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围护结构及其内部的热源的动态散热方法、动态散热系统

阅读:957发布:2022-10-25

专利汇可以提供围护结构及其内部的热源的动态散热方法、动态散热系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种围护结构及其内部的热源的动态 散热 方法、动态散热系统,动态散热方法:获取围护结构的相对低温区域;驱动热源移动至所述相对低温区域。本方案,将围护结构内传统意义上 位置 相对固定的热源,人为、主动地将其转换为移动式热源,以自适应 温度 场,寻找围护结构内的相对低温区域,利用围护结构温度场温差的特点,调整热源的方位,调整围护结构内的散热布局,给热源创造由围护结构内部向外部传递热量的最佳方向温度梯度方向和最大速率散热的围护结构环境,即实现动态散热。从而降低移动式热源的运行温度,延长其使用寿命,提高系统的可靠性和安全性。,下面是围护结构及其内部的热源的动态散热方法、动态散热系统专利的具体信息内容。

1.围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,
获取围护结构的相对低温区域;
驱动热源移动至所述相对低温区域;
所述相对低温区域的获取方式如下:
根据围护结构外界的空气流参数,获取与上向来流接触的围护结构外表面的绕流脱体方位,以该方位为所述相对低温区域;
或,
根据太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位,获取所述相对低温区域;
或,
对于所述围护结构外表面的背阴侧的绕流脱体方位,以及太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位,选取两个方位之间的位置为所述相对低温区域;
或,
检测所述围护结构外壁和/或内壁的温度,获取所述围护结构的表面的相对低温区域。
2.如权利要求1所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位为正对的背阴侧方位。
3.如权利要求1所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,太阳辐射照射方向所对应的背阴侧方位为:
正对的背阴侧方位向日落方向偏预定度。
4.如权利要求1所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,检测围护结构阳侧的内壁和外壁温度,获取太阳辐射从外壁向内壁传递的延时时间,驱动热源经延时时间后移动至与当前太阳时对应的相对低温区域。
5.如权利要求1所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,对于背阴侧的所述绕流脱体方位、太阳辐射照射方向所对应的所述围护结构的背阴侧方位,选取二者中间的方位为所述围护结构的相对低温区域。
6.如权利要求1所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,检测所述围护结构外表面温度,获取围护结构外表面实际的相对低温区域,以与背阴侧的所述绕流脱体方位、太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位的表面温度进行比对,获得实际的最低温度方位与上述两方位的关系。
7.如权利要求1所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,当处于阴天或夜晚时,以所述绕流脱体方位为所述相对低温区域。
8.如权利要求1所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,检测所述围护结构外表面的温度,当太阳辐射照射方向正对的围护结构的背阴侧方位温度与太阳辐射照射的阳侧方位温度之差不高于预定值时,以所述背阴侧的所述绕流脱体方位为所述相对低温区域。
9.如权利要求1-6、8任一项所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,日落之后经过预定时间,驱动所述热源返回至所述围护结构处于正午时刻所对应的背阴侧的内侧位置。
10.如权利要求1-8任一项所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,获取所述围护结构所在地的经纬度,并通过读取太阳时的时刻信息,以获知太阳辐射照射方向;或,通过检测太阳的方位角和太阳高度角获取太阳辐射的照射方向。
11.如权利要求1-8任一项所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,所述空气流参数由检测获得,或根据所述围护结构所在地的气象风玫瑰图获取。
12.如权利要求1所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,在所述围护结构的高度方向,分段检测所述外壁和/内壁的温度,分段获取对应的所述相对低温区域。
13.如权利要求1-8、12任一项所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,所述热源包括电控柜、变压器,和/或设于所述围护结构内的电传输导体(300)。
14.如权利要求13所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,实时驱动所述热源,以使所述热源实时处于所述相对低温区域;
或,
设定周期,经所述周期后,驱动所述热源处于对应的所述相对低温区域。
15.如权利要求13所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,下述条件至少一者符合时,驱动所述电力传输导体(300)移动至所述相对低温区域:
与所述电力传输导体(300)连接的并网变压器(81)的网侧开关(85)处于闭合状态且有功率输出;
所述电力传输导体(300)的温度,与所述围护结构外壁或内壁的温度之差,大于预定温差值。
16.如权利要求13所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,检测所述电力传输导体(300)的表面温度,当所述电力传输导体(300)移动至所述相对低温区域后,温度降低的数值不超过预定收益值时,停止驱动所述电力传输导体(300)移动。
17.如权利要求16所述的围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,将所述电力传输导体(300)的表面温度按照高低划分为若干区域,越高温度区域所对应的预定收益值越低。
18.围护结构内部的热源的动态散热方法,其特征在于,
获取围护结构的相对低温区域;
输出驱动热源移动至所述相对低温区域的控制信号
所述相对低温区域的获取方式包括:
读取围护结构外界的空气流参数,计算获取与上风向来流接触的围护结构外表面的绕流脱体方位,以该方位为所述相对低温区域;
或,
读取围护结构所在地的经纬度以及太阳时的时刻信息,或读取检测的太阳方位角和太阳高度角,获取太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位,并以该方位为所述相对低温区域;
或,
对于所述围护结构外表面的背阴侧的绕流脱体方位,以及太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位,选取两个方位之间的位置为所述相对低温区域;
或,
检测所述围护结构外壁和/或内壁的温度,获取所述围护结构的表面的相对低温区域。
19.围护结构内的动态散热系统,其特征在于,包括:
驱动装置,能够驱动所述围护结构内的热源移动;
控制系统,能够获取所述围护结构的相对低温区域,并据此控制所述驱动装置驱动所述热源移动至所述相对低温区域;
所述控制系统包括参数获取装置,所述参数获取装置获得所述围护结构的外界空气流参数;所述控制系统还包括控制器(55);
所述控制器(55)根据所述空气流参数获取与上风向来流接触的围护结构外表面的绕流脱体方位,以所述绕流脱体方位为所述相对低温区域;或,
所述控制器(55)获取太阳辐射照射方向所对应的所述围护结构的背阴侧方位,以对应的所述围护结构的所述背阴侧方位为所述相对低温区域;
或,对于背阴侧的所述绕流脱体方位,以及太阳辐射照射方向所对应的背阴侧方位,所述控制器(55)选取两个方位之间的位置为所述相对低温区域;
或,所述控制系统还包括检测所述围护结构外壁和/或内壁温度的温度传感器(200),以获取所述相对低温区域。
20.如权利要求19所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,对于背阴侧的所述绕流脱体方位、太阳辐射照射方向所对应的所述背阴侧方位,所述控制器(55)选取二者中间的方位为所述相对低温区域。
21.如权利要求19所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述控制系统还包括检测所述围护结构外壁温度的温度传感器(200),根据检测的温度获取实际的相对低温区域,以与所述背阴侧的所述绕流脱体方位、太阳辐射照射方向所对应的背阴侧方位进行比对,获得实际的相对低温区域与上述两方位的关系。
22.如权利要求19所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,当处于阴天或夜晚时,所述控制器(55)以所述绕流脱体方位为所述相对低温区域。
23.如权利要求19所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述控制系统还包括检测所述围护结构外壁温度的温度传感器(200),当太阳辐射照射方向正对的背阴侧方位温度与太阳辐射照射的阳侧方位温度之差不高于预定值时,所述控制器(55)以所述背阴侧的所述绕流脱体方位为所述相对低温区域。
24.如权利要求19所述的围护结构内动态散热系统,其特征在于,所述参数获取装置包括检测所述空气流参数的风向传感器(500)、风速传感器(400)以及风场空气流温度传感器(600);
和/或,所述控制器(55)内存储所述围护结构所在地的气象风玫瑰图,以获取对应时段的所述围护结构外界的空气流参数。
25.如权利要求19所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,在所述围护结构的高度方向,包括若干层所述温度传感器(200),以分段获取对应的所述相对低温区域;所述温度传感器(200)通过通信总线(200a)连接。
26.如权利要求19所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述温度传感器(200)为接触式传感器,其感温件的非接触并暴露在外的表面具有隔热层
