風力發電機組空冷器風機研究

摘 要：風力發電機組空冷器風機，包括葉輪、電機和風筒，葉輪包括輪轂和均勻分布在輪轂外周面上的若干個葉片，葉片的葉尖部處具有一個加寬結構，葉片的背風面為向外凸起的圓弧狀。電機外設有溫度感應器，電機內設有加熱線圈，感應器和加熱線圈之間控制連接。由于在葉片的葉尖部處設有了一個加寬結構，使整個風機的風壓得到了較大的提高；同時，由于葉片采用中心厚，二邊薄的截面結構，一方面使風機的效率得到提高，另一方面使風機的噪聲大大降低。此外，在電機外加設了溫度感應器和在電機中加設了加熱線圈，當環境溫度低于設定值時，加熱線圈對電機進行加溫，保證了空冷器風機在低溫環境下正常運轉。

關鍵詞：風力；發電；空冷器；風機

1 前言

隨著風力發電機組的功率逐步增大，原有的自然通風冷卻方式對發電機進行冷卻已經無法有效的達到冷卻要求，大功率的風力發電機組的發電機基本需采用空冷器進行強制冷卻，風機為空冷器中的重要部件，現有的空冷器風機通常采用離心風機或普通軸流風機，離心風機雖然具有較高的風壓，但風量較小，運作時容易造成過載，并且由于其離心式結構，安裝連接復雜，體積及重量太大，對風力發電機組的發電機倉的負重較大，維護和修理時也非常不便；普通軸流風機雖然其體積和重量相對于離心風機來說較輕，薄板型風葉雖然可以通過模壓壓制成一定的曲面，但其工作時風壓較小，無法有效地滿足發電機的冷卻要求，并且葉輪的強度較小，運行可靠性較差。此外，由于風力發電機組通常設置在荒郊野外，特別是在北方地區，冬季時氣溫較低，空冷器風機的電機在低溫環境下性能下降，甚至可能發生電機故障，進而影響了發電機組的正常工作。

2 技術方案

為克服上述缺陷，本方案提供在保證對風力發電機組發電機有效冷卻的同時，具有體積小、重量輕，并能在低溫環境下正常工作的一種風力發電機組空冷器風機（如圖1）。

技術方案如下：風力發電機組空冷器風機，包括葉輪、電機和風筒；葉輪固定在電機的輸出軸上，電機通過導向葉固定在風筒的中心；葉輪包括輪轂和均勻分布在輪轂外周面上的若干個葉片，葉片通過葉柄固定在輪轂的外周面上，葉片遠離葉柄端為葉尖部，葉片的葉尖部處具有一個加寬結構，葉片的背風面為向外凸起的圓弧狀；葉片的葉尖部的寬度為靠近葉柄端的寬度的1.5-2.5倍。電機外設有溫度感應器，內設有加熱線圈，感應器和加熱線圈之間控制連接。

本技術方案的優點：由于在葉片的葉尖部處設有了一個加寬結構，而葉尖部是整個葉片中線速度最大的部位，因而使整個風機在同樣風量的前提下，風壓得到了較大的提高；同時，由于葉片的背風面為向外凸起的圓弧狀，使整個葉片具有中心厚，二邊薄的截面結構，避免了葉輪高速轉動時渦流的產生，一方面使風機的效率得到提高，另一方面使風機的噪聲大大降低。此外，在電機外加設了溫度感應器和在電機中加設了加熱線圈，當環境溫度低于設定值時，加熱線圈對電機進行加溫，保證了冷卻風機在低溫環境下正常運轉。

附圖說明：

圖1 是本方案的結構示意圖。圖2 是葉輪結構示意圖。圖3 是圖2 的A-A 向剖面結構示意圖。

圖中：1-葉輪，2-電機，3-風筒，4-導向葉，5-輪轂，6-葉片，8-加寬結構，9-葉尖部，10-背風面，11-葉柄。

3 具體實施

如圖1-圖3所示，風力發電機組空冷器風機，包括葉輪1、電機2和風筒3，葉輪1固定在電機2的輸出軸上，電機2通過導向葉4固定在風筒3的中心，葉輪1包括輪轂5和均勻分布在輪轂5外周面上的若干個葉片6，葉片6通過葉柄11固定在輪轂5的外周面上，葉片6遠離葉柄11端為葉尖部9，綜上所述，與現有的薄板式葉片的普通軸流風機基本一致。

本技術方案的創新點：主要在于葉片6的葉尖部9處具有一個加寬結構8，葉片6的背風面10為向外凸起的圓弧狀。葉片6采用了中心厚，二邊薄的截面結構，所以在實際制作中，葉片6須采用鋁合金低壓鑄造制作，同時，因鋁合金比重較輕，在保證葉輪1強度的前提下，葉片6的重量大大減輕，也使冷卻風機的安裝、維護大為方便。

葉片6葉尖部9處的加寬結構8的寬度為葉片6靠近葉柄11端的寬度的1.5-2.5倍。在實際應用中，通常采用加寬結構8的寬度為葉片6靠近葉柄11端的寬度的1.8倍左右。

電機2外設有溫度感應器，內設有加熱線圈，感應器和加熱線圈之間控制連接。當溫度感應器感應到環境溫度低于設定值時，如低于-40℃時，溫度感應器發出控制信號給電機中的加熱線圈，使加熱線圈得電升溫，對電機2內部進行加溫，使電機2不至于因低溫環境而產生故障。

4 結束語

通過實施上述技術方案，解決了離心風機或普通軸流風機在對風力發電機組中的發電機進行冷卻時產生一系列問題。本技術方案提供在保證對風力發電機組發電機有效冷卻的同時，具有體積小、重量輕，并能在低溫環境下正常工作的一種風力發電機組空冷器風機。

參考文獻

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