CN102097882A - 密封部件、密封方法及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封部件，用于密封彼此配合且存在相对运动的第一部件和第二部件之间的间隙，该密封部件包括：与第一部件固定连接的连接部；以及设置在连接部相对侧的配合部，其可与第二部件产生相对运动并与之保持接触。本发明还提供一种用于上述部件间隙的密封方法，其包括：将厚度大于所述间隙的初始密封件固定在第一部件上，初始密封件可与第二部件产生相对运动并与之保持接触；使第一部件和第二部件产生相对运动，通过初始密封件和第二部件之间的摩擦，在初始密封件上形成与第二部件相配合的配合面。采用上述密封部件和密封方法，可形成良好密封，并且可降低对部件的加工精度和安装精度的要求。采用上述密封部件和密封方法的风力发电机具有同样的优点。

Description

密封部件、密封方法及风力发电机

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别涉及一种风力发电机的密封技术。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。近十多年来，将风能转换成电能的风力发电技术蓬勃发展、日新月异。随之而来，风电已逐渐成为常规能源最具有竞争力的替代能源。

众所周知，风力发电机是风力发电技术中的核心，其本原理为；将风能转换为机械能、再将机械能转换为电能。图1a和图1b示意性地示出了一种常见的风力发电机。请一并参阅图1a和图1b，风力发电机通常包括定子1、轴承2和转子3。在转子3的外周面的大致中央位置处向外延伸出转子端盖板4，该转子端盖板4呈筒状且环绕转子3的外周面。环绕转子端盖板4内侧且靠近转子端盖板4设置有与定子1相连的定子围板5。其中，转子端盖板4是旋转部件，定子围板5是固定部件，并且二者之间存在间隙G。

通常，风力发电机一般都安装在环境比较恶劣的地方，例如风沙和雨水较大的地方。由于风力发电机中的转子端盖板4和定子围板5之间存在间隙G，这常常会导致出现下面的问题：即，在风沙较大的地方，沙尘很容易进入到发电机，并在转子转动的作用下对发电机线圈的绝缘层造成磨损；而在雨水较大的地方，发电机内容易进水，并导致绝缘层的绝缘电阻下降。在实际应用中，如上所述的绝缘层变化往往又会导致风力发电机烧毁。因此，如何提高风力发电机的密封性、防止沙子和雨水进入风力发电机就成为一个亟待解决的问题。

目前，为了防止发电机外部的雨水和沙尘进入发电机内部，通常采用减少转子端盖板和定子围板之间的间隙的方法。这样，就必须提高定子围板外径A和转子端盖板内径B的加工精度等级以及定子围板和转子端盖板的装配精度。然而在实际应用中，风力发电机的转子和定子的直径通常都比较大，例如1.5MW直驱风力发电机的定子和转子直径在4500mm左右，而定子围板外径A和转子端盖板内径B也均在3000mm以上，这种情况下，如果要通过提高加工精度来减小转子端盖板和定子围板之间的间隙，就必然导致加工成本上升。而且，即便确保定子围板外径和转子端盖板内径加工精度满足设计要求，待发电机装配好后，定子围板和转子端盖板之间的间隙也会受其它部件的加工精度和安装精度的制约，例如，在设计和加工中已经确保了此间隙小于5mm，而在生产装配后，也会因其它部件的加工精度和安装精度影响，而使得固定部件和旋转部件(即，定子围板和转子端盖板)在圆周上的某些部位会碰到一起，而在对应的一些部位间隙增大到10mm，这样，碰到一起的部位会造成固定部件与旋转部件的磨损，而间隙较大的部位密封效果大打折扣，对沙子和雨水的密封效果变差。

此外，由于定子围板外径和转子端盖板内径加工精度以及安装精度存在误差，二者之间的间隙是处于一定范围的，即如果设计间隙的大小为5mm，则当安装完成后，二者间隙大小的范围为2mm-10mm，如果在此间隙中设置传统的密封垫，若该密封垫厚度较大则会影响旋转部件的转动，若厚度较小则在间隙较大的地方密封效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对风力发电机中存在的上述缺陷，提供一种密封部件，该密封部件可在没有减小旋转部件和固定部件间隙的前提下有效密封，从而降低了对加工精度和安装精度的要求，同时降低了成本。