27.如权利要求19-26任一项所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述热源包括设于所述围护结构内的电控柜、变压器,和/或电力传输导体(300)。
28.如权利要求27所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述围护结构内设有承载部,所述热源置于所述承载部,所述驱动装置驱动所述承载部移动,带动所述热源移动至所述相对低温区域。
29.如权利要求28所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,还包括搭载支架(51),围护结构内的电力传输导体(300)的一段搭载于所述搭载支架(51)的承载面(511),所述承载面(511)呈弧形设置;所述搭载支架(51)以上的电力传输导体(300)在所述搭载支架(51)之前形成弧垂段(301),在所述搭载支架(51)之后下垂;
所述驱动装置包括驱动所述搭载支架(51)转动的第一驱动部,以带动搭载在所述承载面(511)上以及位于所述承载面(511)以下的所述电力传输导体(300)移动至所述围护结构的相对低温区域。
30.如权利要求29所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述驱动装置还包括驱动所述搭载支架(51)以下的所述电力传输导体(300)与所述搭载支架(51)同步转动的第二驱动部(61)。
31.如权利要求29所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述围护结构内设有平台(5),所述平台(5)设有与其转动连接的转动盘(52),所述搭载支架(51)设置于所述转动盘(52),所述第一驱动部(53)驱动所述转动盘(52)转动。
32.如权利要求31所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述转动盘(52)为扇形,所述扇形的小弧端设有安装于所述平台(5)的转轴,所述转动盘(52)绕所述转轴转动。
33.如权利要求28所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,还包括搭载支架(51),围护结构内的电力传输导体(300)的一段搭载于所述搭载支架(51)的承载面(511),所述搭载支架(51)以上的电力传输导体(300)在所述搭载支架(51)之前形成弧垂段(301),在所述搭载支架(51)之后下垂;
所述电力传输导体(300)定位于所述搭载支架(51),所述驱动装置仅驱动所述承载面(511)以下的所述电力传输导体(300)移动至所述相对低温区域。
34.如权利要求19所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述控制器(55)控制所述驱动装置实时驱动所述热源,以使所述热源实时处于所述相对低温区域;
或,
所述控制器(55)内设定周期,经所述周期后,驱动所述热源处于对应的所述相对低温区域。
35.如权利要求27所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述围护结构内的所述电力传输导体(300)通过并网变压器(81)连接至电网(84);
所述控制器(55)判断下述条件至少一者符合时,控制所述驱动装置驱动所述电力传输导体(300)移动至所述相对低温区域:
所述并网变压器(81)的网侧开关(85)处于闭合状态且有功率输出;
所述电力传输导体(300)的温度,与所述围护结构外壁或内壁的温度之差,大于预定温差值。
36.如权利要求27所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,还包括随所述电力传输导体(300)移动的牵引缆绳,所述电力传输导体(300)分段固定于所述牵引缆绳,所述牵引缆绳连接于围护结构内的平台(5)。
37.如权利要求36所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,还包括设于所述平台(5)的搭载支架(51),所述电力传输导体(300)的一段搭载于所述搭载支架(51)的承载面(511),所述搭载支架(51)以上的电力传输导体(300)在所述搭载支架(51)之前形成弧垂段(301),在所述搭载支架(51)之后下垂;
所述驱动装置驱动所述搭载支架(51)转动,以带动搭载在所述承载面(511)上以及位于所述承载面(511)以下的所述电力传输导体(300)移动至所述围护结构的相对低温区域;
所述牵引缆绳的上端与所述搭载支架(51)固定,或,所述牵引缆绳的上端滑动连接于所述平台(5);所述牵引缆绳为丝绳(700)或编织带。
38.如权利要求37所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,包括若干夹具(800),所述电力传输导体(300)具有若干根,若干根所述电力传输导体(300)分段定位于所述若干夹具(800)对应的通孔(800a)中,所述夹具(800)与所述牵引缆绳固定。
39.如权利要求27所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述电力传输导体(300)在所述围护结构内壁的投影面,和/或所述围护结构径向竖直面的投影面内,往复弯折。
40.如权利要求27所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述围护结构的内壁设有轨道,所述电力传输导体(300)承载于围护结构内的搭载支架(51),所述驱动装置包括伺服电机,所述伺服电机沿所述轨道移动以驱动所述搭载支架(51)以下的所述电力传输导体(300)转动。
41.如权利要求40所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,在所述围护结构的高度方向,分布若干所述轨道(71)和对应的所述伺服电机。
42.如权利要求40所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,还包括能够相啮合齿条齿轮(73),所述齿轮(73)与所述伺服电机的输出轴连接,所述齿条设于所述围护结构的内壁。
43.如权利要求42所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述齿条与所述齿轮(73)沿所述围护结构的径向啮合;所述伺服电机设有沿所述轨道平移动的行走滚轮(74)。
44.如权利要求42所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述轨道设有齿条,所述齿轮(73)与所述齿条沿竖直方向啮合。
45.如权利要求42所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述围护结构内壁设有支撑,所述伺服电机位于所述支撑和所述轨道之间,所述伺服电机设有沿所述支撑移动的支撑轮(75)。
46.如权利要求45所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述支撑设于所述伺服电机的上方,所述轨道位于所述伺服电机的下方。
47.如权利要求45所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述齿条、所述轨道以及所述支撑均为弧形,或均为直线形,或均为折线形。
48.如权利要求19-26任一项所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述围护结构内设有支撑于所述围护结构底部或支撑于围护结构基础的基础支架,驱动对应的所述热源沿所述基础支架移动;所述基础支架与所述围护结构内壁具有间距。
49.如权利要求48所述的围护结构内的动态散热系统,其特征在于,所述基础支架为设在在所述围护结构内部的格构式塔结构(1’);所述热源包括电控柜、变压器和/或与该变压器连接的电力传输导体。
50.一种围护结构,其特征在于,设有如权利要求19-49任一项所述的动态散热系统,所述围护结构包括风力发电机组的塔筒(1)或电视塔的建筑外墙,或者,水面运载工具或者航空运载工具的壳体内的热源;其中,所述水面运载工具或者所述航空运载工具内的热源包括燃料箱体,所述驱动装置驱动所述燃料箱体内的液体燃料移动至所述相对低温区域。

说明书全文

围护结构及其内部的热源的动态散热方法、动态散热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及散热技术领域,具体涉及一种围护结构及其内部的热源的散热方法、动态散热系统。

背景技术

[0002] 请参考图1-1,图1-1为现有技术中塔筒的结构示意图,示出其内部的电缆
[0003] 从上图可看出,塔筒内部敷设有较多的电缆,电传输电缆30自发电机开关柜经由机舱底部穿过底座平台进入塔筒顶部基准面,机舱20及其内部整体存在偏航运动,导致电缆30也存在往复扭转运动,故塔筒内部设有搭载支架,搭载支架以下的电缆部分成组靠近塔筒壁10附近下落固定,整体大致呈竖直的状态。
[0004] 再请继续参考图1-2、1-3,图1-2为现有技术中夏季塔筒外综合温度的组成示意图;图1-3为现有技术中塔筒不同朝向的综合温度。图1-2、1-3均是根据实际中北半球的我国境内某一塔筒为监测对象获取。
[0005] 图1-2中,塔筒的综合温度由太阳辐射和室外气温两者共同作用形成,即曲线1(塔筒外综合温度)由曲线2(塔筒外空气温度)、3(太阳辐射当量温度)叠加形成。
[0006] 图1-3中,曲线1为塔筒平面方向的综合温度(即塔顶的温度),曲线2为东向垂直面的综合温度,曲线3为西向垂直面的综合温度。
[0007] 上图反应出:
[0008] ①机舱顶部综合温度自8点至14点持续高于塔筒、机舱20外围护结构的东向垂直面、西向垂直面,以12点为对称点,机舱20顶部外表环境持续处于高的综合温度环境之中。
[0009] ②塔筒、机舱20外围护结构的西向垂直面温度在推迟8个小时后高于东向垂直面温度。
[0010] ③西向垂直面在16点达到最高温度值后,考虑温度波传递到塔筒、机舱20内表面会推迟大约半个小时,推迟的时间长短与塔筒、机舱材质及涂层材料的蓄热系数有关,蓄热系数大小对应围护结构内高温推迟的时间长短。在新疆天山南坡哈密地区夏季,地理位置决定18点以后时常起,致使风力发电机组持续满功率发电至第二天凌晨以后。这意味着风力发电机组内部热源产热持续“走高”,外部环境温度的降低并不会立刻影响机组内部环境温度。
[0011] 也就是说,塔筒内部温度经常处于高温状态,尤其是夏季,此时,过高的内部温度导致电力传输电缆30难以散热,甚至温度更高,影响其使用寿命和整个电力传输系统的安全性。

发明内容

