一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统的制作方法

1.本发明涉及冷却设备技术领域，特别是涉及一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统。

背景技术：

2.目前我国风力发电装机容量逐年增长，但风能的利用主要是低空风能发电为主，虽然其获得较快的发展，但也存在受季节气候影响、地表环境等因素影响，存在分布不均、风力不足的问题。因此，近年来许多国家陆续开始研究高空风能发电技术。
3.伞梯组合高空风能技术目前在我国乃至世界属首创技术，其利用独有的伞梯式结构降落伞组吸收高空风能，通过缆绳带动地面设备转动，将风能转化为机械能，最后通过地面发电设备将机械能转化为电能，实现稳定持续发电。由于做功伞在风力作用下沿缆绳轴向上运动而拉动地面的机械传动系统，最后机械传动装置带动发电机发电，因此要保证地面机械设备的连续稳定运行，才能保证整个高空风能系统的高效发电。
4.地面机械设备是“风能－机械－电能”转换的重要系统设备，设备在运行过程中会不断产生热量，为确保系统的安全稳定运行，机械设备需设置一套冷却系统为其降温。冷却系统可采用水冷、风冷等方式，水冷和风冷优缺点分别如下：风冷通过风扇或散热器进行热交换，其热传导速度较慢，空气冷却效能较低，冷却效率较低，设备占地面积较大，散热设备耗电量较大，且对气象环境条件有一定的要求；水冷通过冷却水塔热交换后，进行冷却降温，热传导速度较快，能量密度大，冷却效能较高，冷却效果稳定，且设备占地面积较小，系统设备维护方便，因此开发一套用于高空风能地面机械设备的水冷系统颇为重要。

技术实现要素：

5.本发明的目的是：提供一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统，以对伞梯组合高空风能技术中的地面设备进行散热，确保高空风能系统的稳定运行。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统，包括冷却塔、冷却水泵、冷却水给水管、冷却水回水管和冷却水分配装置，所述冷却塔包括塔体，所述塔体内由上至下依次布置有风机、配水喷淋系统和冷却水池，所述冷却水给水管连接在所述冷却水分配装置与所述冷却水池之间，所述冷却水回水管连接在所述冷却水分配装置与所述配水喷淋系统之间，所述冷却水分配装置包括若干个进水支管，所述进水支管用于与地面机械设备的各个待冷却设备连接，所述冷却水给水管上还布置有冷却水泵，所述冷却塔、所述冷却水给水管、所述冷却水泵、所述冷却水分配装置与所述冷却水回水管形成闭式循环系统。
7.优选地，所述进水支管包括流量相异的第一支管、第二支管、第三支管、第四支管和第五支管，所述第一支管用于与储缆电机连接，所述第二支管用于与储缆绞车润滑站连接，所述第三支管用于与卷扬机润滑站连接，所述第四支管用于与卷扬机主电机连接，所述第五支管用于与水冷制动器连接。
8.优选地，所述第一支管与所述第二支管的管径相同，所述第三支管与所述第四支管的管径相同，所述第二支管的管径小于所述第三支管的管径，所述第四支管的管径小于所述第五支管的管径。
9.优选地，所述冷却水泵、所述冷却水池、所述冷却水给水管、所述冷却水回水管均布置在地坪的下侧。
10.优选地，所述冷却塔还包括补水管和排水管，所述补水管、所述排水管均与所述冷却水池连通，所述补水管与所述排水管上均设置有用于调节水量的电动流量调节阀，所述冷却水池内设置有用于实时检测水位高度的液位计，所述液位计用于向外设的控制系统传输液位信号，控制系统用于向所述电动流量调节阀传输启闭信号。
11.优选地，所述排水管上还设置有用于实时监测排水内氯离子的浓度的氯离子浓度仪，所述氯离子浓度仪用于向外设的控制系统传输氯离子浓度信号。
12.优选地，所述补水管与所述排水管上还均设置有手动阀门。
13.优选地，所述补水管上还设置有在线流量计，所述在线流量计用于向外设的控制系统传输流量信号。
14.优选地，所述冷却塔并行布置有两组，两组所述冷却塔的冷却水池连通，所述冷却水回水管设置有两组且与两组所述冷却塔一一对应。