为解决上述问题，本发明还提供了一种密封方法，使用该方法可在旋转部件和固定部件之间的间隙进行有效密封，并且不会对旋转部件和固定部件的正常工作造成影响。

此外，本发明还提供了应用上述密封部件和密封方法的风力发电机，其具有良好的密封效果，可有效防止沙子和雨水进入发电机内部，从而提高了发电机的寿命。

为此，本发明提供了一种密封部件，用于密封彼此配合且存在相对运动的第一部件和第二部件之间的间隙，其特征在于，该密封部件包括：与第一部件固定连接的连接部；以及设置在所述连接部相对侧的配合部，其与所述第二部件产生相对运动并与之保持接触。其中，所述配合指第一部件和第二部件存在相对应的位置关系、连接关系或运动关系，所述相对运动包括相对旋转、平移、振动、摆动或往复运动。

其中，所述配合部与所述第二部件保持接触的接触面的硬度为HA6-10。

其中，所述密封部件呈带状、弧状或封闭环状，所述封闭环状可为圆环状、封闭矩形状或其他合适的封闭形状。

其中，所述配合部为凹槽结构。

其中，所述密封部件的厚度大于所述间隙。

其中，所述连接部上设有止口，所述连接部通过所述止口与所述第一部件固定连接。

其中，所述配合部的宽度小于与其可保持接触的第二部件的宽度。

其中，所述配合部与所述第二部件保持接触的接触面在所述第一部件和第二部件产生相对运动时，通过所述密封部件与所述第二部件的摩擦形成配合面。

其中，所述密封部件用于密封彼此配合的固定部件和旋转部件之间的间隙，所述旋转部件相对于固定部件作旋转运动，所述连接部与固定部件和旋转部件其中之一进行固定连接，所述配合部与固定部件和旋转部件中的另一个可相对旋转并保持接触。

其中，所述第一部件和第二部件或所旋转部件和固定部件的尺寸为3m以上，所述尺寸指所述部件的直径(当部件环状结构时)或长度(当部件为线性结构或矩形结构时)。

为此本发明还提供了一种密封方法，用于密封彼此配合且存在相对运动的第一部件和第二部件之间的间隙，其包括下述步骤：1)将厚度大于所述间隙的初始密封件的一侧固定连接在所述第一部件上，所述初始密封件的另一侧与所述第二部件产生相对运动并与之保持接触；2)使所述第一部件和第二部件产生相对运动，通过所述初始密封件和第二部件之间的摩擦，在所述初始密封件上形成与所述第二部件相配合的配合面。其中，所述配合指第一部件和第二部件存在相对应的位置关系、连接关系或运动关系，所述相对运动包括相对旋转、平移、振动、摆动或往复运动。

其中，所述初始密封件与所述第二部件保持接触的接触面的硬度为HA6-10。

其中，在所述步骤1)中通过粘结或止口的方式将所述初始密封件固定连接在所述第一部件上。

其中，在所述步骤1)中还包括在所述初始密封件上设置宽度小于所述第二部件宽度的配合部，所述初始密封件通过所述配合部与所述第二部件预配合。其中，所述预配合指所述初始密封件与所述第二部件在二者之间发生相对运动之前的预先相接触和配合。

其中，所述第一部件和第二部件为彼此配合的固定部件和旋转部件，所述旋转部件可相对于所述固定部件做旋转运动。

其中，所述第一部件和第二部件的尺寸为3m以上，所述尺寸指所述部件的直径(当部件环状结构时)或长度(当部件为线性结构或矩形结构时)。

此外，本发明还提供了一种风力发电机，包括定子、转子以及与所述定子连接的定子围板和与所述转子连接的转子盖板，在所述定子围板和所述转子盖板之间的间隙设置本发明提供的上述的密封部件。

此外，本发明还提供了一种风力发电机，包括定子、转子以及与所述定子连接的定子围板和与所述转子连接的转子盖板，所述定子围板和所述转子盖板之间的间隙通过本发明提供的上述密封方法密封。

采用本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明所提供的密封部件，由于设置有配合部和连接部，可有效地与彼此配合且存在相对运动的第一部件和第二部件连接。并且由于其配合面是通过第一部件和第二部件的相对运动使第二部件摩擦密封部件去除过盈部分自然形成的，因此密封部件与第二部件的配合非常紧密，密封效果很好。而本发明提供的密封方法，可适用于各种大小的间隙，并且由于其通过第一部件和第二部件之间的相对运动使第二部件摩擦密封部件形成与其紧密配合的配合面，因此在获得良好密封效果的同时降低了对部件加工精度和安装精度的要求，降低了成本。因此在旋转部件和固定部件之间间隙采用了上述密封部件和密封方法的风力发电机同样具有上述有益效果。