[0012] 为解决上述技术问题,本发明提供一种围护结构及其内部的热源的动态散热方法、动态散热系统,该动态散热系统和方法有助于热源更为高效的散热。
[0013] 本发明提供的围护结构内部的热源的动态散热方法,
[0014] 获取围护结构的相对低温区域;
[0015] 驱动热源移动至所述相对低温区域。
[0016] 可选地,所述相对低温区域的获取方式如下:
[0017] 根据围护结构外界的空气流参数,获取与上风向来流接触的围护结构外表面的绕流脱体方位,以该方位为所述相对低温区域;
[0018] 或,
[0019] 根据太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位,获取所述相对低温区域;
[0020] 或,
[0021] 对于所述围护结构外表面的背阴侧的绕流脱体方位,以及太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位,选取两个方位之间的位置为所述相对低温区域。
[0022] 可选地,太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位为正对的背阴侧方位。
[0023] 可选地,太阳辐射照射方向所对应的背阴侧方位为:
[0024] 正对的背阴侧方位向日落方向偏预定度。
[0025] 可选地,检测围护结构阳侧的内壁和外壁温度,获取太阳辐射从外壁向内壁传递的延时时间,驱动热源经延时时间后移动至与当前太阳时对应的相对低温区域。
[0026] 可选地,对于背阴侧的所述绕流脱体方位、太阳辐射照射方向所对应的所述围护结构的背阴侧方位,选取二者中间的方位为所述围护结构的相对低温区域。
[0027] 可选地,检测所述围护结构外表面温度,获取围护结构外表面实际的相对低温区域,以与背阴侧的所述绕流脱体方位、太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位的表面温度进行比对,获得实际的最低温度方位与上述两方位的关系。
[0028] 可选地,当处于阴天或夜晚时,以所述绕流脱体方位为所述相对低温区域。
[0029] 可选地,检测所述围护结构外表面的温度,当太阳辐射照射方向正对的围护结构的背阴侧方位温度与太阳辐射照射的阳侧方位温度之差不高于预定值时,以所述背阴侧的所述绕流脱体方位为所述相对低温区域。
[0030] 可选地,日落之后经过预定时间,驱动所述热源返回至所述围护结构处于正午时刻所对应的背阴侧的内侧位置。
[0031] 可选地,获取所述围护结构所在地的经纬度,并通过读取太阳时的时刻信息,以获知太阳辐射照射方向;或,通过检测太阳的方位角和太阳高度角获取太阳辐射的照射方向。
[0032] 可选地,所述空气流参数由检测获得,或根据所述围护结构所在地的气象风玫瑰图获取。
[0033] 可选地,检测所述围护结构外壁和/或内壁的温度,获取所述围护结构的表面的相对低温区域。
[0034] 可选地,在所述围护结构的高度方向,分段检测所述外壁和/内壁的温度,分段获取对应的所述相对低温区域。
[0035] 可选地,所述热源包括电控柜、变压器,和/或设于所述围护结构内的电力传输导体。
[0036] 可选地,实时驱动所述热源,以使所述热源实时处于所述相对低温区域;
[0037] 或,
[0038] 设定周期,经所述周期后,驱动所述热源处于对应的所述相对低温区域。
[0039] 可选地,下述条件至少一者符合时,驱动所述电力传输导体移动至所述相对低温区域:
[0040] 与所述电力传输导体连接的并网变压器的网侧开关处于闭合状态且有功率输出;
[0041] 所述电力传输导体的温度,与所述围护结构外壁或内壁的温度之差,大于预定温差值。
[0042] 可选地,检测所述电力传输导体的表面温度,当所述电力传输导体移动至所述相对低温区域后,温度降低的数值不超过预定收益值时,停止驱动所述电力传输导体移动。
[0043] 可选地,将所述电力传输导体的表面温度按照高低划分为若干区域,越高温度区域所对应的预定收益值越低。
[0044] 本发明还提供一种围护结构内部的热源的动态散热方法,
[0045] 获取围护结构的相对低温区域;
[0046] 输出驱动热源移动至所述相对低温区域的控制信号
[0047] 可选地,读取围护结构外界的空气流参数,计算获取与上风向来流接触的围护结构外表面的绕流脱体方位,以该方位为所述相对低温区域;
[0048] 或,
[0049] 读取围护结构所在地的经纬度以及太阳时的时刻信息,或读取检测的太阳方位角和太阳高度角,获取太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位,并以该方位为所述相对低温区域;
[0050] 或,
[0051] 对于所述围护结构外表面的背阴侧的绕流脱体方位,以及太阳辐射照射方向所对应的围护结构的背阴侧方位,选取两个方位之间的位置为所述相对低温区域。
[0052] 本发明还提供一种围护结构内的动态散热系统,包括:
[0053] 驱动装置,能够驱动所述围护结构内的热源移动;
[0054] 控制系统,能够获取所述围护结构的相对低温区域,并据此控制所述驱动装置驱动所述热源移动至所述相对低温区域。
[0055] 可选地,所述控制系统包括参数获取装置,所述参数获取装置获得所述围护结构的外界空气流参数;所述控制系统还包括控制器
[0056] 所述控制器根据所述空气流参数获取与上风向来流接触的围护结构外表面的绕流脱体方位,以所述绕流脱体方位为所述相对低温区域;或,
[0057] 所述控制器获取太阳辐射照射方向所对应的所述围护结构的背阴侧方位,以该位置为所述相对低温区域;
[0058] 或,对于背阴侧的所述绕流脱体方位,以及太阳辐射照射方向所对应的背阴侧方位,所述控制器选取两个方位之间的位置为所述相对低温区域。
[0059] 可选地,对于背阴侧的所述绕流脱体方位、太阳辐射照射方向所对应的所述背阴侧方位,所述控制器选取二者中间的方位为所述相对低温区域。
[0060] 可选地,所述控制系统还包括检测所述围护结构外壁温度的温度传感器,根据检测的温度获取实际的相对低温区域,以与所述背阴侧的所述绕流脱体方位、太阳辐射照射方向所对应的背阴侧方位进行比对,获得实际的相对低温区域与上述两方位的关系。
[0061] 可选地,当处于阴天或夜晚时,所述控制器以所述绕流脱体方位为所述相对低温区域。
[0062] 可选地,所述控制系统还包括检测所述围护结构外壁温度的温度传感器,当太阳辐射照射方向正对的背阴侧方位温度与太阳辐射照射的阳侧方位温度之差不高于预定值时,所述控制器以所述背阴侧的所述绕流脱体方位为所述相对低温区域。
[0063] 可选地,所述参数获取装置包括检测所述空气流参数的风向传感器、风速传感器以及风场空气流温度传感器;
[0064] 和/或,所述控制器内存储所述围护结构所在地的气象风玫瑰图,以获取对应时段的所述围护结构外界的空气流参数。
[0065] 可选地,所述控制系统还包括检测所述围护结构外壁和/或内壁温度的温度传感器,以获取所述相对低温区域。
[0066] 可选地,在所述围护结构的高度方向,包括若干层所述温度传感器,以分段获取对应的所述相对低温区域;所述温度传感器通过通信总线连接。
[0067] 可选地,所述温度传感器为接触式传感器,其感温件的非接触并暴露在外的表面具有隔热层
[0068] 可选地,所述热源包括设于所述围护结构内的电控柜、变压器,和/或电力传输导体。
[0069] 可选地,所述围护结构内设有承载部,所述热源置于所述承载部,所述驱动装置驱动所述承载部移动,带动所述热源移动至所述相对低温区域。
[0070] 可选地,所述支架包括搭载支架,所述电力传输导体的一段搭载于所述搭载支架的承载面,所述承载面呈弧形设置;所述搭载支架以上的电力传输导体在所述搭载支架之前形成弧垂段,在所述搭载支架之后下垂;
[0071] 所述驱动装置包括驱动所述搭载支架转动的第一驱动部,以带动搭载在所述承载面上以及位于所述承载面以下的所述电力传输导体移动至所述围护结构的相对低温区域。
[0072] 可选地,所述驱动装置还包括驱动所述搭载支架以下的所述电力传输导体与所述搭载支架同步转动的第二驱动部。
[0073] 可选地,所述围护结构内设有平台,所述平台设有与其转动连接的转动盘,所述搭载支架设置于所述转动盘,所述第一驱动部驱动所述转动盘转动。
[0074] 可选地,所述转动盘为扇形,所述扇形的小弧端设有安装于所述平台的转轴,所述转动盘绕所述转轴转动。
[0075] 可选地,所述支架包括搭载支架,所述电力传输导体的一段搭载于所述搭载支架的承载面,所述搭载支架以上的电力传输导体在所述搭载支架之前形成弧垂段,在所述搭载支架之后下垂;
[0076] 所述电力传输导体定位于所述搭载支架,所述驱动装置仅驱动所述承载面以下的所述电力传输导体移动至所述相对低温区域。
[0077] 可选地,所述控制器控制所述驱动装置实时驱动所述热源,以使所述热源实时处于所述相对低温区域;
[0078] 或,
[0079] 所述控制器内设定周期,经所述周期后,驱动所述热源处于对应的所述相对低温区域。
[0080] 可选地,所述围护结构内的所述电力传输导体通过并网变压器连接至电网
[0081] 所述控制器判断下述条件至少一者符合时,控制所述驱动装置驱动所述电力传输导体移动至所述相对低温区域:
[0082] 所述并网变压器的网侧开关处于闭合状态且有功率输出;
[0083] 所述电力传输导体的温度,与所述围护结构外壁或内壁的温度之差,大于预定温差值。
[0084] 可选地,还包括随所述电力传输导体移动的牵引缆绳,所述电力传输导体分段固定于所述牵引缆绳,所述牵引缆绳连接于围护结构内的平台。
[0085] 可选地,还包括设于所述平台的搭载支架,所述电力传输导体的一段搭载于所述搭载支架的承载面,所述搭载支架以上的电力传输导体在所述搭载支架之前形成弧垂段,在所述搭载支架之后下垂;
[0086] 所述驱动装置驱动所述搭载支架转动,以带动搭载在所述承载面上以及位于所述承载面以下的所述电力传输导体移动至所述围护结构的相对低温区域;
[0087] 所述牵引缆绳的上端与所述搭载支架固定,或,所述牵引缆绳的上端滑动连接于所述平台;所述牵引缆绳为丝绳或编织带。
[0088] 可选地,包括若干夹具,所述电力传输导体具有若干根,若干根所述电力传输导体分段定位于所述若干夹具对应的通孔中,所述夹具与所述牵引缆绳固定。
[0089] 可选地,所述电力传输导体在所述围护结构内壁的投影面,和/或所述围护结构径向竖直面的投影面内,往复弯折。
[0090] 可选地,所述围护结构的内壁设有轨道,所述电力传输导体承载于围护结构内的搭载支架,所述驱动装置包括伺服电机,所述伺服电机沿所述轨道移动以驱动所述搭载支架以下的所述电力传输导体转动。
[0091] 可选地,在所述围护结构的高度方向,分布若干所述轨道和对应的所述伺服电机。
[0092] 可选地,还包括能够相啮合齿条齿轮,所述齿轮与所述伺服电机的输出轴连接,所述齿条设于所述围护结构的内壁。
[0093] 可选地,所述齿条与所述齿轮沿所述围护结构的径向啮合;所述伺服电机设有沿所述轨道水平移动的行走滚轮。
