧壁转动连接，可以避免卷筒反向转动导致缠绕在卷筒上的电缆松弛。

优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，所述卷筒的表面设有尼龙层；以避免缠绕在卷筒上的电缆相对于卷筒的表面滑动。

优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，所述包裹层的外壁上设有尼龙制成的防滑层。通过设置防滑层，在包裹层握紧电缆时，可以降低避免电缆相对于包裹层滑动的概率，一方面有利于保护包裹层，另一方面有利于保护电缆层的外层。

优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，所述水流循环单元与降温部的距离设置为1.5m-3m。电缆距离外筒套越远，电缆振动幅度越大，则缸体对压力空间的供气量越大。

优选方案六：作为对优选方案五的进一步优化，所述管体沿竖直方向设置；以便管体内形成向上流动的气流，从而有利于温度向外散出，提高散热效率。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明降温部的截面图；

图3为图1中A部分的放大图；

图4为本发明卷筒的结构简图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：塔筒10、电缆20、箍紧环30、水流循环单元40、缸体41、活塞42、第一单向阀43、第二单向阀44、连杆45、安装板46、往复传动杆47、降温部50、外筒套51、管体52、压力空间53、包裹层55、防滑层56、筋板57、卷筒60、第二链轮61、蜗杆71、蜗轮72、第一链轮73、转动杆74、蓄水槽80。

如图1所示，风力发电机塔筒散热装置包括蓄水槽80、降温部50以及三个水流循环单元40。如图1所示，蓄水槽80为环绕在塔筒10外周的槽状结构，且蓄水槽80的顶部开口，从而使得蓄水槽80蓄接雨水，以作为冷却水用。如图2所示，降温部50包括由铝合金材料制成的外筒套51和由弹性橡胶材质制成的包裹层55。在本实施例中，外筒套51设置为圆管状，在外筒套51的内沿其周向均匀设置有八个管体52，且管体52的上下两端均开口。外筒套51的上下两端焊接有环形的封板，包裹层55卷曲成圆筒状，且包裹层55与封板的内圈粘接、与管体52接触的部分与管体52粘接，使得外筒套51、封板和包裹层55围成压力空间53，即向压力空间53内充入介质将使得压力空间53内的压力增大，包裹层55将向中部膨胀。管体52沿外筒套51的轴线方向设置，且管体52的两端分别贯穿外筒套51两端的封板，管体52与封板焊接，从而使得管体52贯穿压力空间53。由于管体52将压力空间53分隔成多个区域，因此为了使整个压力空间53处于相互连通状态，管体52的外壁与外筒套51的内壁之间设有1mm的间隙。

如图3所示，水流循环装置包括缸体41和滑动连接在缸体41内的活塞42，且活塞42的内侧壁上设有沿活塞42的轴向设置的导向棱，该导向棱与活塞42形成配合，从而活塞42仅能沿缸体41的轴向往复滑动。电缆20外周套设有箍紧环30，箍紧环30用以箍紧多根电缆20，以避免电缆20散开；为避免电缆20相互挨紧影响电缆20散热，箍紧环30内设有仅能供单个线缆通过的套圈，且套圈与套圈之间具有一定间隙，以使得箍紧环30内的线缆之间具有间隙，以便散热。箍紧环30的外周面上设有三个连接凸棱，连接凸棱沿箍紧环30的周向均匀分布。每个水流循环装置的活塞42通过连杆45与活塞42连接，具体的连接方式为连杆45的一端与活塞42的中心球连接，连杆45的另一端与箍紧环30上的一个连接凸棱球连接。

在具体安装时，先将降温部50固定在塔筒10的内部上，且降温部50的外筒套51上设有个筋板57，外筒套51通过筋板57与塔筒10的内侧壁固定，并使得外筒套51和管体52的轴线沿竖直方向设置；且筋板57还可将外筒套51向外支出，以减少电缆20与塔筒10内壁的撞击。水流循环装置安装在降温部50的上方，且水流循环装置与降温部50的距离设置为2.5m。如图1所示，水流循环装置的缸体41通过安装板46固定在塔筒10的内壁上，且三个缸体41沿箍紧环30的周向均匀分布。

如图3所示，缸体41的底部设有第一单向阀43和第二单向阀44，第一单向阀43用以供蓄水槽80内的水进入缸体41内；而第二单向阀44与压力空间53连接，以使压力空间53内的水可以压入压力空间53内。具体为，第一单向阀43的进口端与蓄水槽80连通，而第一单向阀43的出口端与缸体41连通；第二单向阀44的进口端连通缸体41，而第二单向阀44的出口端连接压力空间53。

当电缆20摆动时，电缆20将通过箍紧环30带动缸体41内的活塞42运动；活塞42在缸体41内部滑动时，缸体41将通过第二单向阀44向压力空间53内压入水，从而包裹层55将向中部膨胀以握紧电缆20，以此可以减少电缆20的振动和滑动。电缆20振动速率越快、振动幅度越高，则缸体41向压力空间53内供入水的速度越高时，压力空间53内的压力也越大，从而包裹层55握紧电缆20的力度也越大，降低电缆20振动和滑动的能力也越强。当包裹层55将电缆20握紧时，电缆20相互紧靠，电缆20之间的间隙越小，电缆20散热能力降低，而此时水环绕在电缆20外周，可以增强塔筒10内电缆20的散热效率。