15.优选地，所述配水喷淋系统包括由上至下依次布置的喷淋管路、收水器、配水管路以及填料。
16.本发明实施例一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统与现有技术相比，其有益效果在于：通过冷却水给水管和冷却水回水管将冷却水分配装置与水塔的冷却水池连通形成封闭式循环系统，在对地面机械设备进行冷却时，冷却水泵将冷却水池内的低温水由冷却水给水管输送至冷却水分配装置的各个进水支管，对各个待冷却设备进行冷却，换热后升温的水流经过冷却水回水管输送至配水喷淋系统，由风机通过热交换对水流进行降温后水流汇聚至底部的冷却水池内，完成水循环，继续对待冷却设备进行冷却；通过闭式循环系统对待冷却设备实现水冷降温，可减小冷却水泵的扬程，一方面可以节约初投资，另一方面可以节约能源，减小运行费用，另外相较于空冷系统其设备占地面积较小，节约了厂区用地，节省工程造价，并且水冷具有热传导速度较快，冷却效能较高，冷却效果稳定，安装维护方便等特点，保证高空风能系统的稳定运行。
附图说明
17.图1是本发明的用于高空风能地面机械设备的冷却系统的结构示意图；
18.图2是图1的用于高空风能地面机械设备的冷却系统的冷却水分配装置的结构示意图；
19.图3是图1的用于高空风能地面机械设备的冷却系统的冷却水分配装置与地面机械设备的连接结构示意图；
20.图4是本发明的用于高空风能地面机械设备的冷却系统采用双冷却塔的结构示意图。
21.图中，1、冷却水泵，2、冷却塔，21、塔体，22、风机，23、冷却水池，24、喷淋管路，25、收水器，26、配水管路，27、填料，28、补水管，29、排水管，3、冷却水给水管，4、冷却水回水管，
5、冷却水分配装置，51、第一支管，52、第二支管，53、第三支管，54、第四支管，55、第五支管，6、电动流量调节阀，7、液位计，8、氯离子浓度仪，9、手动阀门，10、在线流量计，11、储缆电机，12、储缆绞车润滑站，13、卷扬机润滑站，14、卷扬机主电机，15、水冷制动器。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
23.本发明的一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统的优选实施例，如图1至图4所示，该用于高空风能地面机械设备的冷却系统包括冷却塔2、冷却水泵1、冷却水给水管3、冷却水回水管4和冷却水分配装置5，冷却塔2用于提供对地面机械设备进行冷却的冷却水，冷却水泵1用于为冷却水提供输送动力，冷却水给水管3用于将冷却水输送至冷却水分配装置5，冷却水回水管4用于将换热后的水流输送回冷却塔2，冷却水分配装置5用于将冷却水输送给各个待冷却的设备实现降温冷却。
24.冷却塔2包括塔体21，塔体21为筒形的砼框架结构，塔体21内由上至下依次布置有风机22、配水喷淋系统和冷却水池23，风机22用于增加塔体21内的空气流动，通过热交换加快配水喷淋系统喷出的水流散热；配水喷淋系统用于将水流喷淋后增加与空气的接触面积，提高散热效率；冷却水池23用于存储对地面机械设备进行冷却的冷却水。地面机械设备在运行过程中会不断产生热量，冷却水作为地面机械设备和冷却塔2的中间回路，对系统部件提供一定的冷却容量，满足系统设备的热量交换要求。
25.冷却水给水管3连接在冷却水分配装置5与冷却水池23之间，冷却水回水管4连接在冷却水分配装置5与配水喷淋系统之间，冷却水给水管3上还布置有冷却水泵1，冷却塔2、冷却水给水管3、冷却水泵1、冷却水分配装置5与冷却水回水管4形成闭式循环系统。从节能角度考虑，闭式循环系统可减小冷却水泵1的扬程，一方面可以节约初投资，另一方面可以节约能源，减小运行费用。
26.冷却水分配装置5包括若干个进水支管，各个进水支管用于与地面机械设备的各个待冷却设备分别连接，根据待冷却设备的发热量以及散热需求，可以对各个待冷却设备单独冷却。高空风能地面机械设备采用带冷却塔2的循环冷却系统，较空冷/风冷系统占地面积小，节约了厂区用地，节省工程造价；同时冷却系统具有流程简洁、操作简便、运行安全、安装维护方便等特点，水冷的持续可靠性，可保证地面机械设备的高效稳定运行。