[0094] 可选地,所述轨道设有齿条,所述齿轮与所述齿条沿竖直方向啮合。
[0095] 可选地,所述围护结构内壁设有支撑,所述伺服电机位于所述支撑和所述轨道之间,所述伺服电机设有沿所述支撑移动的支撑轮。
[0096] 可选地,所述支撑设于所述伺服电机的上方,所述轨道位于所述伺服电机的下方。
[0097] 可选地,所述齿条、所述轨道以及所述支撑均为弧形,或均为直线形,或均为折线形。
[0098] 可选地,所述围护结构内设有支撑于所述围护结构底部或支撑于围护结构基础的基础支架,驱动对应的所述热源沿所述基础支架移动;所述基础支架与所述围护结构内壁具有间距。
[0099] 可选地,所述基础支架为设在在所述围护结构内部的格构式塔结构;所述热源包括电控柜和/或变压器。
[0100] 本发明还提供一种围护结构,设有如上述任一项所述的动态散热系统,所述围护结构包括风力发电机组的塔筒或电视塔的建筑外墙,或者,水面运载工具或者航空运载工具的壳体内的热源;其中,所述水面运载工具或者所述航空运载工具内的热源包括燃料箱体,所述驱动装置驱动所述燃料箱体内的液体燃料移动至所述相对低温区域。
[0101] 本发明提供的围护结构及其内部热源的散热方法、散热系统,的核心在于,将围护结构内传统意义上位置相对固定的热源,人为、主动地将其颠覆性地转换为移动式热源,以自适应温度场,寻找围护结构内的相对低温区域,利用围护结构温度场温差的特点,调整热源(在围护结构内壁附近)的方位,调整围护结构内的散热布局,给热源创造由围护结构内部向外部传递热量的最佳方向(温度梯度的方向)和最大速率向外散热的围护结构散热布局,即实现动态散热。从而降低移动式热源的运行温度,延长其使用寿命,提高系统的可靠性和安全性。附图说明
[0102] 图1-1为现有技术中塔筒的结构示意图;
[0103] 图1-2为现有技术中夏季塔筒外综合温度的组成示意图;
[0104] 图1-3为现有技术中塔筒不同朝向的综合温度;
[0105] 图2-1为上风向来流外掠塔筒时形成的边界层示意图;
[0106] 图2-2为图2-1中出现绕流脱体的示意图;
[0107] 图2-3为空气流外掠塔筒时,三种雷诺数Re下,塔筒局部表面努谢尔特数Nu与角度的变化曲线图;
[0108] 图3-1为本发明实施例中塔筒外西南方向的上风向来流所产生的绕流脱体回流方位,电力传输导体位于该方位;
[0109] 图3-2为塔筒东南方向的上风向来流所产生的绕流脱体回流方位,电力传输导体位于该方位;
[0110] 图4-1为根据绕流脱体方位和太阳辐射照射两种因素的相对低温区域确定示意图,上风向来流为西南方向;
[0111] 图4-2图4-1为根据绕流脱体方位和太阳辐射照射两种因素的相对低温区域确定示意图,上风向来流为东南方向;
[0112] 图4-3为根据绕流脱体方位和太阳辐射照射两种因素确定相对低温区域并控制电力传输导体移动的流程图
[0113] 图4-4为塔筒壁背阴侧与太阳热辐射照射方向的关系示意图;
[0114] 图5-1为塔筒所在地夏季朝向太阳辐射及出现高温和暴雨方向的范围示意图;
[0115] 图5-2为在塔筒阳侧设置温度传感器的示意图;
[0116] 图6为一种风玫瑰图的示意图;
[0117] 图7为本发明实施例中所提供的塔筒壁携带有圆弧轨道的示意图;
[0118] 图8-1为本发明实施例中风力发电整机与电力并网的示意图;
[0119] 图8-2为本发明实施例中电力传输导体设置温度传感器的结构示意图;
[0120] 图9-1为塔筒内电力传输导体的典型敷设方案示意图;
[0121] 图9-2为图9-1中搭载支架的结构示意图;
[0122] 图10为本发明实施例中搭载支架伺服驱动系统的结构示意图;
[0123] 图11为本发明实施例中携带圆弧轨道的塔筒壁及驱动电力传输导体转动的伺服驱动系统结构示意图;
[0124] 图12为本发明又一实施例中所提供的塔筒壁携带有圆弧轨道的示意图;
[0125] 图13-1为图12中驱动装置沿塔筒壁移动的具体结构示意图;
[0126] 图13-2为图13-1中齿轮和弧形齿条配合的示意图,为图13-1的俯视图;
[0127] 图13-3为图13-1中圆弧支撑与支撑轮配合的示意图;
[0128] 图14-1为图7中驱动装置沿塔筒壁移动的具体结构示意;
[0129] 图14-2为图14-1中齿轮和弧形齿条配合的示意图,为沿图14-1内壁的正视图;
[0130] 图14-3为图14-1中圆弧支撑与支撑轮配合的示意图;
[0131] 图15-1为本发明实施例中电力传输导体第一种倾斜布置的示意图;
[0132] 图15-2为本发明实施例中电力传输导体第二种倾斜布置的示意图;
[0133] 图15-3本发明实施例中电力传输导体第三种倾斜布置的示意图;
[0134] 图15-4本发明实施例中电力传输导体第四种倾斜布置的示意图;
[0135] 图16为电力传输导体往复弯折设置于塔筒内的结构示意图;
[0136] 图17为本发明实施例中电力传输导体位于夹具内的结构示意图;
[0137] 图18为在塔筒内设置格构式塔结构的结构示意图。
[0138] 图1-1~1-3中的附图标记说明如下:
[0139] 10塔筒壁、20机舱、30电力传输电缆、40塔筒
[0140] 图2~图18中:
[0141] 1塔筒、1’格构式塔结构、1”基础平台、2桨叶、3风力发电机、4电能输出输送导体;
[0142] 5平台、51搭载支架、511承载面、52转动盘、53第一驱动部、54第一输出轴、55控制器;
[0143] 61第二驱动部61、62第二输出轴;
[0144] 71弧形轨道、711轨道连接件、72弧形齿条、721齿条连接件、73齿轮、74行走滚轮、75支撑轮、76弧形支撑;
[0145] 81并网变压器、82功率变送器、83网侧输电杆、84电网、85网侧开关;
[0146] 91卡箍、92夹持件;
[0147] 100塔筒壁;
[0148] 200温度传感器、200a通信总线;
[0149] 300电力传输导体、301弧垂段;
[0150] 400风速传感器、500风向传感器、600风场空气温度传感器;
[0151] 700钢丝绳;800夹具、800a通孔、900电气设备。

具体实施方式

[0152] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。为了便于理解和简洁描述,本文结合围护结构及其内部的热源的动态散热方法、动态散热系统进行整体描述,有益效果也不再重复论述。
[0153] 本发明方案中,围护结构内部的热源的动态散热方法,如下:
[0154] 获取围护结构的相对低温区域;
[0155] 驱动热源移动至所述相对低温区域。
[0156] 本发明的核心在于,将围护结构内传统意义上位置相对固定的热源,人为、主动地将其颠覆性地转换为移动式热源,以自适应温度场,寻找围护结构内的相对低温区域,利用围护结构温度场温差的特点,调整热源(在围护结构内壁附近)的方位,调整围护结构内的散热布局,给热源创造由围护结构内部向外部传递热量的最佳方向(温度梯度的方向)和最大速率向外散热的围护结构散热布局,即实现动态散热。从而降低移动式热源的运行温度,延长其使用寿命,提高系统的可靠性和安全性。
[0157] 应当理解,这里的热源并不一定包括围护结构内的所有热源,诸如导体、电缆、电气设备、产热设备(轴承部件)等,只要是能够被移动均属于本发明所指的热源。
[0158] 可知,即便有些热源不能被移动而更快地散热,但部分热源的动态散热,为其它电气设备、产热设备提供了低速率热量蓄积的塔筒内环境,也即抑制了整体的温升速率,为围护结构内部提供更为良好的散热布局。相应地,也就降低了围护结构内冷却设备的配置容量,间接降低了初次投资成本,也能够降低后期的运行成本。此外,相对于现有技术中通常采用大功率通风机的散热方式,该种主动移动的动态散热方式,借助热力学第一、第二定律发挥创造性作用,在抑制温升过程中付出最小的代价,具备绿色、能耗低、噪音小、几乎无需借助外界动力(驱动热源移动的动力需求相对较低)的特点。
[0159] 从以上动态散热的核心思想可看出,基于热力学第二定律思想,热源最终能够实现散热,是需要移动至对应的相对低温区域。显然,相对低温区域是相对于整个围护结构而言,温度相对较低的区域。围护结构的相对低温区域,往往表明该位置所对应的围护结构外表面以及外表面之外的外界环境温度均相对较低,将热源移动至相对低温区域,也是旨在利用相对低温区域所对应的外界环境这个较大的“冷源”,以实现较好的散热效果。而围护结构的相对低温区域如何获取,本文则给出了多种实现方式。当然,由于本方案是针对围护结构内部的热源,无论是哪种方式确定相对低温区域,相对低温区域必然是位于围护结构的内部。低于下述塔筒结构的示例,相对低温区域主要指塔筒壁100内侧温度相对较低的区域。
[0160] 下述实施例中,将塔筒1作为具体的围护结构,进行示例性说明。塔筒1的结构主要包括塔筒壁100,塔筒1的顶端设有机舱,塔筒1内部设有电气设备(比如变压器)、电力传输导体300等热源,对于塔筒1的相对低温区域选择,主要是寻找塔筒壁100的相对低温区域,以利用塔筒壁100之外的外界环境冷源。对于其他类型的围护结构而言,相对低温区域也主要指其环周方向的壁体低温区域。这里,热源主要以电力传输导体300为例进行说明。
[0161] 请参考图2-1、2-2,图2-1为上风向来流外掠塔筒时形成的边界层示意图;图2-2为图2-1中出现绕流脱体的示意图。
[0162] 如图2-1所示,当上风向来流绕流塔筒壁100时,边界层内空气流的压强、流速、以及流向都将沿着塔筒壁100弯曲面发生很大变化,从而影响换热。由于流动界面的变化,空气流的压强大约在塔筒壁100的前半部递降,即 小于零,而后又趋回升,即 大于零。特别要注意的是:塔筒壁100的壁面边界层内的空气流在持续向前流动时,它的动能将逐渐变小,其速度较边界层外低,相应的动能也较小,由于动能的消耗,空气流在塔筒弯曲壁面上的速度梯度将在壁面的某一位置趋于零,即 如图2-2所示,在虚线I起点位置,塔筒壁100壁面的空气流停止向前流动,并随即因沿着曲面向右(x方向) 大于零,而向相反的方向流动,形成图2-1中所示的回流,图2-2虚线I在壁面上的起点称为绕流脱体的起点(或称分离点,如图2-1所示的边界层分离点),自此边界层中出现逆流向流动,形成漩涡,从而使正常边界层流动被破坏。也就是说,换热效率最大的位置实际上并非是上风向来流正对塔筒壁100的位置,而是出现在塔筒壁100的两侧位置,相应地,此处才应当是换热效率最高的位置。
[0163] 本方案中,通过外界的空气流参数可以获取塔筒壁100相应位置的表面传热系数变化,以反馈换热效率的高低位置,实际上,可以理解,获取的表面传热系数最高的位置,实际上正是绕流脱体的位置。
[0164] 表面传热系数具体可以通过传热学中对流换热的努谢尔特数来表达,即:L为传热面的几何特征长度,对于塔筒这样的围护结构而言,L表现为塔筒的直径,h为空气流接触塔筒壁100时所对应的塔筒壁100表面的表面传热系数,λ为静止空气的导热系数)来间接反应,努谢尔特数Nu为能够间接反应塔筒表面传热系数大小的无量纲数。
