CN109944746B - 风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组，其包括轴承系统、转子、轮毂和导流罩，所述导流罩位于所述轮毂外部，所述轴承系统包括轴承外圈和轴承内圈，所述转子和轮毂连接于轴承系统的转动部分，所述风力发电机组还包括轴承冷却装置，其包括若干位于所述导流罩上或附近的开口，所述导流罩与轮毂之间的空间通过所述开口与外界连通，所述轴承系统的至少一部分暴露于所述空间内，冷却空气可通过从所述开口处流入所述空间冷却所述轴承系统。该风力发电机组通过在导流罩和轮毂之间设置冷却装置，增强轴承外圈冷却效果，且内外圈冷却系统相互独立可调，进一步控制了内外圈温差，使轴承各部件热变形程度一致，改善轴承工作状况并延长寿命，结构简单，安装安全方便。

Description

风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种风力发电机组。

背景技术

近年来，风力发电机组大型化的趋势日益清晰，单机容量的增加对发电机轴承的尺寸、性能、可靠性都提出了更高的要求。轴承设计中的关键一环是解决其运行时的散热问题，这对于大型风力发电机组的挑战更为严峻，因为轴承的体积变大、受到的载荷增加，意味着轴承发热量的进一步提升。为了保证轴承能够在其设计寿命内正常运行，通常不仅要将轴承主要部件的运行温度保持在限值以内，还要将轴承内外圈的温差控制在一定范围内。

现有的一种常用的轴承冷却方法是在轴承内圈上设置水冷管或将冷却空气引导至内圈附近，从而将轴承产生的热量主要经由内圈耗散，而轴承外圈会被设置成不暴露在外界空气中且不具有主动冷却装置，导致外圈缺乏有效的冷却。因此，采用此类冷却方式通常难以有效地控制内外圈温差。例如，当高温环境下，将内外圈温度均冷却至70℃以下时，内圈温度可能会比外圈温度低10℃以上。另一种轴承冷却方法是将轴承外圈设置成完全暴露在外界空气中，在这种情况下，外圈的冷却效果将得到较大的改善，但是仍然明显的依赖于局部几何。这种方式面临的一大问题是雨水能够无阻挡的落入至外圈表面，大大增加轴承腐蚀的风险。此外，这种方式的外圈冷却不具备可控性，在低温环境下可能会导致外圈甚至整个轴承系统过量冷却。

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的轴承外圈冷却效果相对较差、难以实现冷却可控的缺陷，提供一种风力发电机组。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种风力发电机组，其包括轴承系统、转子、轮毂和导流罩，所述导流罩位于所述轮毂的外部，所述轴承系统包括轴承外圈和轴承内圈，所述转子和所述轮毂连接于所述轴承系统的转动部分，其特点在于，所述风力发电机组还包括轴承冷却装置，所述轴承冷却装置包括若干开口，所述开口位于所述导流罩的附近或所述导流罩上，所述导流罩与所述轮毂之间的空间通过所述开口与外界连通，所述轴承系统的至少一部分暴露于所述空间内，冷却空气可通过从所述开口处流入所述空间来冷却所述轴承系统的至少一部分。

较佳地，所述导流罩与所述转子之间设置有所述开口，为第一开口，所述导流罩与所述风力发电机组的叶片之间设置有所述开口，为第二开口。所述开口是为了使空腔内的空气与外界空气能够形成对流。

较佳地，所述轴承冷却装置包括驱动风扇装置，所述驱动风扇装置位于两个所述叶片的根部之间或所述叶片的根部与所述转子之间，所述驱动风扇装置固定于所述轮毂的外表面。所述驱动风扇装置可以使进入空腔的外界空气量可以进一步提升。

较佳地，所述驱动风扇装置包括驱动风扇和驱动控制装置，所述驱动控制装置位于所述驱动风扇上，用于控制所述驱动风扇的转速。所述驱动控制装置通过控制驱动风扇的转速，使得进入轴承外圈附近的风量可调，进而调节轴承冷却装置的冷却效率。

较佳地，所述导流罩的表面有第三开口，所述第三开口靠近所述驱动风扇装置，用于降低外界空气进入和离开所述导流罩与所述轮毂之间空间的阻力。所述第三开口可以加速空腔内的空气快速排出，即可使所述轴承外圈附近的空气在由所述驱动风扇装置抽取过后马上排出。

