用于產(chǎn)熱設(shè)備的散熱圍護結(jié)構(gòu)和風(fēng)力發(fā)電機組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及散熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于產(chǎn)熱設(shè)備的散熱圍護結(jié)構(gòu)和風(fēng)力發(fā) 電機組。
【背景技術(shù)】
[0002] 一、概述
[0003] 風(fēng)力發(fā)電機組的圍護結(jié)構(gòu)如塔筒、機艙等內(nèi)部設(shè)有電力傳輸電纜、變壓器、電抗 器、電動機、開關(guān)電器設(shè)備等產(chǎn)熱設(shè)備（"產(chǎn)熱設(shè)備"是從熱學(xué)角度來命名的），這些產(chǎn)熱設(shè) 備在工作中會產(chǎn)生熱量，由于產(chǎn)生的熱量累計"積分"效應(yīng)，風(fēng)力發(fā)電機組的圍護結(jié)構(gòu)塔筒、 機艙內(nèi)空氣溫度在一定時間段內(nèi)會持續(xù)上升。
[0004] 除了產(chǎn)熱設(shè)備產(chǎn)生的熱量，風(fēng)力發(fā)電裝備的圍護結(jié)構(gòu)如塔筒、機艙等從外部自然 環(huán)境還接受太陽輻射，也會導(dǎo)致塔筒、機艙內(nèi)部溫度升高。尤其是在中國新疆吐魯番、托克 遜地區(qū)、巴基斯坦地域、中東地區(qū)、非洲熱帶地區(qū)、沙漠地帶，在夏季強烈的太陽輻射能夠?qū)?致風(fēng)力發(fā)電裝備內(nèi)外溫度顯著升高，影響風(fēng)力發(fā)電裝備的正常工作。
[0005] 因此，需要同時投入相應(yīng)的冷卻設(shè)備對整機內(nèi)部環(huán)境，也包括塔筒、機艙、輪轂內(nèi) 腔、變流柜內(nèi)部等局部環(huán)境強行進行主動冷卻。
[0006] 二、本發(fā)明中用到的相關(guān)輻射術(shù)語
[0007] 吸收：物質(zhì)將所攔截的輻射能轉(zhuǎn)換為內(nèi)部熱能的過程。
[0008] 吸收率：物質(zhì)所吸收的投射輻射的份額。
[0009] 黑體：理想的發(fā)射體和吸收體。
[0010] 發(fā)射：在有限溫度下的物質(zhì)產(chǎn)生輻射的過程。
[0011] 發(fā)射率：表示發(fā)射的輻射和同溫度下的黑體發(fā)射的輻射之比。
[0012] 反射：投射在表面上的輻射改變方向的過程。
[0013] 反射率：物質(zhì)所反射的投射輻射的份額。
[0014] 熱輻射：有限溫度的物質(zhì)發(fā)射的電磁能，集中在從0. 1~100 ym光譜區(qū)。
[0015] 三、太陽輻射與環(huán)境輻射
[0016] 太陽是一個極接近于球狀的輻射源，近似于5800K的黑體。當(dāng)太陽發(fā)出的輻射穿 過空間時，由于通過的球面積不斷變大，輻射流密度將降低。太陽常數(shù)l= 1353W/m2。對 于水平表面（也即與地球表面相平行），太陽輻射呈近似于平行的射線束，與表面的法線形 成一個0角，稱天頂角。對水平面定義的大氣層外的太陽輻射密度Gs，o與地理煒度、年和 天的時間有關(guān)?？捎孟率鲂问降谋磉_式確定Gs，o = SJcos 0，式中，f是圍繞太陽的地球 軌道的偏心率的一個很小的修正系數(shù)（0. 97~1. 03)。
[0017] 太陽輻射可分為直射輻射和散射輻射。所謂直射輻射是指直接來自太陽（圓盤） 表面的輻射。在晴朗無云的天氣里，直射輻射占輻射總量的比例可能超過85%。散射輻射 是指經(jīng)過大氣層云層的反射和散射作用以后改變了方向的太陽輻射，所以又被叫做天空輻 射。散射在太陽輻射總量中的比例與天氣狀況有密切的關(guān)系。
