浅析海上风电机组的散热布置

　　近几年来，海上风电发展迅猛，大容量的海上风电机组不断被推出，直驱、半直驱及双馈技术并存发展。风电机组的核心部件如发电机、齿轮箱及变频器等是其主要发热部件，大容量机组的总发热量已达几百千瓦。因此，冷却系统在海上风电机组中具有重要的作用。

　　目前，海上风电机组的冷却系统仍延续陆上风电机组的设计形式，一般采用强制风冷和液冷方式。由于海上盐雾腐蚀性强，直接采用强制风冷方式冷却发电机或齿轮箱的方式已不可行，多是将发热部件置于闭式循环液冷回路中，冷却液通过回路中的散热器与外部冷源如空气等进行热交换。另外，大容量海上风电机组的冷却系统所需风量较大，自然风冷式散热器已逐渐由带有风扇的强制风冷式散热器所替代。

　　1散热布置为防止海上盐雾等腐蚀介质随外部空气进入机舱侵蚀零部件，置于机舱中的强制风冷式散热器风冷部分须设计密闭的散热通道；利用风电机组自动偏航对风的特点，主风向气流须能够顺利进入散热通道，通过散热器与冷却液热交换后旋即被排到机舱外。因此，在设计海上风电机组冷却系统时，须同时考虑散热器在机舱中的空间布置形式和散热通道的结构设计。

　　以某MW级海上风电机组冷却系统为例，该系统以水-乙二醇溶液为冷却介质，发电机、齿轮箱及变频器各设有独自的冷却系统，所用强制风冷式散热器为同一种结构形式。发电机冷却系统为4台散热器并联，齿轮箱冷却系统为3台散热器并联，变频器冷却系统为2台散热器并联。受机舱内传动链的布局限制，同时为满足散热通道防腐、通风的功能设计，所有散热器布置于机舱尾部空间，其中4台水平倾斜45°并排布置在前，其余水平并排布置在后，散热器及所配风扇全部布置在散热通道中，散热通道入口及出口与机舱罩密闭连接，外部空气由位于机舱罩底部的散热通道入口进入通道，由位于机舱罩后部的散热通道出口排出。

　　散热通进tt热通道出口n热器及风敝热通道人a篥MW级海上风电机组散热布置2散热通道CFD 2.1通道模型将散热通道内的空气视为不可压缩流体，选择非耦合求解器，湍流模型选用标准的K-S方程。根据该MW级海上风电机组冷却系统散热通道的实际结构，利用流体仿真软件Fluent对散热通道内流场进行分析。风量减小直接导致散热器冷却能力下降，风扇效率下降也将导致整个冷却系统的效率下降。

　　以上分析说明，该风扇与冷却系统的特性匹配不够理想刚10. 4结论通过分析某MW级海上风电机组的散热布置，可得出以下结论。

　　该MW级海上风电机组散热通道结构将导致散热所需风量不足，散热效率下降。

　　散热器在机舱内的空间布置与散热通道的结构设计密切相关，直接影响散热通道的系统阻力。

　　散热器及散热通道总的系统阻力决定了散热器风扇特性的匹配程度。

　　大容量海上风电机组冷却系统的设计须综合考虑散热器的布置形式、散热通道的结构设计以及风扇的特性匹配，应从散热布置方式上减小整个冷却系统空气侧的系统阻力，从而匹配功率小且效率高的风扇。