表面传热系数由多个参数确定,根据传热学原理,努谢尔特数Nu可以简化表面传热系数的获取。
[0165] 获取努谢尔特数Nu时,可以先根据外界的空气流参数(温度、相对湿度密度、粘性系数、风向)获取对应的雷诺数Re( ρ-空气流密度,μ-空气流粘性系数,d-塔筒壁100的外径,u-塔筒外围空气流速),再建立不同雷诺数Re下,塔筒壁100外壁与空气流接触形成对流的表面传热系数的变化情况;并且,可根据实验方法获得不同雷诺数Re下,圆柱体围护结构(如塔筒)绕流脱体方位与不同雷诺数Re的关系;其中,围护结构绕流脱体方位对应于表面传热系数最大值及其左右区域,为范围值。
[0166] 请继续参考图2-3,图2-3为空气流外掠塔筒时,三种雷诺数Re下,塔筒局部表面努谢尔特数Nu与角度的变化曲线图。此处的局部表面,具体为自上风向来流和塔筒壁100接触的法向量位置,向北侧180度的范围。
[0167] 该图中,示出三组连续曲线,分别对应三个雷诺数Re,其中由下至上,对应的雷诺数Re逐渐增大,其中竖轴为努谢尔特数Nu,横轴为角度。从图中可看出,三组曲线中能反应表面传热系数的努谢尔特数Nu的三个峰值大约出现在115-125°的位置,即随着雷诺数Re的增加,努谢尔特数Nu的峰值也在逐渐增大。其中与上方向来流夹角115-125°的位置,即绕流脱体回流的方位,此处、此方位,空气流与塔筒外壁换热的表面传热系数最大。需要说明的是,绕流脱体方位为一范围值,如上所述的115-125°。
[0168] 请继续可结合图3-1、3-2理解,图3-1为本发明实施例中塔筒外西南方向的上风向来流所产生的绕流脱体回流方位,电力传输导体300位于该方位;图3-2为塔筒东南方向的上风向来流所产生的绕流脱体回流方位,电力传输导体300位于该方位。
[0169] 从以上分析可知,基于绕流脱体现象,绕流脱体位置处的换热效率最高,处于温度较低的较大范围内的绕流脱体方位,绕流脱体方位的温度应该更低,因此,绕流脱体位置可以为本文所需要寻找的相对低温区域。
[0170] 另外,请继续参考图4-1、4-2,图4-1为根据绕流脱体方位和太阳辐射照射两种因素的相对低温区域确定示意图,上风向来流为西南方向;图4-2图4-1为根据绕流脱体方位和太阳辐射照射两种因素的相对低温区域确定示意图,上风向来流为东南方向;图4-3为根据绕流脱体方位和太阳辐射照射两种因素确定相对低温区域并控制电力传输导体移动的流程图;图4-4为塔筒壁背阴侧与太阳热辐射照射方向的关系示意图。
[0171] 此方案中,相对低温区域的确定,并不仅仅依靠绕流脱体方位,还结合了太阳辐射影响。太阳辐射照射方向正对的塔筒壁100的背阴侧,即:太阳照射的射线经过塔筒壁100圆周的圆心,沿着径向、对应的塔筒壁100的外表面。根据光线的路径,通常理解,应该是正对的背阴侧的温度相对更低。所以,作为一种方案,仅根据太阳辐射来进行相对低温区域选择也是可以的。
[0172] 应知,本发明所提到的背阴侧是相对动态的概念,随着太阳照射方向的改变,背阴侧的区域也相应地变动。如图4-4所示,例举了三组太阳照射方向与背阴侧的对应关系。当太阳辐射方向是ES东南方向时,背阴侧处于西北区域,当太阳辐射方向是S正南方向时,背阴侧处于正北区域,当太阳辐射方向是WS西南方向时,背阴侧处于东北区域。
[0173] 即,文中所述的背阴侧,指塔筒壁100外表面不接受太阳辐射直接照射的范围区域。实际上,太阳能够直射的区域主要是南北回归线之间的区域,也就是南纬23.5度到北纬23.5度之间,在这之外的地方,太阳光主要是斜射下来。中国处于北半球,太阳自南方照射过来,所以图3-1~4-2中的背阴侧主要处于北侧(如上所述的处于西北、正北或是东北);对于南半球国家的风力机塔筒,阳光在正午前后时间段自北面照射过来,此时的背阴侧自然是在塔筒壁100的南面。
[0174] 请参考图5-1所示,图5-1为塔筒所在地夏季朝向太阳辐射及出现高温和暴雨方向的范围示意图。
[0175] 图5-1为以竖立的风力发电机组塔筒所处自然环境气象数据为背景,测量绘制出塔筒外部环周夏季日辐射量日变化情况代表性示意图。塔筒外部环周的日辐射量变化如图中虚线所示,沿着不同方位的径向幅值大小(长短)代表相应塔筒(不同)方向(位)或(不同)时段、太阳即时投射到塔筒壁100的辐射强度。可以看出:由南向西顺时针方向60°左右是开始出现高温的方位,一直持续到正西侧,之后才开始降低辐射强度(即:日常所说的“西晒”)。该地理位置处的塔筒围护结构在这一时间段的正北侧不会直接得到太阳辐射,只有当地地表辐射和大气辐射,即环境辐射,表现幅值非常弱小,也就是塔筒围护结构在这一时间段的背阴侧(包括塔筒壁100及其外表面和外表面附近的空气)相当于一个巨大的冷源。
[0176] 冷源是指温度相对周围较低、具有自动吸收周围环境物体热量(或热流) 的质量体(固体或气体或液体),值得动态搭桥利用,搭桥是指在围护结构内部的热源向围护结构的外部传递热量的途中构建热流传递通道,促成热流传递速率最大化。这也是本案技术发明点利用的客观事实。
[0177] 本文实施例的附图多以围护结构的背阴侧处于北面为例进行示例性说明,显然并不对本发明的保护范围进行限制。
[0178] 请继续参考图5-2,图5-2为在塔筒阳侧设置温度传感器的示意图。针对背阴侧为北向的地理环境,阳侧即南向,这里在由东-南-西的方向均布温度传感器200,图中示出内壁的温度传感器200,外壁也同时设置。
[0179] 以上在确定相对低温区域时,引入了太阳辐射照射方向所正对的围护结构的背阴侧方位。可以理解,以图5-2为例,当太阳从东方升起时,太阳辐射不会只停留在正东方向,热辐射会对东北方向之间也产生影响,因此,假设太阳位于正南时,正对的正北方向温度实际上并不是最低,而是正北偏西一定角度的位置。可以在背阴侧的外壁设置温度传感器(没有风干扰的时候),以根据检测的数值确定相对低温区域与太阳辐射照射方向正对方位的偏转角度,从而作为根据太阳辐射照射方向确定相对低温区域时的对确定方位的修正。
[0180] 该偏转角度可以作为其他未设置温度传感器的机组使用的参考,将该偏转角度设为预定角度,则获取太阳照射方向后,根据该预定角度即可确定相对低温区域。该偏转角度(如:3-5°)与构成围护结构的材料的热扩散率、壁厚、当量直径、太阳辐射强度有关。
[0181] 以下论述太阳照射方向与围护结构背阴侧相对低温区域确定的关系时,均以照射方向正对的方位为例说明,显然,偏转一定角度的选择为更优的方案,且适应于下述相对低温区域确定方式。
[0182] 另外,在南侧设置温度传感器200时,可以检测外壁和内壁的温差变化,获悉太阳辐射经外壁至内壁的传热延时时间。比如,当太阳照射围护结构的正南面时,确定正北或是上文所述的正北偏西的方位为相对低温区域,但基于辐射热量传递的延时,相对低温区域会于相应的延时时间(如:15-20分钟)后才出现,可以驱动热源于延时时间后再从当前位置调整至与当前太阳时对应的相对低温区域。
[0183] 上述论及按照绕流脱体方位或太阳辐射照射方位来确定围护结构的相对低温区域,而作为较为优选的方案,可以结合绕流脱体和太阳辐射两种因素共同确定相对低温区域。
[0184] 如图4-1所示,对于西南方向的夏季上风向来流,绕流脱体位置为图中所示的A方位(北偏西)和B方位(东偏南),而太阳辐射照射方向正对的围护结构的背阴侧位置为C方位,太阳辐射的照射方向在获取塔筒围护结构所在地的经纬信息后可以通过读取时刻信息获得,或者,也可以通过直接检测太阳的方位角和太阳高度角获取。在日出、日没时,太阳高度角等于零;一天中的正午,即当地太阳时12时,太阳高度角最大,此时太阳位于正南或正北,即:太阳方位角等于零或180°。
[0185] 从常规的太阳辐射影响来看,背阴侧的总体温度偏低。在中国,如:吐鲁番地区(火焰山地区、托克逊地区砂石地面)夏季地面温度可达到60℃以上。这样干热的区域还很多,地面反射太阳辐射加热地表面以上附近的空气,金属材质的塔筒壁100也会受太阳辐射直接加热。塔筒壁100背阴侧和阳侧会有15℃以上的差别。
[0186] 因此,A方位(图中以A点示意,实际上是115-125度的范围)的绕流脱体方位温度应当低于B方位的温度区域。理论上分析,A方位和C方位均为温度相对较低的区域,此时,可以选取二者的中间方位(由于A位置的绕流脱体方位为范围值,所选取的中间方位也为范围值),即图中所示的D方位为本发明所追求的相对低温区域,控制系统的控制器获取该相对低温区域的位置,并控制驱动装置将热源移动至D方位所示的相对低温区域,将该区域确定为径向热流传递速率自然最大化路径。
[0187] 从以上方案可以看出,太阳辐射照射方向随时刻的变化而变化,上风向来流的风向、风速、空气密度、温度等空气流参数也随机变化,因此,A、B、C、D四处方位均处于动态变化中,继而按照如上任一方式所确定的相对低温区域也将处于动态变化过程,因此驱动热源移动至相应的相对低温区域的方法的实施,属于一种动态散热方式,本发明利用相对低温区域的时间-空间变化规律,进行散热布局动态调整,是对于围护结构内部的热源散热方法进行的颠覆性解决方案。
[0188] 需要说明的是,以上关于绕流脱体方位的确定,需要获知塔筒外界的空气流参数,空气流参数获取可以采取如下方式:
[0189] 第一种,通过检测获得。本发明所提供的动态散热系统包括伺服控制系统,伺服控制系统包括参数获取装置和伺服控制器,参数获取装置用于获取各种参数,以便于伺服控制器获得相对低温区域。此时,以上文所述的关于雷诺数的公式,参数获取装置包括如图8-1所示的风向传感器500、风速传感器400以及风场空气温度传感器600(不受太阳辐射干扰测量获得的空气温度),从而计算获得围护结构外部空气流的绕流脱体位置,可以实时检测。
[0190] 第二种,根据所述围护结构所在地的气象风玫瑰图获取对应时段的所述围护结构外界的空气流参数(上风向来流的风向、风速、空气密度、温度)。
[0191] 请参考图6,图6为一种风玫瑰图的示意图。
[0192] 风玫瑰图可以体现当地某时段(例如夏季6-8月的风玫瑰图)内的风向、风速等空气流参数,从而为绕流脱体位置的计算提供历史数据。对于对应的地理位置,气象数据通常呈现一定的规律,即每年不同时间段的气象数据会大致相同或者呈规律变化,则针对某一时间段内的塔筒1的相对低温区域选择,可以根据对应时段内的历史气象风玫瑰图来确定相应的空气流参数,从而也可以获得所需的绕流脱体位置。也就是说,风玫瑰图能够获知某一时段内某个具体方向来流出现较大风速且频率较高的方位,从而体现出值得被利用的绕流脱体位置,将以往纯粹的气象参数应用于绕流脱体方位的获取,为散热系统的动态热源布局所利用。
[0193] 一般而言,某区域的气象数据都会有风玫瑰图,获取风力机塔筒围护结构所在地的风玫瑰图即可;另外,对于没有气象数据监测的区域,在建立风力发电机组之前,应当对气象数据进行监测,既是作为对风力发电机组建立的必要性支持,也是作为性能提升的参考依据,正如本发明所提到的利用气象风资源进行散热布局动态调整。