附图说明

图1a为常规风力发电机的径向截面图；

图1b为图1a中I部分的放大图；

图2a为本发明提供的密封部件的第一种结构的径向截面图；

图2b为本发明提供的密封部件的第二种结构的径向截面图；

图3a为本发明提供的密封方法第一实施方式步骤1的示意图；

图3b为本发明提供的密封方法第一实施方式步骤2的示意图；

图3c为图3b中I’部分的放大图；

图4a为本发明提供的密封方法第二实施方式步骤1的示意图。

图4b为本发明提供的密封方法第二实施方式的步骤2的示意图

图4c为图4b中I’部分的放大图。

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的密封部件、密封方法以及应用该密封部件和密封方法的风力发电机进行详细说明。

本发明提供的密封部件可用于密封彼此配合的固定部件和旋转部件之间的间隙，尤其是适于对体积大，例如旋转部件或固定部件直径达到3m以上、结构复杂、装配环节多的设备中的可相对转动的固定部件和旋转部件之间的间隙，例如风力发电机中诸如定子围板和转子端盖板等的固定部件和旋转部件。下面以风力发电机中的上述固定部件和旋转部件为例来对本发明进行详细说明。

为了便于理解，先对一些名词进行解释。本发明中所谓密封部件的厚度是指在密封部件在其径向方向上的最大尺寸，即沿径向方向最内侧到最外侧的距离，密封部件配合部的宽度是指轴向方向上密封部件的配合部与旋转部件相接触的两侧接触面之间的距离，旋转部件或固定部件的宽度是指旋转部件或固定部件在轴向方向的尺寸。

如图2a所示，本发明提供的密封部件的第一种结构的径向截面图。请一并参阅图2a和图3a-3c，如图所示，密封部件10包括配合部11和连接部12。配合部11与旋转部件7’可相对旋转并保持接触，连接部12位于配合部11的相对侧并固定连接在固定部件8’上，其中，优选地密封部件10的厚度大于旋转部件7’和固定部件8’之间的间隙，以便在配合部11与旋转部件7’之间形成过盈配合，从而可在二者之间产生有效摩擦；配合部11与旋转部件7’的接触面的硬度为HA6-10，以便于产生的有效摩擦去除密封部件的部分材料形成配合面。此外，密封部件10可全部采用硬度为HA6-10的材料，也可由双层材料构成，其中上层配合部11采用硬度为HA6-10的材料，下层连接部12采用硬度较大的材料，其同样可达到前述密封部件的效果。

图2b为本发明提供的密封部件的第二种结构的径向截面图。请一并参阅图2b和图4a-4c，如图所示，密封部件10包括配合部11和连接部12，配合部11与旋转部件7’可相对旋转并保持接触，连接部12位于配合部11的相对侧并且连接部12上设有止口13，密封部件10通过止口13固定连接在固定部件8’上。其中，配合部11的宽度小于旋转部件7’的宽度，以便在配合部11与旋转部件7’之间形成过盈配合，从而当旋转部件7’旋转时可在二者之间产生有效摩擦；配合部11与旋转部件7’相接触的两个面的硬度为HA6-10，以便于产生的有效摩擦可以去除密封部件的部分材料形成配合面。当密封部件10径向尺寸较大时，为了保证配合部与旋转部件7’保持有效接触又可相对旋转，为了保证连接部12与固定部件8’能够可靠牢固地连接，密封部件10除了与旋转部件7’相接触的接触面采用硬度为HA6-10的材料外，其余部分应采用硬度较大的材料；而当密封部件径向尺寸较小时，密封部件10可全部采用硬度为HA6-10的材料。

需要说明的是，图2a和图2b是本发明提供的密封部件10的径向截面图，由于其用于密封彼此配合的固定部件和旋转部件之间的间隙，所以本发明提供的密封部件10为封闭环状或弧状结构或其他类似结构。此外，虽然在上述实施例描述的密封部件10中，其连接部12与固定部件8’固定连接，配合部11与旋转部件7’可相对旋转并保持接触，在实际应用中，可根据实际情况，将连接部12与旋转部件7’固定连接，而配合部11与固定部件8’保持接触并可相对旋转。

