整机通风冷却专利解读

2011年12月，专利CN202360305U横空出世，提出了从塔底到机头的冷却气流组织方式

风力发电机组内部环境控制系统

过滤器

该专利提出了从塔底进风，然后冷却气流沿着塔筒而上，经底座、主轴承轴承孔、轮毂后，从叶根缝隙（包括轮毂罩与发电机之间的缝隙）排出。在塔底进风口处设置过滤器，该过滤器有挡水板、中效过滤器、亚高效过滤器以及加热器组成。还布设了用于感测滤芯阻力的压差传感器以及加热器后的相对湿度传感器。专利还提到了在机组转动连接的缝隙处设置压差传感器，用于调整塔底的变频风机风量，来维持机组内的压力始终高于外界，就是保持机组内微正压的意思。

点评：

• 开创性的提出了塔底进风，机头缝隙排风的方案
• 机舱罩与塔筒之间的缝隙不再该专利描述的气流路径上，安装压差传感器没有效果

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2012年6月，专利CN102734086B提出了一种由避风构件（上有软性材料）以及避风构件偏航装置组成的密封措施，来加强机组动静结合处的密封

风力发电机组内部腐蚀防护装置及方法

该专利提出了一种避风构件，一端固定在动静结合处的一个部件上，另一端的软性材料与动静结合处的另一个部件接触。其接触是在风力下变形后才接触的。该避风装置还有自动偏航装置，以便于机组停机时，来控制避风构件正对迎面来风。另外，还提到轮毂头部圆孔，还设置有密封门，在机组停机时自动关闭，从而组织外界气体进入轮毂内。

点评：

• 方法简单，但避风构件自动偏航装置恐怕会引入不少新问题。
• 轮毂头部圆孔的密封门控制逻辑有待优化

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2014年9月，专利CN204041344U增加了空调系统及其配风管，同时在底座上增加了通风机，对CN202360305U进行外围布局

风力发电机组的内部环境控制系统 CN204041344U

专利描述了一种从塔底进风、沿着塔筒而上，经过底座、主轴承轴承孔、轮毂，然后从叶根与轮毂罩之间的缝隙（包括轮毂罩与发电机之间的缝隙），排出到外界环境。在塔底进风口处，设置了过滤装置，用以过滤从外界吸入到塔筒内的空气。为了驱动空气沿着该专利所描述的路径流动，在塔底以及内平台处，均设置了风扇，用于驱动空气运动。另外，该专利还提到了在塔筒内设置空调，在塔筒外设置室外机，并在塔筒内各个有发热部件的平台上设置出风口。并且还提到了不同的散热控制模式，如单独启动空调用于制冷散热，以及与塔底和内平台风扇联合散热的方式。还有提到了环境温度较低时，用于加热塔底内部环境温度的作用。在湿度较高时，空调启动除湿模式，从回风管103吸入潮湿空气，除湿后再输送到各个平台处。

点评：

• 空调中的压缩机容易损坏，且耗能较高。用于风力发电机这种工作环境较为恶劣，且发热部件发热功率较大的场合并不合适。
• 由于空调采用制冷的方式进行除湿，气温较低时，其除湿将无法进行。

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2015年12月，专利CN105484947A细化了从塔底到机头的冷却气流组织方式，对CN105221360A专利进行外围布局。

风力发电机组用冷却装置、风力发电机组及运行控制方法

该专利描述了一种由主风道以及许多分支风道和配风装置组成的冷却气流精细化分配系统。在控制逻辑方面，该专利提出要根据发热物体的发热量以及温控目标，可以调整各分支风管出风口处的配风装置，从而精细化调节抵达各个发热部件的冷却风量。另外，在排出热空气方面，对机头和塔筒进行了区隔。塔筒内的热空气从塔筒壁上的排风口2直接排出。底座内的热空气，经主轴轴承孔、轮毂后，从叶根缝隙处排出。针对被冷却物体，该专利还描述了将支线风管配风装置出风口伸入发热物体内部的示意图

点评：

• 在塔筒内布设主风管和分支风管来对机组内的各个部件进行精细化配风的方式，没有充分利用塔筒本身这个现成的管道以及烟囱效应。
• 机头相对于塔筒会转动，该方案未考虑如何处理塔筒伸向机头的这段管道
• 未考虑对进入机组的空气进行过滤

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2015年12月，专利CN205207057U将从塔底到机头的冷却气流，在底座处一分为二，同时着重提出了用蒸发冷却的手段来冷却主轴承，对CN204041344U专利进行了外围布局