[0194] 实时检测空气流参数从而获取绕流脱体方位的方案理论上更为精确,但提供的风玫瑰图获取绕流脱体方位的方式为技术人员提供了更多的选择,当传感器发生故障时,可以作为冗余替代方案,不设置传感器时,成本也相对较低。如上所述,无论是检测塔筒壁100外壁或内壁的温度传感器,还是这里的风向传感器500等,均可以不设置(但对于风力机塔筒而言,风向传感器500一般是常规设置),或者为不设置的塔筒作参考,由其是处于同一区域范围的塔筒,一组风力机塔筒的数据可以为其他塔筒提供共享资源。
[0195] 可见,本方案是采取主动移动热源的方式来调整散热布局以适应太阳辐射和风资源(风速、风向)、借助风与围护结构外壁耦合作用的潜在有益客观规律去构成温差热传递最大速率的热传递效果的实施方式。
[0196] 请继续参考图7,图7为本发明实施例中所提供的塔筒壁携带有圆弧轨道的示意图。该图还示出设于塔筒壁100的内壁和外壁的温度传感器200。
[0197] 参数获取装置还可以包括温度传感器200。如图7所示,温度传感器200可以沿塔筒壁100周向设置,从而较为全面地获取塔筒壁100内壁和外壁的温度。
[0198] 温度传感器200将检测数据传输给控制器,例如可以通过图中所示的通信总线200a传递,以便于信号的精确传递和综合分析,当然,温度传感器200的检测数据单独有线、无线传递也均可,此时的控制器就是伺服控制器。控制器根据检测的温度数据,可以确定实际的相对低温区域,如上提供了三种相对低温区域确定方式(背阴侧绕流脱体方位、太阳辐射照射正对的围护结构的背阴侧方位、以及二者中间的位置),这里检测出的实际的相对低温区域方位,可以与上述三种方式获得的相对低温区域进行比对分析,以进一步验证上述三种方式的精准性,各方式也可以并存以相互验证。
[0199] 从以上分析可知,实际的相对低温区域必然处于如上所述的A方位和C方位之间,而两者的中间位置应当是或接近实际的相对低温区域。而检测的温度数据,经过积累,可以获知实际的相对低温区域与A方位、C方位之间的关系,当该种关系被确定后,在不设置温度传感器200或者温度传感器200发生故障时,可以仅仅依靠常规配置风向传感器500、风速传感器400提供更为精确的相对低温区域确定方法,也为其他未设置温度传感器200的塔筒壁100的相对低温区域选择提供有力的理论参考。
[0200] 应知,温度传感器200检测的相对低温区域属于较为精准的相对低温区域确定方式。然而,为了获得较大范围内的相对低温区域确定,需要设置较多的温度传感器200,至少塔筒1的背阴侧都要设置,这无疑会增加设备成本和围护成本。因此,除了温度检测以外的上述其他三种方式既能满足相对低温区域选择基本准确性,又不会增加设备的成本,可以替代温度检测的相对低温区域确定方式,也可以作为冗余方案。
[0201] 另外,在确定相对低温区域时,可以仅检测塔筒壁100外壁的温度,即仅在外壁设置温度传感器200,围护结构的内部热源的热量传递要自内向外,外壁的温度反应了外壁附近周围的环境温度,将外壁温度最低的位置选择为相对低温区域,可以较为精确地利用此处围护结构的背阴侧较大的环境作为“冷源”进行吸热,达到散热的目的。当然,理论上外壁温度最低位置向心对应的内壁温度往往也最低,所以仅检测内壁温度,将最低位置选择为相对低温区域也是可行的。考虑到热源,例如塔筒1内电力传输导体300产热时对内壁温度可能产生的影响,可以同时检测内壁和外壁的温度,动态产生内壁圆周的温度变化情况,以积累数据,反应不同季节、不同时间段、不同时刻的相对低温区域,以供不设置温度传感器200的风力机塔筒1机组参考使用。
[0202] 上述通过检测温度和获得绕流脱体方位获取相对低温区域的方式,在塔筒1的高度方向上,可以分段进行(包括分段测风速)。随着塔筒1高度的增加,空气流参数会改变,例如风速,表现为不同的雷诺数Re,如图2-3所示,而根据热空气在塔筒围护结构内受浮升力作用自动上升原理,塔筒1不同高度位置的温度也会出现差异。分段获取相对低温区域的方式,可以更为精准地确定塔筒1背阴侧整个高度方向上的实际相对低温区域的变化。
[0203] 针对塔筒1内的电力传输导体300,一般在在塔筒1顶部设置平台5,平台5上设置搭载支架51,电力传输导体300从机舱20位置下垂后,位于塔筒1内部的中部,其翻越搭载支架51后沿塔筒1内壁垂下,并具有几十至百米以上的长度。为了避免电力传输导体300与搭载支架51的承载面发生相对扭转、移动而磨损,可以将搭载支架51的承载面呈弧形设置,形状可以类似为鞍形,该搭载支架51也称为马鞍面支架,其承载面511也称为马鞍面。
[0204] 如上所述,电力传输导体300翻越承载面511后,下垂有几十至百米以上的长度,如果在高度方向上由下向上出现较为明显的温度差异时,分段寻找相对低温区域的方式,可以保证每一段的电力传输导体300可以处于对应高度的相对低温区域,从而达到最佳的散热效果,可以理解,此时驱动电力传输导体300也是分段进行。
[0205] 在分段获取相对低温区域时,对于检测温度而言,则可以在塔筒1的高度方向,在塔筒1的内壁和/或外壁分段设置温度传感器200,以分段检测对应位置的温度。对于绕流脱体方位计算所需的空气流参数,则也可相应地分段设置风速传感器400、风场空气流温度传感器200,测量不同高度的风速、温度,由于风向在不同高度差异性较小,风向传感器500无需分段设置。
[0206] 以上以绕流脱体方位为相对低温区域或者作为选择因素时,均选择塔筒壁100背阴侧的绕流脱体方位,包括温度传感器200的设置,也可以仅设在背阴侧。这主要是考虑到太阳辐射的影响,非背阴侧的绕流脱体方位虽然换热效率高,但由于接受太阳辐射照射,围护结构表面温度较高(没有必要设置温度传感器200寻找相对低温区域),未必能够形成相对低温区域,尤其是白天时段。
[0207] 可以理解,当处于阴天、雨天或者夜晚时,即无日照的状态,由于太阳辐射的因素可以不予考虑,此时,可以仅选择绕流脱体方位为所述的相对低温区域,无需考虑太阳辐射的影响,基于上风向来流而形成的两处绕流脱体方位,均可以作为相对低温区域,控制器可以根据热源需要移动的最短路径确定即可。
[0208] 上述提到的阴天、雨天或者夜晚,主要是为了忽略太阳辐射的影响。对此,也可以通过温度检测的方式,考虑太阳辐射是否影响相对低温区域的选择。可以在围护结构的阳侧也设置温度传感器200,如图4-1所示,当太阳辐射照射方向正对的背阴侧方位温度与太阳辐射照射的阳侧方位温度之差不高于预定值(例如可以设定为2度)时,此时可以不再考虑太阳辐射的温度影响,可仅以背阴侧的绕流脱体方位确定所述的相对低温区域。与上述论述原理类似,基于成本,可以直接根据天气情况或者时间段(白天、夜晚)来确定是否需将太阳辐射作为相对低温区域的选择因素,在阳侧设置温度传感器200所获得的积累数据也可以作为其他机组的参考。
[0209] 如背景技术所述,中国新疆天山的南坡、哈密地区的夏季,18点以后也会时常起风,塔筒1内的电力传输导体300依然会产热。也就是说,太阳辐射周期性(临时十几个小时)消失后,地面吸收的太阳辐射会持续存在,并且在高度方向产生足够的温差,温差引起宏观的空气流沿着天山南坡运动,风力发电装置会高功率发电,电力传输导体300会产生较高的热量。可见,本方案中散热结构的动态调整在夜晚仍然可以发挥作用,可以一天24小时动态调整,持续散热,最大化地降低热源发热所造成的不利影响和付出最小的控制围护结构内温升的代价。
[0210] 当然,本方案在夜晚时也可以不作调整。比如,日落之后经过预定时间,驱动包括电力传输导体300的热源返回至塔筒壁100的太阳正午时刻对应的背阴侧位置。预定时间可以是2小时,本领域技术人员可以根据塔筒1实际所在地的气候因素进行设定,该时间段以太阳辐射所导致的温差已经消失或者显著降低为要求。此时驱动热源返回至围护结构背阴侧方位对应的内壁方位,例如是正北侧,一方面此处的温度仍属于相对较低的方位,可以满足一定的夜晚的散热需求,另外,虽然其他位置有可能存在温度更低的方位,但移动至背阴侧可以防止次日整个驱动装置、控制系统出现故障时,热源能够处于较低温度的背阴侧方位对应的内璧方位而不是日照相对较强的其他位置,即相对于一天24小时的动态调整,可以采取仅白天动态调整的动态散热控制方式。
[0211] 另外,对于例如电力传输导体300类的热源的移动,可以实时驱动,使其实时地位于相对低温区域,实现散热效果的最优。也可以设定移动的周期,使热源经过一定的周期后再移动至对应的相对低温区域。如此设置,可以避免驱动装置频繁启动,从而节省能耗。而且,对于太阳辐射的影响,往往也并不是时刻变化,会滞后一定的周期,因此,设定移动的周期实际上也顺应了温度场的实际变化。甚至可以不设置周期,而是根据经验控制何时进行电力传输导体300或是其他热源的位置动态调整;或者通过检测电力传输导体300或是其他热源的温度,当发现温度不宜继续升高时,再进行动态调整,均可。本文并不对热源移动的时间作限制。
[0212] 对于热源的移动,主要是沿塔筒壁100的转动,这里作一下说明。从早上太阳升起来时的正西侧,经过12小时后,到晚上正东侧,180°角度在12小时(720分钟)完成移动,则移动角速度为0.25°/min,可见,该移动动作实际上无声无息、极为不易觉察,不影响塔筒1内部的工作,也不会损伤电力传输导体300,安全性较高。
[0213] 而为了节省电能设定周期时,对于电力传输导体300,周期可以设定为20-30分钟,即间隔20-30分钟进行集中移动(或转动),该周期可以满足电力传输导体300能够较为及时地移动至相对低温区域,而一次角度也仅5°-7.5°,该角度依然较小。
[0214] 无论是实时移动还是周期性间断移动、非周期性间断移动,全天移动还是分时段移动(比如白天移动、夜晚不移动),移动的时机可以进一步确定,以让电力传输导体300在的确需要移动时进行移动式动态散热。
[0215] 请参考图8-1、8-2所示,图8-1为本发明实施例中风力发电机塔筒与电力并网的示意图;图8-2为本发明实施例中电力传输导体300设置温度传感器200的结构示意图。
[0216] 如图8-1所示,塔筒1的顶部设有吸收风能的桨叶2,利用风能发电的风力发电机3,将风力发电机3的电能输出输送导体4,电能输出输送导体4连接电力传输导体300,电力传输导体300的下端与并网变压器81连接,通过并网变压器81、功率变送器82连接至电网84,电网84铺设于网侧输电杆83或塔结构。并网变压器81具有网侧开关85,网侧开关85闭合时,电力传输导体300才处于电力输送状态,也就处于工作状态,会产生热量,成为热源,此时具有散热需求。因此,可以将网侧开关85处于闭合状态且有功率输出作为控制系统工作的启动信号,控制系统开始寻找相对低温区域并控制驱动装置驱动电力传输导体300移动至该相对低温区域,如图4-3所示。
[0217] 控制系统的启动除了根据上述条件,也可以根据电力传输导体300与塔筒壁100外壁的温度差决定。如图8-2所示,可以在每根电力传输导体300上设置温度传感器200,也检测电力传输导体300的温度,再与塔筒壁100外壁检测的温度通过温度比较器(可以内置于控制器内)作比较,当电力传输导体300的温度大于外壁温度预定温差值后,可以启动动态散热系统,该预定温差值例如可以设定为2度。