此外，还需要说明的是，虽然上述实施例提供的密封部件10是应用于旋转部件7’在固定部件8’外部的情形，但是在实际应用中，其也可应用于旋转部件7’在固定部件8’内部的情况。同时，也不局限于图中所述的旋转部件7’宽度小于固定部件8’宽度的情况。

此外，还需要说明的是，虽然上述实施例提供的密封部件10是应用于旋转部件7’和固定部件8’之间的间隙，但是在实际应用中，其两部件之间相对运动不局限于相对转动，也可是其他的运动方式，例如相对平移、振动、摆动或往复运动，此时密封部件10可呈带状、封闭矩形状或其他合适形状。

图3a-3c为本发明提供的用于密封固定部件和旋转部件之间间隙的密封方法第一实施方式的示意图。如图所示，首先在固定部件8’上粘结厚度大于旋转部件7’和固定部件8’之间间隙并且硬度较小的初始密封件10’；由于初始密封件10’的厚度大于旋转部件7’和固定部件8’之间间隙，在安装完成后初始密封件10’和旋转部件7’必然处于过盈配合，因此当旋转部件7’相对固定部件8’旋转时旋转部件7’和密封部件之间的摩擦将使初始密封件10’与旋转部件7’接触的过盈部分被磨掉，形成与旋转部件7’紧密配合的配合面，即密封部件10上与旋转部件7’端面相接触的面，从而在旋转部件7’和固定部件8’之间形成密封部件10。在本实施例中，由于主要通过旋转部件7’的端面摩擦初始密封件与旋转部件7’接触的部分，所以初始密封件10’与旋转部件相接触的接触面的硬度优选地为HA6-10，这样便于摩擦去除相接触的过盈部分，从而形成紧密配合的配合面。除了初始密封件10’与旋转部件7’相接触的接触面以外，其余部分可采用硬度较大的材料，也可采用硬度较小的材料。

本实施例中的密封方法适用于旋转部件7’和固定部件8’之间间隙较小的情况，当二者间隙较大时，如果采用上述方法，由于密封部件硬度较小，而厚度较大，密封部件与固定部件之间的连接将不牢靠，易于在旋转过程中脱落，从而影响密封效果。为此本发明还提供了另一种实施方式，其适用于旋转部件和固定部件之间间隙较大的情况。

如图4a-4c所示，为本发明提供的用于密封固定部件和旋转部件之间间隙的密封方法第二实施方式的示意图。如图所示，首先通过止口13将初始密封件10’固定在固定部件8’上，该初始密封部件10’的上部设置有宽度小于旋转部件7’宽度的配合部11，初始密封件10’通过配合部11与旋转部件7’预配合。由于配合部11的宽度小于旋转部件7’的宽度，在安装完成后初始密封件10’和旋转部件7’必然处于过盈配合，因此当旋转部件7’相对固定部件8’旋转时旋转部件7’和初始密封件10’之间的摩擦将初始密封件10’上与旋转部件7’接触的过盈部分磨掉，形成与旋转部件7’紧密配合的配合面，即密封部件10上与旋转部件7’端面相接触的面。在本实施例中，由于主要通过旋转部件7’的两侧面摩擦初始密封件10’与旋转部件7’接触的部分，所以初始密封部件10’的配合部11与旋转部件7’相接触的两个面优选采用硬度为HA6-10的材料，这样便于摩擦去除相接触的过盈部分，从而形成紧密配合的配合面。并且由于在该实施例中使用的初始密封件10’径向尺寸较大，所以除了与旋转部件7’相接触的两个面，其余部分应采用硬度较大的材料，以保证初始密封件10’和密封部件10不会向两侧倾斜，即本实施例中所采用的初始密封件10’由两种材料构成，与旋转部件7’相接触的面采用硬度较小的材料，其余部分采用硬度较大的材料，二者之间可通过常规方法连接在一起。

需要说明的是，虽然在上述实施例提供的密封方法中，将初始密封件10’固定在固定部件8’上，但是在实际应用中，可根据具体情况(例如固定部件8’的宽度小于旋转部件7’的宽度)将其固定在旋转部件7’上。同时该方法也可应用于旋转部件7’在内固定部件8’在外的情形。

