CN109861438B - 控制发电机的轴承连接部件温度的装置及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制发电机的轴承连接部件温度的装置及风力发电机，包括隔离挡板和多个开度调节装置。隔离挡板设于由发电机第一端板、发电机第二端板、定子铁芯和固定轴围成的环形空间内，隔离挡板设于固定轴的外圆外侧且至少与所述发电机第一端板和所述发电机第二端板中的其中一个连接；沿固定轴的轴向方向，隔离挡板远离轴承一侧设有第一开口，靠近轴承一侧设有第二开口。多个开度调节装置连接在隔离挡板上，用于调节第二开口的开口大小。本发明通过调节隔离挡板上第二开口的开口大小来控制轴承连接部件的温度，减小轴承与其连接部件间的温差。

Description

控制发电机的轴承连接部件温度的装置及风力发电机

技术领域

本发明设计风力发电领域，特别涉及一种控制发电机的轴承连接部件温度的装置及风力发电机。

背景技术

轴承是风力发电机的重要部件，根据数据统计，轴承故障是风力发电机最为主要的故障型式之一，而轴承故障中的一大部分与轴承温度直接相关。为了防止风力发电机轴承过热造成的轴承过度变形，必须采取有效的冷却手段将轴承主要部件的运行温度保持在限值以内。与此同时，尽可能缩小轴承主要部件以及轴承连接部件之间的温度梯度，能够进一步提升风力发电机轴承的寿命。

在现有的风力发电机产品中，控制轴承主要部件的运行温度在限制内(例如35℃～70℃)通常较为容易实现，只需要提供足够冷却功率的冷却系统配以合理的控制策略。然而，在满足运行温度的前提下，轴承与其连接部件往往会存在较大的温度梯度。这是由于轴承和连接部件的受热情况不同、材料物性不同，此外，两者之间往往还会设置低导热率的绝缘板，导致温度梯度更加明显。轴承和其连接部件的连接处温差过大会导致热应变过大，从而造成两者连接可靠性降低甚至产生相对运动。因此，需要通过有效的手段尽可能降低这些连接处的温差。然而，这个缺陷往往无法通过进一步增加冷却系统功率避免，必须通过合理的结构设计和冷却设计来实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中轴承与其连接部件的连接处温差过大的缺陷，提供一种控制发电机的轴承连接部件温度的装置及风力发电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种控制发电机的轴承连接部件温度的装置，所述发电机包括发电机第一端板、发电机第二端板、定子铁芯、固定轴和轴承，所述发电机第一端板、所述发电机第二端板、所述定子铁芯和所述固定轴围成一环形空间，其特点在于，所述控制发电机的轴承连接部件温度的装置包括隔离挡板和多个开度调节装置；

其中，隔离挡板设于所述环形空间内，所述隔离挡板设于所述固定轴的外圆外侧且至少与所述发电机第一端板和所述发电机第二端板中的其中一个连接；沿所述固定轴的轴向方向，所述隔离挡板远离所述轴承一侧设有第一开口，所述隔离挡板靠近所述轴承一侧设有第二开口；

多个开度调节装置连接在所述隔离挡板上，所述开度调节装置用于调节所述第二开口的开口大小。

在本方案中，当环境温度过高时，开度调节装置会通过调节隔离挡板上的第二开口的大小来控制流经固定轴表面的热气流的大小，从而降低固定轴的温度，减小固定轴与轴承的温差。反之，第二开口不做任何遮挡。

较佳地，所述隔离挡板沿所述固定轴的径向方向的截面形状为一封闭图形。

在本方案中，隔离挡板沿固定轴的径向方向的截面形状为封闭图形是为了能够更精准地控制流经固定轴表面的热气流大小。

较佳地，沿所述固定轴的径向方向，所述隔离挡板与所述固定轴的距离小于30cm。

在本方案中，隔离挡板与固定轴在沿固定轴径向方向的距离不易过大，从而在隔离挡板与固定轴之间形成轴向狭长空腔。

较佳地，所述发电机第一端板沿所述固定轴轴向设有向所述环形空间延伸的第一凸出结构，所述发电机第二端板沿所述固定轴轴向设有向所述环形空间延伸的第二凸出结构，所述第一凸出结构和所述第二凸出结构设有螺纹孔，所述隔离挡板设有螺纹孔，所述第一凸出结构和所述第二凸出结构均与所述隔离挡板采用螺栓连接。