较佳地，所述轴承冷却装置还包括至少一个导流结构，所述导流结构的截面为“L”形，所述导流结构固定于所述导流罩的内表面。

较佳地，所述导流结构的一端为固定端，所述固定端固定于所述导流罩的内表面上，所述固定端靠近所述第一开口处，所述导流结构的弯折处靠近所述轴承外圈，所述导流结构与所述转子和所述轮毂之间形成空气导流通路，所述空气导流通路用于引导外界空气流过所述轴承外圈、所述轮毂与部分所述转子的暴露于所述空气导流通路上的表面，降低所述轴承外圈、所述轮毂与所述转子的温度。

较佳地，所述导流结构包括导流直板和导流曲板，所述导流直板和所述导流曲板的一端连接，所述导流直板与所述转子的靠近所述风力发电机组的叶片的一侧端面平行，所述导流曲板与所述轮毂的外表面平行。

较佳地，所述导流直板与所述转子的靠近所述风力发电机组的叶片的一侧端面之间的距离不大于30厘米，所述导流曲板与所述轮毂的外表面之间的距离不大于30厘米，通过所述空气导流通路的外界空气的流速大于1m/s。

较佳地，所述轴承冷却装置还包括至少一个导流结构，所述导流结构的一端固定于所述轮毂的外表面，所述导流结构与所述轮毂连接的位置处设置有导流开孔，所述导流开孔均匀分布于所述导流结构上。

较佳地，所述导流结构与所述转子的靠近所述风力发电机组的叶片的一侧端面之间的距离不大于30厘米。

较佳地，所述轴承冷却装置还包括冷却风扇装置，所述冷却风扇装置安装于所述轮毂的外表面或所述导流罩的内表面，所述冷却风扇装置的出风方向朝向所述轴承外圈，所述冷却风扇装置靠近所述轴承外圈，与所述轴承外圈之间的距离不大于30厘米，所述冷却风扇装置用于加大所述轴承外圈附近的空气流速，加强所述轴承外圈附近的局部对流换热，降低所述轴承外圈的温度。

较佳地，所述冷却风扇装置在所述轮毂的外表面或所述导流罩的内表面沿所述轮毂或所述导流罩的周向均匀排布。

本发明的积极进步效果在于：

该风力发电机组通过在导流罩和轮毂之间设置轴承冷却装置，加大轴承外圈表面的空气对流，加速空气与轴承外圈表面的热交换，加强了轴承外圈的冷却效果，并且轴承内圈和外圈的冷却系统相互独立，且各自具备一定的可调性，从而能够进一步通过控制设备有效地控制内外圈温差。因此，轴承各部件会具有更加一致的热变形程度，从而改善轴承工作状况并延长轴承寿命，而且该轴承冷却装置结构简单，安装安全方便，易于实施和使用。

附图说明

图1为本发明实施例1的风力发电机组的结构示意图。

图2为本发明实施例2的风力发电机组的结构示意图。

附图标记说明：

轴承外圈11

轴承内圈12

转子2

轮毂3

导流罩4

叶片5

驱动风扇装置61

导流结构62

冷却风扇装置63

第一开口71

第二开口72

第三开口73

气流8

具体实施方式

下面举两个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种风力发电机组，其包括有轴承系统、转子2、轮毂3和导流罩4，轴承系统包括轴承外圈11和轴承内圈12，转子2连接于轴承系统的转动部分，本实施例中即为轴承外圈11，轮毂3连接于轴承外圈11。轮毂3的外侧设置有导流罩4，从而在轮毂3与导流罩4之间形成空腔。轴承外圈11、转子2和轮毂3的一部分表面暴露在空腔内的空气中。除了一些必要的小缝隙和开口，空腔和轮毂3内的空间基本不连通，从而阻止未经处理的空气进入风力发电机组的机舱和发电机内部。在本实施例中可采用轮毂盖板来实现空腔和风力发电机组的机舱和发电机内部的进一步不连通。该风力发电机组还包括有轴承冷却系统，其用于对轴承外圈11、轮毂3和转子2进行冷却。

轴承冷却装置包括有多个开口，这些开口分别位于导流罩4与转子2之间、导流罩4与叶片5之间及导流罩4的表面，这些开口连通空腔与外界，继而形成多条换热气流的冷却路径，以使得空腔内的空气与外界空气能够形成对流，降低空腔内部的温度。具体包括了导流罩4和转子2的连接处的第一开口71、导流罩4与风力发电机组的叶片5之间的第二开口72。第一开口71连通导流罩4与转子2之间的空间与外界，第二开口72连通导流罩4与轮毂3之间的空间与外界。这些开口的尺寸较小，且具有适当转折密封，开口朝向非迎风侧，从而使得一定量的外界空气气流8能够从这些开口进入和离开空腔，而又可减少雨水的进入。