27.高空风能发电系统由空中部分、地面部分和控制系统三部分构成，通过控制伞组的开闭，实现伞组上下循环运动，进而拖动地面上的发电机发电，来实现将风能转化为机械能，驱动发电机组转化为电能的目的。空中系统由做功伞和平衡伞组成；地面系统主要是由容绳绞车、张紧装置、卷扬机、液压系统等组成，伞组之间以及与卷扬机之间是通过轻质高强度缆绳连接，实现风能和机械能之间的转换。上述地面机械设备在正常运行过程中会产生发热现象，通过冷却水分配装置5可以对各个设备进行水冷降温。
28.通过冷却水给水管3和冷却水回水管4将冷却水分配装置5与冷却塔2的冷却水池23连通形成封闭式循环系统，在对地面机械设备进行冷却时，冷却水泵1将冷却水池23内的低温水由冷却水给水管3输送至冷却水分配装置5的各个进水支管，对各个待冷却设备进行冷却，换热后升温的水流经过冷却水回水管4输送至配水喷淋系统，由风机22通过热交换对
水流进行降温后水流汇聚至底部的冷却水池23内，完成水循环，继续对待冷却设备进行冷却；通过闭式循环系统对待冷却设备实现水冷降温，可减小冷却水泵1的扬程，一方面可以节约初投资，另一方面可以节约能源，减小运行费用，另外相较于空冷系统其设备占地面积较小，节约了厂区用地，节省工程造价，并且水冷具有热传导速度较快，冷却效能较高，冷却效果稳定，安装维护方便等特点，保证高空风能系统的稳定运行。
29.优选地，进水支管包括流量相异的第一支管51、第二支管52、第三支管53、第四支管54和第五支管55，第一支管51用于与储缆电机11连接，第二支管52用于与储缆绞车润滑站12连接，第三支管53用于与卷扬机润滑站13连接，第四支管54用于与卷扬机主电机14连接，第五支管55用于与水冷制动器15连接。
30.地面机械设备在工作时，主要的发热设备为储缆绞车的储缆电机11、储缆绞车润滑站12、卷扬机润滑站13、卷扬机的主电机、以及卷扬机的水冷制动器15，因此设置第一支管51、第二支管52、第三支管53、第四支管54和第五支管55与这五个设备连接，并且不同设备的支管的流量不同，实现水冷散热的同时合理分配冷却水，提高冷却效率。在本实施例中，制动器、电机以及减速箱的冷却水量需求，按照满载最大功率计算得出。
31.优选地，第一支管51与第二支管52的管径相同，第三支管53与第四支管54的管径相同，第二支管52的管径小于第三支管53的管径，第四支管54的管径小于第五支管55的管径。
32.冷却水分配装置5通过各个进水支管输送冷却水时，通过控制各个进水支管的管径，可以合理分配不同待冷却设备的冷却水量，提高冷却水的冷却效率。
33.在本实施例中，第一支管51与第二支管52的管径dn为40mm，冷却水的流量为8m3/h；第三支管53与第四支管54的管径dn为50mm，冷却水的流量为18m3/h；第五支管55的管径dn为80mm，冷却水的流量为30m3/h；冷却水的水温不超过36℃。
34.优选地，冷却水泵1、冷却水池23、冷却水给水管3、冷却水回水管4均布置在地坪的下侧。
35.冷却水泵1、冷却水池23、冷却水给水管3、冷却水回水管4形成整个水路，将水路布置在地坪下侧，既可以减小占地面积，节约厂区用地，还可以减小冷却水在输送过程中的热交换。
36.优选地，冷却塔2还包括补水管28和排水管29，补水管28、排水管29均与冷却水池23连通，补水管28与排水管29上均设置有用于调节水量的电动流量调节阀6，冷却水池23内设置有用于实时检测水位高度的液位计7，液位计7用于向外设的控制系统传输液位信号，控制系统用于向电动流量调节阀6传输启闭信号。
37.冷却塔2进行散热冷却时，冷却塔2风吹损失+蒸发损失+排污损失的总水量通过站区工业水系统补给，站区工业水系统与补水管28连通，通过补水管28补充冷却塔2的水量损失。水冷系统的换热器采用304不锈钢材质，可以防止循环水系统结垢和保护设备和管道不受腐蚀，排水管29可以排出冷却水池23内循环冷却后的冷却水，降低循环冷却水浓缩倍率，减少设备和管道的结垢、腐蚀。