在本方案中，通过隔离挡板与第一凸出结构和第二凸出结构的连接来实现隔离挡板在发电机第一端板和发电机第二端板上的固定。

较佳地，所述发电机第二端板沿所述固定轴轴向设有向所述环形空间延伸的第二凸出结构，所述第二凸出结构设有螺纹孔，所述固定轴远离所述轴承的一侧设有挂接孔，所述隔离挡板设有螺纹孔和挂接部件，所述发电机第二端板与所述隔离挡板采用螺栓链接，所述挂接部件挂接至所述挂接孔。

在本方案中，隔离挡板靠近轴承一侧和第二凸出结构连接。隔离挡板远离轴承一侧和固定轴连接，从而实现隔离挡板在发电机上的固定。

较佳地，沿所述固定轴的周向方向，所述第一开口与所述第二开口对称设置或交错设置。

较佳地，所述第一开口的形状和所述第二开口的形状均为矩形，所述矩形的最短边大于10cm，所述第一开口的总面积和所述第二开口的总面积均大于所述隔离挡板的总面积的10％。

在本方案中，第一开口和第二开口的尺寸需要满足一定的大小，一方面能够更好地控制流向固定轴表面的热气流大小，另一方面也能减小热气流流向固定轴时对隔离挡板的伤害。

较佳地，所述轴承包括转动圈和固定圈，所述固定轴靠近所述轴承的一端与所述固定圈相连。

较佳地，沿所述固定轴的的轴向方向，所述第二开口至所述固定圈与所述固定轴的连接处的最短距离小于或等于50cm。

在本方案中，第二开口的位置设置要尽可能靠近固定圈与固定轴的连接处，以达到更好缩小轴承与其连接部件连接处的温差，避免热应变过大。

较佳地，所述隔离挡板采用金属材料。

在本方案中，金属材料强度大，易于开度调节装置的安装和固定。

较佳地，所述第一开口和所述第二开口周围设有滑轨，所述滑轨固定在所述隔离挡板上，所述开度调节装置连接在所述滑轨上并通过所述滑轨滑动。

在本方案中，当开度调节装置采用滑轨滑动时，可实现自动调控开度调节装置。

较佳地，所述隔离挡板设有螺纹孔，所述开度调节装置设有螺纹孔，所述隔离挡板与所述开度调节装置采用螺栓固定。

在本方案中，当隔离挡板与开度调节装置采用螺栓固定时，需要人工进行固定操作。

一种风力发电机，其特点在于，所述风力发电机包括如上述的控制轴承连接部件温度的装置。

本发明的积极进步效果在于：本发明通过控制流经固定轴表面的热气流大小来调整固定轴的温度，尤其是固定轴靠近轴承的一端的温度，从而减小固定轴与轴承的温差，既有利于降低轴承故障频率，也有利于设置在固定轴内测的电气设备的运行。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的控制发电机的轴承连接部件温度的装置及风力发电机的结构示意图。

图2为本发明一较佳实施例的冷却气流流动路径结构示意图。

图3为本发明一较佳实施例的开度调节装置滑轨控制结构示意图。

图4为本发明一较佳实施例的开度调节装置螺栓控制结构示意图。

附图标记说明：

10 发电机第一端板

101 发电机出风口

102 第一凸出结构

20 发电机第二端板

201 第二凸出结构

30 转子

40 固定轴

50 轴承

501 固定圈

502 转动圈

60 定子铁芯

70 定子绕组

80 隔离挡板

801 第一开口

802 第二开口

803 滑轨

90 开度调节装置

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明提供了一种控制发电机的轴承连接部件温度的装置及风力发电机，如图1-2所示，该装置包括发电机第一端板10、发电机第二端板20、转子30、固定轴40、轴承50、定子铁芯60和定子绕组70，发电机第一端板10设有发电机出风口101，轴承50包括固定圈501和转动圈502，固定轴40靠近轴承50的一端与固定圈501连接，定子绕组70缠绕在定子铁芯60上。