在外筒体的侧壁上设有直径为0.4mm的泄压口，该泄压口通过管道回接到蓄水槽80中，从而可以水进行回用。当电缆20停止振动后，压力空间53内的压力将通过泄压口泄压，从而包裹层55与电缆20之间将出现间隙，从而促进电缆20的散热。

包裹层55的外壁上设有尼龙制成的防滑层56，以在包裹层55握紧电缆20时，可以降低避免电缆20相对于包裹层55滑动的概率，一方面有利于保护包裹层55，另一方面有利于保护电缆20的外层。

如图1所示，在降温部50上方两米处设置卷筒60，卷筒60通过第一单向轴承与塔筒10的侧壁转动连接，由于设置第一单向轴承，卷筒60仅能正向转动。如图4所示，电缆20缠绕在卷筒60上3至4圈，当卷筒60正向转动时，卷筒60将继续对电缆20进行缠绕，从而对电缆20起到提拉作用；且为了防止电缆20相对于卷筒60滑动，卷筒60的表面设有尼龙层。如图1所示，其中的一个水流循环单元40的缸体41上转动连接有往复传动杆47，往复传动杆47与缸体41的轴向平行设置；往复传动杆47的一端设于缸体41内部并贯穿活塞42，往复传动杆47的另一端位于缸体41的外部并与塔筒10的侧壁转动连接。如图3所示，往复传动杆47与活塞42通过相互配合的螺旋凹槽和螺旋凸棱形成连接关系，当活塞42相对于缸体41往复滑动时，往复传动杆47将往复转动。往复传动杆47位于缸体41外部的一段为蜗杆71，在蜗杆71的上方设有水平设置转动轴，转动轴的两端与塔筒10的侧壁转动连接；转动轴上通过第二单向轴承连接有蜗轮72，蜗轮72与蜗杆71形成配合，则蜗杆71往复转动将驱动蜗轮72往复转动，而仅有当蜗轮72正转时，蜗轮72才向转动轴传递扭矩。转动轴上固定有第一链轮73，卷筒60上固定有第二链轮61，第一链轮73和第二链轮61通过链条连接；即在电缆20振动的过程中，随着电缆20带动活塞42往复振动，蜗杆71将缓慢的驱动卷筒60正转，从而可以对电缆20起到提拉作用。另外，随着包裹层55握紧电缆20，使得电缆20无法相对于降温部50滑动，则包裹层55和卷筒60配合可以张紧电缆20，从而降低电缆20摆动，可以避免电缆20和侧壁撞击导致电缆20表皮损坏。

另外，电缆20的摆动将使得水流循环部将蓄水槽80内的水泵入压力空间53内，且电缆20振幅越大，此时可以加速水进入压力空间53以对电缆20进行降温。当电缆20停止摆动或电缆20的振幅减弱，则压力空间53内的水在自身的压力下通过泄压口缓慢返回到蓄水槽80内，从而通过塔筒10内部和外部的水的循环交换，可以提高塔筒10内的降温效率。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.风力发电机塔筒散热装置，其特征在于：包括设置在塔筒外部的蓄水槽、设置在塔筒内的降温部以及设置在降温部上方的水流循环单元；所述蓄水槽环绕在塔筒的外周，且蓄水槽的顶部开口；所述降温部包括外筒套，外筒套内设有由弹性橡胶制成的包裹层，包裹层与外筒套围成压力空间，且压力空间内设有贯穿压力空间的管体，管体的两端开口；

所述水流循环单元包括缸体和设置在缸体内的活塞，活塞仅可沿缸体的轴向往复滑动；电缆的外周套设有箍紧环，箍紧环通过连杆与活塞连接；缸体的底部设有第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀的进口端连通蓄水槽，第一单向阀的出口端连通缸体，第二单向阀的进口端连通缸体，第二单向阀的出口端连通压力空间；所述外筒套的下部设有连通压力空间的泄压口，泄压口的直径为0.2mm-0.6mm，且泄压口位于蓄水槽的上部并与蓄水槽连通。

2.根据权利要求1所述的风力发电机塔筒散热装置，其特征在于：所述水流循环单元设有多个，且连杆与活塞、连杆与箍紧环均为球铰连接。

3.根据权利要求2所述的风力发电机塔筒散热装置，其特征在于：所述其中一个水流循环单元的缸体内设有往复传动杆，往复传动杆贯穿活塞，且往复传动杆和活塞通过相互啮合的螺旋凹槽和螺旋凸棱配合，在活塞相对于缸体往复滑动时，往复传动杆将往复转动；往复传动杆的端部固定有蜗杆，塔筒内沿水平方向转动连接有卷筒和转动轴，且卷筒通过第一单向轴承与塔筒侧壁转动连接，转动轴上通过第二单向轴承连接有蜗轮，蜗杆与蜗轮配合；转动轴上固定有第一链轮，卷筒上固定连接有第二链轮，第一链轮和第二链轮通过链条连接。

4.根据权利要求3所述的风力发电机塔筒散热装置，其特征在于：所述卷筒的表面设有尼龙层。

5.根据权利要求4所述的风力发电机塔筒散热装置，其特征在于：所述包裹层的外壁上设有尼龙制成的防滑层。

6.根据权利要求5所述的风力发电机塔筒散热装置，其特征在于：所述水流循环单元与降温部的距离设置为1.5m-3m。

7.根据权利要求6所述的风力发电机塔筒散热装置，其特征在于：所述管体沿竖直方向设置。

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