[0218] 上述两种条件均满足再启动控制系统和驱动装置为最佳方案。当电力传输导体300处于输送电流的产热状态,但鉴于气候原因,有可能外界温度并不低于电力传输导体
300;当电力传输导体300由工作转为正常停机或是检修状态时,电力传输导体300温度会持续一段时间(实践表明,在4-5个小时内温度不会明显降低),外壁温度也会低于电力传输导体300,低值4-5摄氏度左右。以上情况实际上并不具有急切的散热需求,据此,可以在电力传输导体300处于工作产热状态,并且外壁温度低于电力传输导体300,才启动动态散热系统工作。
[0219] 另外,检测电力传输导体300的表面温度时,还可以在驱动其移动的过程中作比较,电力传输导体300移动至相对低温区域前后,温度降低的数值不超过预定收益值时,可以停止驱动电力传输导体300继续移动。该预定收益值按照实际情况设定。比如,当塔筒内部环境温度较低,电力传输导体300未处于高负荷运转状态下时,预定收益值可以设定地相对较大一些(移动带来的降温幅度较大时才有必要移动),反之,则可设定地相对较低一些(移动带来的降温幅度虽然偏低,但依然有必要移动)。即电力传输导体300在移动至相对低温区域后,其表面温度范围并没有明显降低的情况下,可以不再继续移动,节省能源
[0220] 设定上述预定收益值时,可以将所述电力传输导体300的表面温度按照高低划分为若干区域,越高温度区域所对应的预定收益值越低。
[0221] 可以按照电力传输导体300的温度负荷进行划分,比如,当电力传输导体300表面温度最好不能超过50度时,可以划分三个区域:50度以上、10-50度、10度以下。
[0222] 相应地,50度以上时,预定收益值可设定为0.2度,即在移动至低温区域前后,降低的温度能够在0.2度以上,移动的价值就值得考虑,否则不予移动;电力传输导体300表面温度处于10-50度时,移动至低温区域后,降低的温度能达到0.5度及以上,则进行移动,否则不予移动;电力传输导体300表面温度处于10度以下时,实际上处于较为低温的状态,移动降温幅度相对较大才值得被利用,故可以将预定收益值设定为1度,只有达到或超过该预定收益值才进行移动,否则停止移动。
[0223] 停止移动后,对于周期驱动的控制而言,可以在下一周期再驱动,或是由人工控制重新启动驱动控制、或是根据外界环境变化重新驱动等等。
[0224] 以上的动态移动方式控制,是兼顾散热成本和散热需求的策略。可知,以上的数据积累可以作为后续本机组或是其他机组的参考。当电力传输导体300表面温度区域相同,而外界环境情形类似时,则可以在不监控电力传输导体300表面温差变化的情况下,直接判断进行驱动还是停止驱动。
[0225] 对于检测电力传输导体300的温度传感器200,以及其他位置的温度传感器,均可以采用接触式温度传感器,并可以对传感器感温件的非接触部分并且暴露在外的表面做隔热处理,形成隔热层,隔离非接触且暴露在外的表面与周围空间的热辐射发射,一方面,隔离太阳辐射的直接照射,另一方面,也防止感温件接触部分接触的热量向外散失,从而有效防止检测的温度值受到干扰。
[0226] 以上说明了相对低温区域的获取方式,动态散热系统的启动以及控制等。下面再针对如何实现热源向相对低温区域的移动进行说明,相应地会具体示例说明驱动装置的结构和设置方式。
[0227] 首先,请参考图9-1、9-2,图9-1为塔筒内电力传输导体的典型敷设方案示意图;图9-2为图9-1中搭载支架的结构示意图。
[0228] 电力传输导体300经由塔筒1顶部机舱的底部穿过底座平台进入塔筒1顶部基准面,机舱及其内部整体会存在偏航运动,导致电力传输导体300也存在往复扭转运动,因此在塔筒1内设置平台5,平台5可供设备转运、提供休息场地等,位于塔筒1的上部,同时在平台5上配备搭载支架51,电力传输导体300自顶部下垂后搭载于搭载支架51的承载面511上,并形成弧垂段301,自搭载支架51下落后,靠近塔筒1内壁附近。则承载面511以上的电力传输导体300的扭转在弧垂段301处被截止,搭载支架51以下的电力传输导体300并不参与扭转,本方案中移动电力传输导体300,也主要针对承载面511以下的电力传输导体300部分。
[0229] 请参考图10,图10为本发明实施例中搭载支架伺服驱动系统的结构示意图。
[0230] 针对现有技术中的承载面511承载方式,为了驱动电力传输导体300 移动至相对低温区域,实现动态散热,本方案通过驱动搭载支架51转动,以带动搭载于承载面511上的电力传输导体300以及位于承载面51以下的电力传输导体300移动至所述相对低温区域。
[0231] 如图10所示,为了便于驱动搭载支架51转动,还在平台5上设置转动盘52,将搭载支架51设置于转动盘52,驱动所述转动盘52转动以带动搭载支架51转动。转动盘52可以设置为图中所示的扇形结构,驱动转动盘52主动的驱动装置可定义为第一驱动部53,包括伺服电机,伺服电机转速往往偏高,故还可以配设减速器,第一驱动部53的第一输出轴54与转动盘52相连,驱动转动盘52转动,设置减速器时,第一输出轴54即为减速器的输出轴。扇形的转动盘52可以绕扇形的小弧端转动。
[0232] 设置扇形的转动盘52,则扇形的大弧段面积偏大,便于安装搭载支架51,而整体转动盘52体积又不会偏大,电机易于驱动。可以理解,这里的转动盘52显然是转动连接于平台5,或者是直接连接在第一输出轴54,只要转动盘52能够转动即可,形状并不限于上述的扇形。另外,即使不设置转动盘52,而是在平台5上设置供搭载支架51转动的轨道,由第一驱动部53驱动其沿轨道转动也是可以的。
[0233] 设置转动盘52还有进一步的效果,比如,可以在转动盘52上放置其他热源,例如变压器、电控柜等电气设备,还可以放置动力设备,如液压控制系统的液压站。搭载支架51主要是用于搭载电力传输导体300,而转动盘52除了安装搭载支架51之外,还可以具有多于空间,对于能够被转动又会产热的热源而言,显然可以随转动盘52转动,热源可靠近塔筒壁100的内壁放置,从而靠近相对低温区域,与电力传输导体300实现同步动态散热。
[0234] 此处的搭载支架51主要针对电力传输导体300设置,可以理解,对于其他热源,也可以设置专门的承载部以承载,并驱动该承载部移动以带动其上的热源移动,尤其是热源不宜直接驱动移动,或热源种类较多的情形。另外,电力传输导体300也不限于塔筒1内设置,对于设置电力传输导体300的其他场合,也存在一段需要扭转,而其余部分不需要参与的情形,均可以通过搭载支架51的设置来实现。
[0235] 搭载支架51以下的电力传输导体300长度一般较长,除了通过搭载支架51带动转动,还可以由驱动装置驱动承载面511以下的电力传输导体300与搭载支架51同步转动。
[0236] 请参考图11,图11为本发明实施例中携带圆弧轨道的塔筒壁及驱动电力传输导体转动的伺服驱动系统结构示意图。
[0237] 在塔筒壁100的内壁设置弧形轨道71,承载面511以下的电力传输导体也通过驱动装置驱动移动。驱动装置与驱动搭载支架51的驱动装置相同,也包括电机和减速器,可定义为第二驱动部61,具有第二输出轴62,设置减速器时,第二输出轴62为对应减速器的输出轴。将电力传输导体300相对第二驱动部61定位,则第二驱动部61沿弧形轨道71转动时可带动电力传输导体300移动。
[0238] 图11中,沿塔筒壁100高度方向,可分段设置若干组弧形轨道71,相应地设置若干组驱动装置,以分段牵引电力传输导体300移动。如此设置,一方面,如上所述,相对低温区域在高度方向的分布可能存在差异(未必处于同一竖直线),分段牵引可以使各段移动至对应高度的相对低温区域,此时,各段电力传输导体300需要具备一定的冗余长度,以满足与上下段可能发生的周向错移;另一方面,承载面511以下的电力传输导体300的长度较长,相比较直接由搭载支架51拖动,承载面511以下的电力传输导体300也同步分段被牵引,可以减少电力传输导体300的摆动,使整个电力传输导体300能够更为稳定可靠地移动至相对低温区域,也减小搭载支架51的转动驱动装置的动力要求。
[0239] 控制系统的控制器可以设于平台5,以根据获取的相对低温区域以及电力传输导体300的当前方位,输出控制信号给驱动搭载支架51转动的第一驱动部53,以及分段牵引电力传输导体300的第二驱动部61。
[0240] 上述方式驱动搭载支架51与承载面511以下的电力传输导体300一同转动,以免电力传输导体300在转动时影响承载面511之上的部分。
[0241] 可以理解,搭载支架51也可以不移动。比如,可以将电力传输导体300定位于承载面511,然后由驱动装置仅牵引承载面511以下的电力传输导体300移动,此时承载面511以下的电力传输导体300与驱动装置之间可以具有弧垂,以免转动时牵拉定位在承载面511上的电力传输导体300。该种移动方式更为简单,无需驱动搭载支架51,但显然,驱动搭载支架51的移动方式更为灵活,并可以支持较大范围内的移动,例如沿塔筒壁100可以进行近乎
360度的转动,且不影响承载面511以上的电力传输导体300。
[0242] 在本方案中,还可以进一步设置牵引缆绳以定位电力传输导体300,牵引缆绳可以是钢丝绳700或者编织带等,牵引缆绳随搭载支架51、电力传输导体300同步转动,牵引缆绳与电力传输导体300固定。以钢丝绳700为例,钢丝绳700的上端相对搭载支架51固定,则钢丝绳700可以随着搭载支架51同步转动,这里固定是相对的关系,钢丝绳700可以直接与搭载支架51固定,也可以固定于转动盘52。钢丝绳700的上端还可以固定于平台5,并与平台5滑动连接,则钢丝绳700随电力传输导体300同步转动时,相应地沿平台5滑动。
[0243] 钢丝绳700无论是固定于搭载支架51还是转动盘52,或者是滑动连接在平台5,其直接效果是钢丝绳700挂设在平台5上,而电力传输导体300与钢丝绳700固定,则电力传输导体300的大部分重量会由钢丝绳700来承载,沿弧形轨道71移动的第二伺服电机61只要沿周向牵引钢丝绳700和电力传输导体300即可,降低了提升重量的要求,这样,电机可以采用2-3Kw的小功率电机,功耗更小,使得散热方案的功耗进一步降低,基本无噪音,实现绿色散热。
[0244] 钢丝绳700与电力传输导体300分段固定,固定位置可以对应于若干组弧形轨道71和第二伺服电机61的位置,对应位置,由夹持件92(如图13-1)固定钢丝绳700、电力传输导体300于驱动装置。固定位置还可以进一步增加,即在两组驱动装置之间也可以通过卡箍91固定钢丝绳700和电力传输导体300,以进一步提高电力传输导体300下落的稳定性。。
[0245] 如图12~13-3所示,图12为本发明又一实施例中所提供的塔筒壁携带有圆弧轨道的示意图;图13-1为图12中驱动装置沿塔筒壁移动的具体结构示意图;图13-2为图13-1中齿轮和弧形齿条配合的示意图,为图13-1的俯视图;图13-3为图13-1中圆弧支撑与支撑轮配合的示意图。