[0018] 所謂"環(huán)境輻射"是指地球以及大氣層中某些具有輻射能力成分的輻射。環(huán)境輻 射的長波輻射形式包括地球表面的發(fā)射以及來自大氣中某些成分的發(fā)射。地球表面的發(fā)射 功率可按照常規(guī)方法計算，g卩：E= e 〇T4,式中，e和！1分別為地表面的發(fā)射率和熱力學(xué) 溫度。發(fā)射率接近于1，溫度范圍-40~+60°C，發(fā)射近似集中在4~40 y m光譜區(qū)，峰值波 長約發(fā)生在10 y m。大氣福射大部分來自032和H 20分子，并集中在5~8ym和13ym以 上的光譜區(qū)。來自大氣發(fā)射的投射輻射可表示為：Gatni= 〇T4sky式中，Tsky稱為有效天空溫 度。其值與大氣條件有關(guān)，其值范圍可由冷的晴朗天空條件時的230K到暖和時的285K。在 夜間，大氣發(fā)射是地球表面上唯一的投射福射源。
[0019] 由于太陽輻射是集中在光譜的短波區(qū)，而地球表面發(fā)射是在長得多的波長區(qū)，即 一個地球表面及物質(zhì)的太陽吸收率可以不同于它的發(fā)射率。比值a/e是一個重要的工程 參數(shù)，如果希望表面排出熱能，就要求低的比值。由表1看出：使用白色漆利于阻熱、隔熱， 同樣條件下，使用黑色漆會造成表面溫度明顯高于涂白色漆。
[0020] 表1不同材料及涂層的吸收發(fā)射比
[0021]
[0022] 四、塔筒機艙圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)外熱環(huán)境
[0023] 《建筑工程建筑面積計算規(guī)范》GB/T 50353-2005中規(guī)定：圍護結(jié)構(gòu)（envelop enclosure)是指圍合建筑空間四周的墻體、門、窗等。構(gòu)成建筑空間，抵御環(huán)境不利影響的 構(gòu)件（也包括某些配件）。圍護結(jié)構(gòu)分透明和不透明兩部分：不透明圍護結(jié)構(gòu)有墻、屋頂和 樓板等；透明圍護結(jié)構(gòu)有窗戶、天窗和陽臺門等。根據(jù)在建筑物中的位置，圍護結(jié)構(gòu)分為外 圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)。內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)如隔墻、樓板和內(nèi)門窗等，起分隔室內(nèi)空間作用，應(yīng)具 有隔聲、隔視線以及某些特殊要求的性能。圍護結(jié)構(gòu)通常是指外墻和屋頂?shù)韧鈬o結(jié)構(gòu)。 外圍護結(jié)構(gòu)包括外墻、屋頂、側(cè)窗、外門等，用以抵御風(fēng)雨、溫度變化、太陽輻射等，應(yīng)具有保 溫、隔熱、隔聲、防水、防潮、耐火、耐久等性能。外圍護結(jié)構(gòu)的材料有磚、石、土、混凝土、纖維 水泥板、鋼板、鋁合金板、玻璃、玻璃鋼和塑料等。外圍護結(jié)構(gòu)按構(gòu)造可分為單層的和多層復(fù) 合的兩類。單層構(gòu)造如各種厚度的磚墻、混凝土墻、金屬壓型板墻、石棉水泥板墻和玻璃板 墻等。多層復(fù)合構(gòu)造圍護結(jié)構(gòu)可根據(jù)不同要求和結(jié)合材料特性分層設(shè)置。通常外層為防護 層，中間為保溫或隔熱層（必要時還可設(shè)隔蒸汽層），內(nèi)層為內(nèi)表面層。各層或以骨架作為 支承結(jié)構(gòu)，或以增強的內(nèi)防護層作為支承結(jié)構(gòu)。
[0024] 建筑"陽面（側(cè)）"主要指向陽的南面（北半球），其次是指有日照條件的東西面， "背陰面"主要是指無日照條件的北面（北半球）。在風(fēng)力機塔筒本體傳熱過程中，輻射換 熱是重要的一個傳熱路線，它包括太陽輻射在塔筒表面的傳遞和在塔筒內(nèi)表面間的熱輻射 交換。它雖然也直接影響著人的冷熱感覺，卻不像空氣溫度那樣容易被人覺察。