在空腔的内部、轮毂3的外表面处设置有驱动风扇装置61，以使进入空腔的外界空气量可以进一步提升。优选地，将驱动风扇装置61设置于位于两个风力发电机组的叶片5根部之间的轮毂3上，驱动风扇装置61随轮毂3一起转动。在其他的实施例中，也可在风力发电机组的叶片5的根部与转子2之间的轮毂3上安装驱动风扇装置61，以达到更好的对流换热效果。驱动风扇装置61由驱动风扇和驱动控制装置构成，其频率具有一定可调性。驱动控制装置安装在驱动风扇上，用于控制驱动风扇的转速，从而使得进入轴承外圈11附近的风量可调。优选地，也可在轴承外圈11上安装温度传感器，驱动控制装置设置为与温度传感器连接，从而可依照轴承外圈11上的温度传感器测量值进行调节。具体如何根据温度传感器的测量值进行调节属于现有技术，因此在此不再赘述。

为了加速空腔内的空气快速排出，可在靠近驱动风扇装置61的导流罩4表面设置第三开口73，以使轴承外圈11附近的空气在由驱动风扇装置61抽取过后马上排出空腔，即降低外界空气进入和离开导流罩4与轮毂3之间的空间的阻力，使更多外界空气流经所述轴承外圈11和所述轮毂3的表面。第三开口73的设置方式及规格与导流罩4表面的其他开口相同。

在导流罩4的内侧设置有导流结构62，其为该轴承冷却装置的另一部分。该导流结构62的截面为“L”形，其一端为固定端，固定于导流罩4的内表面上，固定端靠近第一开口71，该导流结构62的弯折处靠近轴承外圈11。在其他实施例中，也可设置导流结构62为一平板，平板的一端固定于轮毂3的表面，并沿固定位置的附近开设均匀分布的导流开孔，达到同样的导流效果。该截面为“L”形的导流结构62包括导流直板和导流曲板，导流直板和导流曲板的一端相连接，导流直板与转子2的靠近风力发电机组的叶片5的一侧端面平行，导流曲板与轮毂3的外表面平行，即导流结构62与转子2和轮毂3之间形成空气导流通路，用于引导外界空气流经该空气导流通路，从而使得空气气流8可以以较高的速度流过转子2、轴承外圈11和轮毂3的部分表面，降低转子2、轴承外圈11和轮毂3的表面温度。作为一种替代的方案，导流结构62也可设置成其他的角度。

优选的，导流直板与转子2的端面之间的距离不大于30厘米，导流曲板与轮毂3的外表面之间的距离不大于30厘米，即达到通过该空气导流通路的外界空气的流速大于1m/s的效果。在此实施例中，两距离均设置为30厘米。

当驱动风扇装置61进行工作时，可抽取外界的空气，使气流8快速通过该空气导流通路，与轴承外圈11发生热交换，即对轴承外圈11的表面进行空冷，达到降低轴承外圈11温度的效果。交换后的热空气气流8由驱动风扇装置61抽送至远离轴承外圈11的空腔内，从第三开口73或第二开口72处排出外界。

本发明主要涉及轴承外圈11的具体冷却方式，相对于轴承内圈12，还需设置相应的主动冷却系统，以保证轴承外圈11和轴承内圈12的冷却的相互配合，达到整个轴承系统的热变形程度接近一致，进而保证轴承系统能够运作良好。

实施例2

如图2所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：将导流结构62替换为冷却风扇装置63，即将多个冷却风扇装置63沿轮毂3表面靠近轴承外圈11处周向均匀排布并固定，对轴承外圈11进行局部冷却。在其他实施例中，也可将多个冷却风扇装置63沿导流罩4的内表面靠近轴承外圈11处周向均匀排布并固定。冷却风扇装置63的出风方向朝向轴承外圈11，并且冷却风扇装置63距离轴承外圈11的距离不大于30厘米。冷却风扇装置63可选用尺寸和功率小于驱动风扇装置61的规格。这些固定于轴承外圈11附近的冷却风扇装置63能够使得轴承外圈11周围的空气气流8的流速大于空腔内其他区域的流速，从而强化轴承外圈11附近的局部对流换热，进而对轴承外圈11、轮毂3和转子2进行冷却。