38.液位计7可以实时检测冷却水池23内的水位高度，当水位下降到补水设定值时，通过液位信号反馈给控制系统，控制系统自动开启补水管28上的电动流量调节阀6进行补水；当水位达到正常液位时，控制系统自动关闭电动流量调节阀6。
39.通过液位计7、电动流量调节阀6，可实现自动控制冷却塔2水池的液位，为地面机械设备冷却水的提供了安全可靠的供应，保证了整个高空风能系统的安全运行。
40.优选地，排水管29上还设置有用于实时监测排水内氯离子的浓度的氯离子浓度仪8，氯离子浓度仪8用于向外设的控制系统传输氯离子浓度信号。
41.在排水管29上设置氯离子浓度仪8监测水中氯根浓度，当冷却塔2的排水的氯离子浓度小于设定值时，可投加化学稳定剂以提高循环水浓缩倍率，从而减少冷却塔2的排水量；当排水氯离子浓度大于设定值时，可根据离子数值和运行经验下调循环水浓缩倍率，加大冷却塔2排水量。冷却塔2排水量可通过排水管29路上的电动调节流量调节阀来逐步调节，进而控制循环水水质和排水量。在本实施例中，氯离子浓度的设定值为300mg/l。
42.由于循环冷却水浓缩倍率超标会导致设备和管道的结垢、腐蚀，因此运行时通常会加大冷却塔2的排水量，刻意降低浓缩倍率运行，从而加大新鲜水的补充水量，这会造成大量的水资源浪费；相反，如果为追求节水指标，提高循环水浓缩倍率，一段时间后会导致设备和管道发生结垢、腐蚀，甚至损坏设备影响系统运行，造成较大的经济损失。
43.在排水管29上设置氯离子浓度仪8实时检测排水中的氯根浓度，配合排水管29和补水管28上的电动流量调节阀6，可根据监测数据及时准确地反馈到控制系统，远程和现场立即根据设定的高低液位、离子浓度等参数实现自动调节补水和排水，可精准控制新鲜水的补充量，节约了新鲜淡水的耗水量。
44.该控制系统可以为远程dcs(分散控制系统)，即信号均传输至远程dcs，自动化程度高，无需人工现场操作，实现了系统一体化智能监控，及时诊断和反馈，保障了循环水系统和冷却塔2的高效运行。
45.优选地，补水管28与排水管29上还均设置有手动阀门9。
46.当控制系统远程控制阀门出现故障时，操作人员可以现场通过手动阀门9开启或者关闭补水管28、排水管29，调节冷却塔2的水量以及循环冷却水浓缩倍率。
47.优选地，补水管28上还设置有在线流量计10，在线流量计10用于向外设的控制系统传输流量信号。
48.在线流量计10可以检测补水的流量，供控制系统获得补充水量的数值，与液位计7配合实现闭环控制。
49.优选地，冷却塔2并行布置有两组，两组冷却塔2的冷却水池23连通，冷却水回水管4设置有两组且与两组冷却塔2一一对应。
50.当地面机械设备的发热量较高，单组冷却塔2不足以提供足够的冷却水时，可以将两组冷却塔2并行布置以提高冷却水量。两组冷却塔2的冷却水池23互相连通，可以共用一组冷却水给水管3、排水管29、补水管28，降低成本。而两组冷却塔2与两组冷却水回水管4一一对应，可以增加回流水的散热效率。
51.优选地，配水喷淋系统包括由上至下依次布置的喷淋管路24、收水器25、配水管路26以及填料27。
52.喷淋管路24、收水器25、配水管路26以及填料27共同形成配水喷淋系统，提高冷却水回水管4内水流的散热效率；喷淋管路24、收水器25、配水管路26以及填料27可以采用现有的结构，此处不作详细说明。
53.综上，本发明实施例提供一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其通过冷
却水给水管和冷却水回水管将冷却水分配装置与水塔的冷却水池连通形成封闭式循环系统，在对地面机械设备进行冷却时，冷却水泵将冷却水池内的低温水由冷却水给水管输送至冷却水分配装置的各个进水支管，对各个待冷却设备进行冷却，换热后升温的水流经过冷却水回水管输送至配水喷淋系统，由风机通过热交换对水流进行降温后水流汇聚至底部的冷却水池内，完成水循环，继续对待冷却设备进行冷却；通过闭式循环系统对待冷却设备实现水冷降温，可减小冷却水泵的扬程，一方面可以节约初投资，另一方面可以节约能源，减小运行费用，另外相较于空冷系统其设备占地面积较小，节约了厂区用地，节省工程造价，并且水冷具有热传导速度较快，冷却效能较高，冷却效果稳定，安装维护方便等特点，保证高空风能系统的稳定运行。