[0246] 图13-1中,电机沿弧形轨道71移动是通过齿条和齿轮73实现。在塔筒壁100的内壁设置弧形齿条72,第二驱动部61设置能够与其相啮合的齿轮73,齿轮73可以设于第二驱动部61的顶部,与第二驱动部61的第二输出轴62连接(直接与伺服电机输出轴连接,或者通过减速器输出轴间接连接于伺服电机输出轴)。弧形齿条72设于第二驱动部61的上方,弧形齿条72与齿轮73沿塔筒1的径向啮合。
[0247] 第二驱动部61的底部设有行走滚轮74,行走滚轮74沿弧形轨道71水平滚动,图13-1中,弧形轨道71设置两条弧形凹槽,两组行走滚轮74嵌于弧形凹槽内滚动。行走滚轮74滚动摩擦力较小,有利于驱动装置的顺利移动。但应当知晓,第二驱动部61并不限于设置行走滚轮74行走,例如可以设置滑轨沿弧形轨道71滑行
[0248] 第二驱动部61工作时,第二输出轴54带动齿轮73转动,由于与弧形齿条72啮合,则会带动整个驱动装置沿弧形轨道71滚动,相应地带动与之连接的钢丝绳700以及电力传输导体300转动,以便移动至相对低温区域。
[0249] 在第二驱动部61上可以设置测量塔筒壁100内壁圆周方位的测量传感器,以检测当前的方位,并发送至控制器,当运动至所需的相对低温区域,再停止第二驱动部61的工作。可见,第二驱动部61根据控制器获取的相对低温区域信号启停,构建成驱动热源移动的伺服驱动系统。
[0250] 除了上述实现沿弧形轨道71移动的结构布置,还可以参考图7并结合图14-1~~14-3,图14-1为图7中驱动装置沿塔筒壁移动的具体结构示意;图14-2为图14-1中齿轮73和弧形齿条配合的示意图,为图14-1的俯视图;图14-3为图14-1中圆弧支撑与支撑轮配合的示意图。
[0251] 在该种布置方式中,弧形轨道71设有弧形齿条72,弧形齿条72可以安装于弧形轨道71,或一体成型于弧形轨道71。与第二驱动部61的第二输出轴62连接的齿轮73位于第二驱动部61的底部,啮合方向为竖直方向,第二驱动部61启动后,齿轮73沿弧形轨道71上的弧形齿条72水平移动,从而带动钢丝绳700、电力传输导体300移动。
[0252] 对于上述两种布置方式,均可以在塔筒壁100的内壁设置弧形支撑76,驱动装置(电机,或电机和减速器)位于弧形支撑76和弧形轨道71之间,并且,在第二驱动部61上设置支撑轮75,如图12-3、14-3所示,当第二驱动部61沿下方的弧形轨道71移动时,上方的支撑轮75沿弧形支撑76移动,第二驱动部61被限位于弧形支撑76和弧形轨道71之间,结构更为稳定,防止齿轮73脱离弧形齿条72和/或滚轮脱离弧形轨道71。
[0253] 可以理解,弧形支撑76和弧形轨道71二者的上下方位并不受限制,只要将第二驱动部61限位于二者之间即可增加稳定性。当然,基于行走负载,弧形轨道71可以设于下方,并具有一定的径向延伸长度,确保第二驱动部61能够在其上行走,弧形支撑76主要起到防止向上脱离的作用,不要求具备承载能力,弧形支撑76的设计要求相对较低,如图12-1、14-1所示,弧形支撑76相对弧形轨道71而言,其径向长度较小。
[0254] 弧形支撑76、弧形轨道71、弧形齿条72可以如图所示,均可通过连接件与塔筒壁100连接固定,图中示出轨道连接件711和齿条连接件721,也可以通过诸如焊接等其他常规的连接方式设置。
[0255] 塔筒1通常具有圆筒形的塔筒壁100,所以驱动电力传输导体300移动时,以上实施例中示出弧形轨道71、弧形齿条72等,即驱动电力传输导体300沿塔筒壁100的弧形内壁转动。根据移动控制需求,电力传输导体300不一定需要沿整个塔筒壁100内壁圆周移动,所以图7中只显示了半圆弧轨道,即一般仅在背阴侧对应的半圆弧位置移动即可,当然,也可以设置圆弧轨道,以使动态散热系统具有更高的灵活性,此时承载面511平台5可以仅与塔筒1在一处连接支撑,以免干涉。设置弧形轨道71,驱动装置沿弧形轨道71移动,基本上沿塔筒壁100的内壁移动,不会占用其他空间,为较为优选的技术方案。
[0256] 可以理解,无论塔筒1是否为弧形,电力传输导体300并实际上并不限于沿弧形轨迹移动,例如可以是直线或是曲线、折线形等,相应地,齿条、轨道、支撑均可以不是弧形,也可以是直线形。驱动装置除了伺服电机,也可以是马达类的动力机构。
[0257] 如前所述,塔筒1以及其他相似的围护结构,相对低温区域的寻找主要是其环周壁体方位,实际上,从本发明的基础思想出发,对于不同类型的围护结构,并不限于此,比如相对低温区域也可以是顶部或者底部,视具体结构和具体工作环境而定。围护结构除了塔筒1之外,还可以是电视塔的建筑外墙,或者,水面运载工具或水下运载工具的壳体,或者航空运载工具的壳体等。以航空运载工具为例,在空中飞行时,部分航线会导致机舱某一侧长时间受到太阳的照射,温升很高,位于该侧的燃料箱体,其内部燃料温升相应地也偏高,不利于安全运行,以本方案的思路,则可以驱动燃料箱体内的燃料移动至相对低温区域,具体地可以通过液压进行转运。而且相对于运载的行李货物以及乘客,燃料的移动又不会对平衡性造成任何影响,从而提高安全系数。
[0258] 请继续参考图15-1~15-4,图15-1为本发明实施例中电力传输导体第一种倾斜布置的示意图;图15-2为本发明实施例中电力传输导体第二种倾斜布置的示意图;图15-3本发明实施例中电力传输导体第三种倾斜布置的示意图;图15-4本发明实施例中电力传输导体第四种倾斜布置的示意图。
[0259] 由前述内容可知,对于塔筒1,由下至上的空气流参数有所变化,塔筒壁100不同高度的相对低温区域在周向上会错离,产生倾斜。图15-1~15-4给出了几种将电力传输导体300倾斜设置的方式,可以是完全的直线倾斜,也可以是若干段通过过渡段连接的竖直段形成倾斜。此种方式是直接将电力传输导体300按照外界温度变化规律布置,则驱动其移动的驱动装置同步移动即可。即,根据相对低温区域的变化规律,只要获知某一高度方位的相对低温区域,使整个按照该规律倾斜布置的电力传输导体300移动即可,无需获知多段相对低温区域,也无需按照各高度的相对低温区域分段控制,使移动控制更为简单。
[0260] 倾斜设置还能实现另一目的,即电力传输和导体产生的热量,基于热上升原理,下部的热量会对上部产生“包裹”,而倾斜设置的方式,使得下部热量上升时避开上部,减少不利的散热影响,并且能够更为充分地利用与之相近或接触的塔筒壁100内壁面积,增加换热面积,提高散热效率。
[0261] 请参考图16,图16为电力传输导体往复弯折设置于塔筒内的结构示意图。
[0262] 除了以上的倾斜设置方式,还可以将电力传输导体300设置为往复弯折,具体地,电力传输导体300在所述塔筒壁100内壁的投影面,和/或塔筒壁100径向竖直面的投影面内,往复弯折。图16示出在塔筒壁100径向竖直面的投影面内往复弯折。往复弯折是基于与上述倾斜设置同样的原理,均是减少热上升所导致的散热不畅,并加热换热面积(产生的热气流宽度或周向弧度可达到原来的2倍以上)。
[0263] 如图17所示,图17为本发明实施例中电力传输导体位于夹具内的结构示意图。电力传输导体一般布置数根,夹具呈板状,并设有若干供电力传输导体贯穿的通孔,则数根电力传输导体经过夹具后,相互位置固定,不易摆动、扭转,并且相互隔离,安全系数得以提升。可以设置若干夹具,分段夹紧隔离电力传输导体。另外,对于往复弯折,或者与驱动装置、牵引电缆连接时,均可以是通过夹具间接连接。
[0264] 可以在背阴侧表面涂层,涂层选用低反射率、高吸收率的防腐涂层,提高对热气流的冷却速率以及对电力传输导体300发射的红外辐射的吸收率。
[0265] 从此处可以看出,本发明中动态散热系统,实际上还大幅解决了热上升所导致的散热问题。对于传统的电力传输导体300而言,热上升的问题较为凸显,而电力传输导体300在移动过程中,热上升的气流直接被遗留在原先的位置,不会连续上升、并包裹上层电力传输导体300的外表面,打破了原有处于静止状态下电力传输导体300的外围自然对流的流场、流动的迹线,由此构建了一种自适应太阳辐射和风能处于运动状态的新型围护结构传热冷却结构。
[0266] 可见,本发明方案不仅仅是依靠获取更冷的区域进行散热,还克服了静止状态散热的热气流上升、包裹问题,故而能够大幅提升散热效率。对于电力传输导体300而言,散热效果大幅提升后,可以提升电力输送能力,并提高电力传输设备的系统安全性、可靠性,这对于风力发电机组而言有着极为重要的意义。
[0267] 以上实施例对于热源的移动具体方式实施例中,主要描述了电力传输导体300,并且是沿塔筒壁100内壁的弧形轨道71移动。应当理解,在本发明的思想指导下,其他类型的热源也可以进行移动,比如上文所述的在转动盘52上跟随转动。本文还提供其他的方式实现热源的移动。
[0268] 例如,针对电控柜、变压器一类的热源,变压器有时候重达几吨,此时,可以在塔筒1类围护结构的内部设置基础支架,以可靠地支撑此类电气设备900(图3-2所示)。实际上,除了产热设备,其他大型的设备也可以置于基础支架上,避免影响围护结构的稳定性。基础支架可以支撑于围护结构的底部或者直接支撑于围护结构基础(比如地基),并且基础支架与围护结构内壁之间存在间距。如此,实现了基础支架和围护结构之间的动力学相互作用解耦,可以减少较重的热源设备在移动时可能对围护结构产生的影响,而且围护结构本身的变形(塔筒1可能在风能作用下振动)振动也不会影响到基础支架及其上热源的移动,安装也更为可靠。
[0269] 基础支架具体可以是格构式塔结构1’,请参考图18,图18为在塔筒内设置格构式塔结构的结构示意图。
[0270] 格构式塔结构1’例如可以是钢构式钢塔结构,高度可以设置十几米,结构简单可靠,也便于与外部的电气连接,可以在其上设置轨道,以便热源移动,如图18所述的电气设备900,当然也可以是其他类型的热源。该格构式塔结构1’的顶端可以设置基础平台1”,用于承载热源。除了电控柜、变压器,也可以驱动与变压器连接的电力传输导体移动,该电力传输导体除了上述提到的从机舱20垂下的电力传输导体300,也可以是其他的电力传输导体。
[0271] 上文实施例中电力传输导体300本来处于挂吊的状态,易于实现360度转动,对于其他类型的热源,根据实际工作状态,也可以移动,但并不必然要求其能够360度转动,可以小角度范围内的移动,比如45-60度等,因此,围护结构内较多类型的热源均能够被驱动移动。诸如电控柜、变压器等电气设备900,由于与外部的弹性连接,均可以支持在工作状态下的移动。
[0272] 显然,设置基础支架时,可以在基础支架上设置如上述实施例中所述的轨道,采取齿条、齿轮配合的方式,实现驱动装置的移动,继而带动热源移动。
[0273] 以上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,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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