[0025] 太陽輻射以直射、散射兩種方式到達塔筒本體外表面。在表面發(fā)生能量性質(zhì)的轉(zhuǎn) 化：輻射能轉(zhuǎn)化成熱能，在經(jīng)熱傳導(dǎo)方式傳遞到塔筒內(nèi)壁防腐涂層。如果溫度高于塔筒內(nèi) 空氣溫度，表面就會將熱量釋放到空氣里。更重要的是：塔筒內(nèi)有各種電力設(shè)備，電力傳輸 電纜、變壓器、變流器以及電力補償設(shè)備等各種產(chǎn)熱熱源。塔筒內(nèi)封閉圍護結(jié)構(gòu)具備蓄熱能 力，在夏季，塔筒內(nèi)壁會對其內(nèi)空氣沿著上升高度方向以自然對流換熱方式持續(xù)加熱。沒有 外界驅(qū)動力但仍然存在運動的情況，稱之為自然對流或自由流動。引起流體這種運動的內(nèi) 在力量是溫度差或者（組分的）濃度差。后者屬于傳質(zhì)問題。在夏季，塔筒內(nèi)部空氣接受 塔筒內(nèi)壁持續(xù)加熱、或接受內(nèi)熱源加熱，將在塔筒內(nèi)部造成空氣溫度差。引起自然對流的浮 升力實際上來自流體的密度梯度以及與該密度梯度成正比的體積力的聯(lián)合作用。在地球引 力場范圍內(nèi)，最普遍存在的體積力是重力。在塔筒內(nèi)不存在旋轉(zhuǎn)運動導(dǎo)致的離心力，造成空 氣密度梯度的原因就是溫度差。
[0026] 太陽輻射熱量在下午兩、三點鐘達到全天的最高值，此后氣溫又隨太陽輻射熱的 減小而下降，到下一個凌晨四、五點又達最低值。顯然，在一段時間內(nèi)，可以認為氣溫的熱變 化是以24小時為周期的周期性波動。塔筒在中午時段持續(xù)接受太陽輻射加熱，同時空氣溫 度較高，空氣與塔筒外壁通過對流換熱散失的熱量較小，塔筒外壁有效吸收的熱能較大。
[0027] 塔筒壁正午、正午后時段向陽側(cè)持續(xù)接受太陽高輻射加熱，經(jīng)過塔筒傳遞到內(nèi)壁， 造成內(nèi)壁溫度升高，內(nèi)壁與塔筒內(nèi)空氣之間熱交換，塔筒內(nèi)壁溫度越高，內(nèi)部受熱源加熱后 的空氣溫度會越高。塔筒內(nèi)的電氣設(shè)備溫升會超過上限，電器安全運行受到威脅。
[0028] 五、現(xiàn)有技術(shù)的問題
[0029] 現(xiàn)有技術(shù)公開了用包括壓縮機組及蒸發(fā)器的冷卻系統(tǒng)或者風(fēng)扇進行冷卻的技術(shù)。
[0030] 但是，現(xiàn)有技術(shù)都僅僅涉及機艙內(nèi)散熱，未涉及包含塔筒借助陽面與背陰面兩側(cè) 有溫差，阻止兩面之間的熱傳遞在內(nèi)的整機散熱，因此，塔筒內(nèi)在內(nèi)部產(chǎn)熱設(shè)備及外部太陽 輻射傳熱雙重作用下被加熱的空氣上升，對機艙底部與塔筒對接環(huán)節(jié)起到"封堵"作用，夏 季運行必然在午后持續(xù)滿功率發(fā)電時報出過溫故障、請求停機或自動降低發(fā)電機出力。并 且現(xiàn)有技術(shù)中散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造及運行成本高，需要消耗附加能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031] 本發(fā)明的實施例提供一種用于產(chǎn)熱設(shè)備的散熱圍護結(jié)構(gòu)，以在不借助外界動力、 環(huán)保、無噪聲、零能耗條件下主動降低圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)環(huán)境的空氣溫度，有效解決圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)熱 量蓄積造成的空氣溫度超過產(chǎn)熱設(shè)備允許的正常工作環(huán)境溫度的技術(shù)問題。
[0032] 本發(fā)明的實施例還提供一種具有這種散熱圍護結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機組。
[0033] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案：
[0034] -種用于產(chǎn)熱設(shè)備的散熱圍護結(jié)構(gòu)，該散熱圍護結(jié)構(gòu)包括限定中間空間的圍護結(jié) 構(gòu)本體，在所述圍護結(jié)構(gòu)本體