风力发电机组冷却系统及风力发电机组

类似于专利CN204041344U，同样采取了从塔底进风，经塔筒而上的冷却空气流动路径，但是在底座处，将冷却空气分成了两路，一路，还是沿着主轴轴承孔、轮毂，最后从叶根缝隙处排到外界环境。另一路，经底座盖板孔，进入机舱，然后从机舱尾部排到外界环境。中间，还对定轴内圈加装了蒸发冷却装置中的蒸发器进行冷却，其冷凝器放置到内平台进风口处。

点评：

• 该专利采用蒸发冷却的手段对主轴承的冷却进行了特别的考虑，但是，此种方式仅适用于轴承内圈固定不转的情况。
• 从底座处将从塔底而来的冷却气流分成两路，兼顾了机舱的冷却。但这两路的流动阻力相差较大，例如，经叶根缝隙而出的一路阻力较大，对气流流量的合理分配非常不利

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2015年12月，专利CN205277722U提出在进风口增加一个离心除尘设备，补充了 CN205207057U专利

风力发电机组的送风除尘系统和风力发电机组

该专利也是采用塔底进风的方案，然后在底座处分为两路，一路从叶根缝隙处排到外界环境，一处从机舱尾部开口处排到外部环境。所不同的是，在塔底进风口增加了一个离心除尘设备

点评:

• 只是增加了一个不同形式的除尘设备

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2015年9月，专利CN105221360A出现，提出了从机头到塔底的冷却气流组织方式，试图绕开CN204041344U，掀起新篇章

风力发电机组的冷却系统及风力发电机组 CN105221360A

专利描述了一种从叶根与轮毂罩之间的缝隙（包括轮毂罩与发电机之间的缝隙）进风，冷却空气沿着轮毂，主轴轴承孔、底座，顺着塔筒，直到塔底开口才出去。为了对从叶根缝隙处进入的空气进行过滤，在轮毂头部圆孔处放置了过滤网。为了使冷却空气流沿着设计路径流动，在底座以及塔底均安装风扇，用以驱动空气流动。在控制方面该专利提了监测主轴承内壁面、底座内壁面温度（图中14）来控制该散热方案中风扇的启停。

点评：

• 结构设计方面，该专利所描述的空气流动路径，在塔筒段是逆着烟囱效应向塔底流动的。这在实际应用中必然会在塔筒内形成较大的漩涡，使得设计空气流动路径偏离设计路径。
• 在控制方面，监测底座内壁面温度非常不妥，因为该温度无法有效反映冷却气流主体的温度

2015年9月，专利CN205025698U提出了将塔筒外部的散热器放置到塔筒内，对CN105221360A专利进行了外围布局

风力发电机组的散热系统以及风力发电机组

该专利除了描述了从上而下的进风路径外，在塔底塔筒侧壁上又增加了第二进风口。另外，该专利进一步提到，塔底的发热部件如，变流柜，其散热装置（一般为带有主动散热风扇的板翅式液冷散热器）放置到塔筒外，噪音大，还有防腐的问题。因此，提出将其散热装置放置到塔筒内，从而将噪音限制到塔筒内，以及减轻腐蚀影响。

点评：

• 从叶根缝隙进入的空气阻力较大，难以满足塔底发热部件，如变流柜等的散热需要。
• 使用塔底塔筒壁上的第二进风口进风，用于满足塔底发热部件的散热需要时，会破坏轮毂、底座以及第二进风口以上空间的负压环境，导致高空空气不再从叶根缝隙进入机组内部来冷却轮毂、主轴承以及底座内的发热部件

2015年12月，专利CN205277721U增加了第二进风口，并对机组内的散热区域进行了划分和区隔，对CN105221360A专利进行了外围布局

风力发电机组的散热系统及风力发电机组

该专利对前面那种从上到下的冷却气流组织方式进行了进一步的细化，将轮毂到底座命名为第一散热通道，然后再在机舱尾部取一个进风口，以及影响的管道，命名为第二散热通道。也就是说第一散热通道主要是针对轮毂、主轴承内圈以及底座内发热部件的冷却的，而第二散热通道可以针对动力电缆，以及塔筒内的发热部件进行散热的。另外还提到了，如果仅考虑塔筒内的发热部件，第二散热通道的进风口可以考虑设置在塔筒壁上。

点评：

• 第一散热通道和第二散热通道的划分，对机组内的散热区域进行了区隔，可以使得不同区域，均有较大温度差的冷却气流予以冷却。