本实施例的图2中所示的冷却气流8的方向只是两种可能的流动方向，具体的气流流动方向依赖于该风力发电机组的开口几何、空腔内的具体布置等，同时也受外界气流等因素的影响。

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 (9)

1.一种风力发电机组，其包括轴承系统、转子、轮毂和导流罩，所述导流罩位于所述轮毂的外部，所述轴承系统包括轴承外圈和轴承内圈，所述转子和所述轮毂连接于所述轴承系统的转动部分，其特征在于，所述风力发电机组还包括轴承冷却装置，所述轴承冷却装置包括若干开口，所述开口位于所述导流罩的附近或所述导流罩上，所述导流罩与所述轮毂之间的空间通过所述开口与外界连通，所述轴承系统的至少一部分暴露于所述空间内，冷却空气可通过从所述开口处流入所述空间来冷却所述轴承系统的至少一部分，

所述风力发电机组还包括轮毂盖板，所述轮毂盖板用于隔绝所述导流罩与所述轮毂之间的空间和所述轮毂内部的空间，所述导流罩与所述转子之间设置有所述开口，为第一开口；所述导流罩与所述风力发电机组的叶片之间设置有所述开口，为第二开口，

所述轴承冷却装置包括驱动风扇装置，所述驱动风扇装置位于两个所述风力发电机组的叶片的根部之间或所述叶片的根部与所述转子之间；所述驱动风扇装置包括驱动风扇和驱动控制装置，所述驱动控制装置位于所述驱动风扇上，用于控制所述驱动风扇的转速；

所述轴承冷却装置包括至少一个导流结构，所述导流结构固定于所述导流罩的内表面或所述轮毂的外表面，所述导流结构与所述转子和所述轮毂之间形成空气导流通路，

当所述导流结构固定于所述导流罩的内表面时，所述导流结构的截面为“L”形，所述导流结构的弯折处靠近所述轴承外圈设置；当所述导流结构固定于所述轮毂的外表面时，所述导流结构与所述轮毂连接的位置处设置有导流开孔，所述导流开孔均匀分布于所述导流结构上。

2.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述驱动风扇装置固定于所述轮毂的外表面。

3.如权利要求2所述的风力发电机组，其特征在于，所述导流罩的表面设置有第三开口，所述第三开口靠近所述驱动风扇装置，用于降低外界空气进入和离开所述导流罩与所述轮毂之间的空间的阻力。

4.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，当所述导流结构固定于所述导流罩的内表面时，所述导流结构的一端为固定端，所述固定端固定于所述导流罩的内表面上，所述固定端靠近所述第一开口处，所述空气导流通路用于引导外界空气流过所述轴承外圈、所述轮毂与部分所述转子的暴露在所述空气导流通路上的表面，降低所述轴承外圈、所述轮毂与所述转子的温度。

5.如权利要求4所述的风力发电机组，其特征在于，所述导流结构包括导流直板和导流曲板，所述导流直板和所述导流曲板的一端连接，所述导流直板与所述转子的靠近所述风力发电机组的叶片的一侧端面平行，所述导流曲板与所述轮毂的外表面平行。

6.如权利要求5所述的风力发电机组，其特征在于，所述导流直板与所述转子的靠近所述风力发电机组的叶片的一侧端面之间的距离不大于30厘米，所述导流曲板与所述轮毂的外表面之间的距离不大于30厘米，通过所述空气导流通路的外界空气的流速大于1m/s。

7.如权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，所述导流结构与所述转子的靠近所述风力发电机组的叶片的一侧端面之间的距离不大于30厘米。

8.如权利要求1至3中任意一项所述的风力发电机组，其特征在于，所述轴承冷却装置还包括冷却风扇装置，所述冷却风扇装置安装于所述轮毂的外表面或所述导流罩的内表面，所述冷却风扇装置的出风方向朝向所述轴承外圈，所述冷却风扇装置靠近所述轴承外圈，与所述轴承外圈之间的距离不大于30厘米，所述冷却风扇装置用于加大所述轴承外圈附近的空气流速，加强所述轴承外圈附近的局部对流换热，降低所述轴承外圈的温度。

9.如权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，所述冷却风扇装置在所述轮毂的外表面或所述导流罩的内表面沿所述轮毂或所述导流罩的周向均匀排布。

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