发电机第一端板10、发电机第二端板20、定子铁芯60和固定轴40围成一环形空间，环形空间内设有隔离挡板80，隔离挡板80设于固定轴40的外圆外侧且与发电机第一端板10和发电机第二端板20连接。本实施例的隔离挡板80不局限于与发电机第一端板10和发电机第二端板20均连接，只需满足隔离挡板80至少与发电机第一端板10和发电机第二端板20中的其中一个连接，隔离挡板80没有和发电机第一端板10或发电机第二端板20连接一侧可与固定轴40连接。

沿固定轴40的轴向方向，隔离挡板80远离轴承50一侧设有第一开口801，靠近轴承50一侧设有第二开口802，第一开口801与第二开口802在转子同一轴向上，本实施例的第一开口801与第二开口802不局限于在同一轴向上，只需满足第二开口802设于靠近轴承50一端，第一开口801设于远离轴承50一端即可。第一开口801的形状和第二开口802的形状均为矩形，矩形的最短边大于10cm，第一开口801的总面积和第二开口802的总面积均大于隔离挡板80的总面积的10％，一方面能够更好地控制流向固定轴40表面的热气流大小，另一方面也能减小热气流流向固定轴40时对隔离挡板80的伤害。沿固定轴40的的轴向方向，第二开口802至固定圈501与固定轴40的连接处的最短距离小于或等于50cm，第二开口802的位置设置要尽可能靠近固定圈501与固定轴40的连接处，以达到更好缩小轴承50与其连接部件连接处的温差，避免热应变过大。多个开度调节装置90连接在隔离挡板80上，开度调节装置90是用于调节第二开口802的开口大小。

为了隔离挡板80与固定轴40之间能够形成轴向狭长空腔，隔离挡板80与固定轴40之间沿固定轴40的径向方向上的距离需要小于30cm。隔离挡板80沿固定轴40的径向方向的截面形状为圆环形，本实施例的隔离挡板80沿固定轴40的径向方向的截面形状不局限于圆环形，可采用其他封闭图形，以能够更精准地控制流经固定轴40表面的热气流大小。隔离挡板80采用金属材料制成，例如钢，金属材料强度大，易于开度调节装置90的安装和固定。本实施例的隔离挡板80还可用非金属材料制成，非金属材料具有不导电、质量轻、价格低等优点，所选的非金属材料需要能够承受一定的风压，防止隔离挡板80的损坏。

发电机第一端板10沿固定轴40轴向设有向环形空间延伸的第一凸出结构102，发电机第二端板20沿固定轴40轴向设有向环形空间延伸的第二凸出结构201，第一凸出结构102和第二凸出结构201设有螺纹孔，隔离挡板80设有螺纹孔，第一凸出结构102和第二凸出结构201均与隔离挡板80采用螺栓连接。通过隔离挡板80与第一凸出结构102和第二凸出结构201的连接来实现隔离挡板80在发电机第一端板10和发电机第二端板20上的固定。

在其他可替代的实施例中，发电机第二端板20沿固定轴40轴向设有向环形空间延伸的第二凸出结构201，第二凸出结构201设有螺纹孔，固定轴40远离轴承50一侧设有挂接孔，隔离挡板80设有螺纹孔和挂接部件，发电机第二端板20与隔离挡板80采用螺栓链接，挂接部件挂接至挂接孔，从而实现隔离挡板80在发电机上的固定。

如图3所示，隔离挡板80的第二开口802周围设有滑轨803，滑轨803固定在隔离挡板80上，开度调节装置90通过连接在滑轨803上实现隔离挡板80的连接，开度调节装置90通过在滑轨803上滑动来调节第二开口802的开口大小。当开度调节装置90采用滑轨803滑动时，可实现自动调控开度调节装置90，此时在固定轴靠近轴承的一端和固定圈501上可以设置温度传感器，通过实时温度监控来控制开度调节装置90的滑动情况。如何通过实时温度监控来控制开度调节装置90的滑动属于本领域的现有技术，在此不做赘述。

如图4所示，隔离挡板80设有多个螺纹孔，开度调节装置90也设有螺纹孔，隔离挡板80与开度调节装置90采用螺栓固定，通过将开度调节装置90固定在隔离挡板80的不同位置来调节第二开口802的开口大小。采用这种控制方式时，需要人工进行固定操作。