54.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，包括冷却塔、冷却水泵、冷却水给水管、冷却水回水管和冷却水分配装置，所述冷却塔包括塔体，所述塔体内由上至下依次布置有风机、配水喷淋系统和冷却水池，所述冷却水给水管连接在所述冷却水分配装置与所述冷却水池之间，所述冷却水回水管连接在所述冷却水分配装置与所述配水喷淋系统之间，所述冷却水分配装置包括若干个进水支管，所述进水支管用于与地面机械设备的各个待冷却设备连接，所述冷却水给水管上还布置有冷却水泵，所述冷却塔、所述冷却水给水管、所述冷却水泵、所述冷却水分配装置与所述冷却水回水管形成闭式循环系统。2.根据权利要求1所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述进水支管包括流量相异的第一支管、第二支管、第三支管、第四支管和第五支管，所述第一支管用于与储缆电机连接，所述第二支管用于与储缆绞车润滑站连接，所述第三支管用于与卷扬机润滑站连接，所述第四支管用于与卷扬机主电机连接，所述第五支管用于与水冷制动器连接。3.根据权利要求2所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述第一支管与所述第二支管的管径相同，所述第三支管与所述第四支管的管径相同，所述第二支管的管径小于所述第三支管的管径，所述第四支管的管径小于所述第五支管的管径。4.根据权利要求1－3任一项所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述冷却水泵、所述冷却水池、所述冷却水给水管、所述冷却水回水管均布置在地坪的下侧。5.根据权利要求1－3任一项所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述冷却塔还包括补水管和排水管，所述补水管、所述排水管均与所述冷却水池连通，所述补水管与所述排水管上均设置有用于调节水量的电动流量调节阀，所述冷却水池内设置有用于实时检测水位高度的液位计，所述液位计用于向外设的控制系统传输液位信号，控制系统用于向所述电动流量调节阀传输启闭信号。6.根据权利要求5所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述排水管上还设置有用于实时监测排水内氯离子的浓度的氯离子浓度仪，所述氯离子浓度仪用于向外设的控制系统传输氯离子浓度信号。7.根据权利要求5所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述补水管与所述排水管上还均设置有手动阀门。8.根据权利要求5所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述补水管上还设置有在线流量计，所述在线流量计用于向外设的控制系统传输流量信号。9.根据权利要求1－3任一项所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述冷却塔并行布置有两组，两组所述冷却塔的冷却水池连通，所述冷却水回水管设置有两组且与两组所述冷却塔一一对应。10.根据权利要求1－3任一项所述的用于高空风能地面机械设备的冷却系统，其特征在于，所述配水喷淋系统包括由上至下依次布置的喷淋管路、收水器、配水管路以及填料。

技术总结

本发明涉及冷却设备技术领域，公开了一种用于高空风能地面机械设备的冷却系统，包括冷却塔、冷却水泵、冷却水给水管、冷却水回水管和冷却水分配装置，冷却塔包括塔体，塔体内由上至下依次布置有风机、配水喷淋系统和冷却水池，冷却水给水管连接在冷却水分配装置与冷却水池之间，冷却水回水管连接在冷却水分配装置与配水喷淋系统之间，冷却水分配装置包括若干个进水支管，冷却水给水管上还布置有冷却水泵，冷却塔、冷却水给水管、冷却水泵、冷却水分配装置与冷却水回水管形成闭式循环系统。通过闭式循环系统对待冷却设备实现水冷降温，占地面积较小，节约了厂区用地，节省工程造价，冷却效能较高，冷却效果稳定，保证高空风能系统的稳定运行。稳定运行。稳定运行。