此外，还需要说明的是，虽然上述提供的密封方法，用于密封旋转部件和固定部件之间的间隙，但是在实际应用中，该方法也可应用于密封相对平移、振动、摆动或往复运动的两部件之间的间隙，只要在二者之间设置厚度大于二者间隙并且硬度较小的初始密封件，然后通过二者之间的相对运动，摩擦去除过盈部分的材料即可。

此外，本发明还提供了采用上述所提供的密封部件的风力发电机，其包括定子、转子以及与所述定子连接的定子围板和与所述转子连接的转子盖板，在所述定子围板和所述转子盖板之间的间隙设置本发明提供的上述密封部件。

此外，本发明还提供了采用上述所提供的密封方法的风力发电机，其包括定子、转子以及与所述定子连接的定子围板和与所述转子连接的转子盖板，所述定子围板和所述转子盖板之间的间隙通过本发明提供的上述密封方法进行密封。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种密封部件，用于密封彼此配合且存在相对运动的第一部件和第二部件之间的间隙，其特征在于，该密封部件包括：与第一部件固定连接的连接部；以及设置在所述连接部相对侧的配合部，其与所述第二部件产生相对运动并与之保持接触。

2.如权利要求1所述的密封部件，其特征在于，所述配合部与所述第二部件保持接触的接触面的硬度为HA6-10。

3.如权利要求1所述的密封部件，其特征在于，所述密封部件呈带状、弧状或封闭环状。

4.如权利要求1所述的密封部件，其特征在于，所述配合部为凹槽结构。

5.如权利要求1所述的密封部件，其特征在于，所述密封部件的厚度大于所述间隙。

6.如权利要求1所述的密封部件，其特征在于，所述连接部上设有止口，所述连接部通过所述止口与所述第一部件固定连接。

7.如权利要求1所述的密封部件，其特征在于，所述配合部的宽度小于所述第二部件的宽度。

8.如权利要求1所述的密封部件，其特征在于，所述配合部与所述第二部件保持接触的接触面在所述第一部件和第二部件产生相对运动时通过所述第二部件与所述密封部件的摩擦形成配合面。

9.如权利要求1-8任意一项所述的密封部件，其特征在于，该密封部件用于密封彼此配合的固定部件和旋转部件之间的间隙，所述旋转部件相对于固定部件作旋转运动，所述连接部与固定部件和旋转部件的其中之一进行固定连接，所述配合部则与固定部件和旋转部件中的另一个可相对旋转并保持接触。

10.一种密封方法，用于密封彼此配合且存在相对运动的第一部件和第二部件之间的间隙，其特征在于包括下述步骤：

1)将厚度大于所述间隙的初始密封件固定连接在所述第一部件上，所述初始密封件与所述第二部件产生相对运动并与之保持接触；

2)使所述第一部件和第二部件产生相对运动，通过所述初始密封件和所述第二部件之间的摩擦，在所述初始密封件上形成与所述第二部件相配合的配合面。

11.如权利要求10所述的密封方法，其特征在于，所述初始密封件与所述第二部件保持接触的接触面的硬度为HA6-10。

12.如权利要求10所述的密封方法，其特征在于，在所述步骤1)中通过粘结或止口的方式将所述初始密封件固定连接在所述第一部件上。

13.如权利要求10所述的密封方法，其特征在于，在所述步骤1)中还包括下述过程：即，在所述初始密封件上设置宽度小于所述第二部件宽度的配合部，所述初始密封件通过所述配合部与所述第二部件预配合。

14.如权利要求10所述的密封方法，其特征在于，所述第一部件和第二部件为彼此配合的固定部件和旋转部件，所述旋转部件可相对于所述固定部件做旋转运动。

15.如权利要求10-14所述的密封方法，其特征在于，所述第一件和第二部件的尺寸为3m以上。

16.一种风力发电机，包括定子、转子以及与所述定子连接的定子围板和与所述转子连接的转子盖板，其特征在于，在所述定子围板和所述转子盖板之间的间隙设置如权利要求1-9任意一项所述的密封部件。

17.一种风力发电机，包括定子、转子以及与所述定子连接的定子围板和与所述转子连接的转子盖板，其特征在于，所述定子围板和所述转子盖板之间的间隙通过如权利要求10-15任意一项所述的密封方法进行密封。

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