当环境温度过高时，开度调节装置90通过调节第二开口802的开口大小来控制流向固定轴40靠近轴承50的一端的热气流的大小，从而降低固定轴40的温度，减小固定轴40与轴承50的温差。当环境温度不是很高时，第二开口802不被遮挡，热气流流向固定轴40表面，使固定轴40温度升高，减小固定轴40与轴承50的温差。图2所示的是当环境温度不是很高时的冷却气流流向，一部分冷却气流通过发电机第一端板10和转子30间的间隙进入风力发电机的内部，定子铁芯60沿转子30设置在环形空间内，冷却气流再经由定子铁芯60间的间隙进入环形空间，冷却气流加热成为热气流。另一部分冷却气流通过轴承50固定圈501和转动圈502间的间隙进入风力发电机内部，冷却气流的温度升高，冷却气流流向转子30，再通过定子铁芯60间的间隙进入环形空间，冷却气流得到进一步加热变成热气流。热气流通过隔离挡板80上的第一开口801和第二开口802流向固定轴40，从而提升固定轴40温度。因为第一开口801靠近发电机出风口101，所以大部分轴向狭长空腔内的热气流由第一开口801流向发电机出风口101。当环境温度较高时，因为第二开口802靠近固定轴40靠近轴承50的一端，所以需要通过调节第二开口802的开口大小来控制流向固定轴40靠近轴承50的一端的热气流的大小，从而降低固定轴40的温度，尤其是固定轴40靠近轴承50的一端的温度。

本发明还提供了一种风力发电机，包括上述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种控制发电机的轴承连接部件温度的装置，所述发电机包括发电机第一端板、发电机第二端板、定子铁芯、固定轴和轴承，所述发电机第一端板、所述发电机第二端板、所述定子铁芯和所述固定轴围成一环形空间，其特征在于，所述控制发电机的轴承连接部件温度的装置包括：

隔离挡板，设于所述环形空间内，所述隔离挡板设于所述固定轴的外圆外侧且至少与所述发电机第一端板和所述发电机第二端板中的其中一个连接；沿所述固定轴的轴向方向，所述隔离挡板远离所述轴承一侧设有第一开口，所述隔离挡板靠近所述轴承一侧设有第二开口；

多个开度调节装置，连接在所述隔离挡板上，所述开度调节装置用于调节所述第二开口的开口大小。

2.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，所述隔离挡板沿所述固定轴的径向方向的截面形状为一封闭图形。

3.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，沿所述固定轴的径向方向，所述隔离挡板与所述固定轴的距离小于30cm。

4.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，所述发电机第一端板沿所述固定轴轴向设有向所述环形空间延伸的第一凸出结构，所述发电机第二端板沿所述固定轴轴向设有向所述环形空间延伸的第二凸出结构，所述第一凸出结构和所述第二凸出结构设有螺纹孔，所述隔离挡板设有螺纹孔，所述第一凸出结构和所述第二凸出结构均与所述隔离挡板采用螺栓连接。

5.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，所述发电机第二端板沿所述固定轴轴向设有向所述环形空间延伸的第二凸出结构，所述第二凸出结构设有螺纹孔，所述固定轴远离所述轴承的一侧设有挂接孔，所述隔离挡板设有螺纹孔和挂接部件，所述发电机第二端板与所述隔离挡板采用螺栓链接，所述挂接部件挂接至所述挂接孔。

6.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，沿所述固定轴的周向方向，所述第一开口与所述第二开口对称设置或交错设置。

7.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，所述第一开口的形状和所述第二开口的形状均为矩形，所述矩形的最短边大于10cm，所述第一开口的总面积和所述第二开口的总面积均大于所述隔离挡板的总面积的10％。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，所述轴承包括转动圈和固定圈，所述固定轴靠近所述轴承的一端与所述固定圈相连。

9.如权利要求8所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，沿所述固定轴的轴向方向，所述第二开口至所述固定圈与所述固定轴的连接处的最短距离小于或等于50cm。

10.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，所述隔离挡板采用金属材料。

11.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，所述第一开口和所述第二开口周围设有滑轨，所述滑轨固定在所述隔离挡板上，所述开度调节装置连接在所述滑轨上并通过所述滑轨滑动。

12.如权利要求1所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置，其特征在于，所述隔离挡板设有螺纹孔，所述开度调节装置设有螺纹孔，所述隔离挡板与所述开度调节装置采用螺栓固定。

13.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括如权利要求1-12中任意一项所述的控制发电机的轴承连接部件温度的装置。

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