【摘要】：隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電需求的不斷增大以及風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量不斷增大,經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。但與此同時(shí)機(jī)組的發(fā)熱量也不斷增加,積聚的熱載荷將導(dǎo)致機(jī)艙內(nèi)環(huán)境溫度升高,如果機(jī)艙內(nèi)溫升得不到有效的控制,過(guò)高的機(jī)艙溫度不僅增加了風(fēng)電機(jī)組的故障率,同時(shí)也嚴(yán)重威脅著風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全。風(fēng)電機(jī)艙的散熱問(wèn)題已經(jīng)成為制約機(jī)組單機(jī)容量提升的一大瓶頸,引起了越來(lái)越多工程技術(shù)人員的重視。風(fēng)電機(jī)艙的冷卻方式眾多,其中應(yīng)用最為廣泛的就是強(qiáng)制對(duì)流冷卻系統(tǒng),本文尋求通過(guò)對(duì)機(jī)艙散熱布局形式及散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,達(dá)到增強(qiáng)機(jī)艙散熱能力的目的。首先運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)典型機(jī)艙內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析,明確了冷卻空氣經(jīng)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入機(jī)艙后的流動(dòng)路徑,獲得了氣流組織速度分布等參數(shù)數(shù)據(jù),為機(jī)艙內(nèi)溫度場(chǎng)的分析奠定了基礎(chǔ)。其次通過(guò)仿真計(jì)算風(fēng)電機(jī)艙內(nèi)主要熱源的發(fā)熱量,獲得了機(jī)組額定功率運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)艙溫度場(chǎng)分析熱力學(xué)邊界條件,在此基礎(chǔ)上對(duì)采用“下送尾排”式散熱布局的機(jī)艙溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析。通過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)艙溫度場(chǎng)的分析,明確了本文所研究的機(jī)艙存在著溫度場(chǎng)分布嚴(yán)重不均,局部熱載荷積聚嚴(yán)重,冷卻系統(tǒng)散熱效率低等問(wèn)題。針對(duì)這一系列的問(wèn)題,本文對(duì)主要熱源間的影響進(jìn)行了研究,明確了熱源間通過(guò)影響彼此的表面環(huán)境溫度,從而造成熱源散熱性能下降,進(jìn)一步加重了熱載荷的積聚,導(dǎo)致熱源發(fā)生異常溫升。此外還對(duì)齒輪箱及發(fā)電機(jī)在機(jī)艙環(huán)境溫度變化時(shí)的溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析,量化了機(jī)艙環(huán)境溫升所引起的熱源溫升。最后從機(jī)艙散熱布局形式、進(jìn)/排風(fēng)口位置、進(jìn)風(fēng)口尺寸及進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速等方面對(duì)機(jī)艙的氣流組織進(jìn)行了優(yōu)化,從諸多方面提高了機(jī)艙的散熱性能。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM614
【圖文】：

發(fā)展風(fēng)力發(fā)電等清潔能源技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)的火力發(fā)電，目前風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為能源領(lǐng)域重要的組成部分之一，得到了世界范圍內(nèi)的青睞。作為一種永不枯竭的清潔能源，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為我國(guó)應(yīng)對(duì)自然環(huán)境惡化及解決能源危機(jī)的重要戰(zhàn)略手段。我國(guó)遼闊的疆域和多樣化的氣候條件造就了我國(guó)豐富的風(fēng)能資源，我國(guó)風(fēng)能資源主要集中在東南沿海地區(qū)、青藏高原地區(qū)及三北地區(qū)[1]。隨著我國(guó)風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，加之市場(chǎng)需求的推動(dòng)和國(guó)家發(fā)展政策的導(dǎo)向，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)制造技術(shù)全面升級(jí)，在能源領(lǐng)域的國(guó)際化進(jìn)程中得到了進(jìn)一步成功。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)得到不斷的優(yōu)化和升級(jí)，其中風(fēng)力發(fā)電的巨大貢獻(xiàn)也得到了廣泛的認(rèn)可。依據(jù)我國(guó)可再生能源發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)將大力提高清潔可再生能源的利用，并不斷減少非石化能源的占比率。規(guī)劃中指出新能源占比率將在 2020 年達(dá)到能源使用比例的 15%，在 2030 年進(jìn)一步發(fā)展為占比 20%，爭(zhēng)取早日將我國(guó)建設(shè)成為清潔低碳的可持續(xù)能源發(fā)展強(qiáng)國(guó)[2]。為了達(dá)到這一目標(biāo)。我國(guó)近年來(lái)不斷加大對(duì)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的支持力度，目前我國(guó)已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)發(fā)展最為迅速的風(fēng)電技術(shù)研發(fā)和制造生產(chǎn)基地。

圖 1.2 2017 年和 2018 年中國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量占比情況tion of installed capacity of newly added wind power in China in 2對(duì)風(fēng)電需求的不斷增大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率與斷增大。由于風(fēng)電機(jī)組常常建立在氣候條件惡劣的偏自然環(huán)境的影響，風(fēng)電機(jī)組通過(guò)機(jī)艙罩與外界環(huán)境隔熱量的增大將會(huì)導(dǎo)致機(jī)艙內(nèi)產(chǎn)生溫升，機(jī)艙內(nèi)溫度過(guò)高下降，齒輪間潤(rùn)滑油膜變薄，加劇了傳動(dòng)部件的摩擦期處于高溫運(yùn)行狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致齒輪箱發(fā)生磨損、膠內(nèi)溫度過(guò)高還會(huì)導(dǎo)致其他電氣元件的失效，影響機(jī)組內(nèi)溫升過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)散熱性能下降，引發(fā)繞組生局部短路，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)燒毀發(fā)電機(jī)甚至于危害發(fā)電

圖 1.2 2017 年和 2018 年中國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量占比情況Fig. 1.2 Proportion of installed capacity of newly added wind power in China in 2017 and 2018隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)風(fēng)電需求的不斷增大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率與日俱增，同時(shí)機(jī)組的發(fā)熱量也不斷增大。由于風(fēng)電機(jī)組常常建立在氣候條件惡劣的偏遠(yuǎn)地區(qū)，為了保證機(jī)組不受外界自然環(huán)境的影響，風(fēng)電機(jī)組通過(guò)機(jī)艙罩與外界環(huán)境隔絕，處于半封閉狀態(tài)[3]。機(jī)組發(fā)熱量的增大將會(huì)導(dǎo)致機(jī)艙內(nèi)產(chǎn)生溫升，機(jī)艙內(nèi)溫度過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑油粘度下降，齒輪間潤(rùn)滑油膜變薄，加劇了傳動(dòng)部件的摩擦磨損。一旦溫升加劇或齒輪箱長(zhǎng)期處于高溫運(yùn)行狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致齒輪箱發(fā)生磨損、膠合等其他失效形式[4]。此外機(jī)艙內(nèi)溫度過(guò)高還會(huì)導(dǎo)致其他電氣元件的失效，影響機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行，其中最為嚴(yán)重的是艙內(nèi)溫升過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)散熱性能下降，引發(fā)繞組絕緣層失效，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)生局部短路，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)燒毀發(fā)電機(jī)甚至于危害發(fā)電機(jī)組的安全。

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