CN110318958A - 直驱发电机主轴承机构的冷却系统及直驱发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直驱发电机主轴承机构的冷却系统及直驱发电机，所述直驱发电机主轴承机构的冷却系统包括：外轴表面散热器以及外轴表面散热片，所述外轴表面散热器以及所述外轴表面散热片设置于主轴承外轴一侧，其中，所述外轴表面散热器连通有冷却介质，且所述外轴表面散热器的冷却介质的流量被设置为可调节；内轴表面散热器以及内轴表面散热片，所述内轴表面散热器以及所述内轴表面散热片设置于主轴承内轴一侧，其中，所述内轴表面散热器连通有冷却介质，且所述内轴表面散热器的冷却介质的流量被设置为可调节。本发明可以减少主轴承的内外轴表面温差，增加轴承寿命。

Description

直驱发电机主轴承机构的冷却系统及直驱发电机
技术领域
本发明涉及一种直驱发电机主轴承机构的冷却系统及直驱发电机。
背景技术
风力发电机组按驱动链型式分为两种类型：由增速齿轮箱带动发电机发电的齿轮箱型风力发电机组和由风轮直接驱动发电机发电的直驱型风力发电机组。
直驱型风力发电机组主轴承有两种型式：1、主轴承内轴静止，主轴承外轴与发电机转子、轮毂部分一起旋转；2、主轴承内轴旋转，主轴承外轴静止。
由于轴承运行过程中会产生大量的热量，造成轴承温度升高，影响轴承的寿命，所以需要对主轴承进行冷却。如公开专利(CN102713273B)所描述的，主轴承散热方式是在轴承内轴表面采用水冷方式进行冷却，即在轴承内轴表面布置矩形管，利用矩形管的介质冷却轴承内轴表面。而对于轴承旋转的外轴表面，由于原设计结构的原因，无法进行轴承外轴表面冷却。该方法的主要缺点是只影响轴承内轴表面，无法控制轴承内轴和外轴的温差，容易造成轴承内外轴热变形不一致，导致轴承滚道变形，影响轴承寿命，且周围结构密闭及热源较多，高温环境下散热效果较差。
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的内外轴表面的温差过大，严重影响了轴承正常运行的缺陷，提供一种直驱发电机主轴承机构的冷却系统及直驱发电机。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特点在于，所述直驱发电机主轴承机构的冷却系统包括：
外轴表面散热器，所述外轴表面散热器设置于主轴承外轴一侧，其中，所述外轴表面散热器连通有冷却介质，且所述外轴表面散热器的冷却介质的流量被设置为可调节；
内轴表面散热器以及内轴表面散热片，所述内轴表面散热器以及所述内轴表面散热片设置于主轴承内轴一侧，其中，所述内轴表面散热器连通有冷却介质，且所述内轴表面散热器的冷却介质的流量被设置为可调节。
较佳地，所述直驱发电机主轴承机构的冷却系统还包括外轴表面散热片，所述外轴表面散热片设置于主轴承外轴。
本方案同时在主轴承的内外轴表面设置内轴表面散热器和外轴表面散热器，一方面冷却周围的空气，一方面利用内轴表面散热片和外轴表面散热片实现主轴承内外轴表面的热量散发，很好地控制主轴承内外轴表面的温度差，从而延长了主轴承的运行寿命。
其中，对于内轴表面散热器和外轴表面散热器的冷却介质的流量可调，由此实现在高低温环境下对主轴承的内外轴表面的温度进行有效地控制，满足主轴承运行时的内外轴表面最高最低允许温度和温度差。
较佳地，所述主轴承内轴还设置有内轴表面风扇，所述内轴表面风扇朝向所述内轴表面散热片设置。通过内轴表面风扇产生的风，使内轴表面散热片的热量加速散发到空气中。
较佳地，所述内轴表面风扇通过变频电机驱动。变频电机通过变频控制风扇的旋转速度，可以控制内轴表面散热片的冷却风量的大小。
较佳地，所述内轴表面风扇连接于所述内轴表面散热器上。
较佳地，所述主轴承外轴还设置有外轴表面风扇，所述外轴表面风扇朝向所述外轴表面散热片设置。通过外轴表面风扇产生的风，使外轴表面散热片的热量加速散发到空气中。
较佳地，所述外轴表面风扇通过变频电机驱动。变频电机通过变频控制风扇的旋转速度，可以控制外轴表面散热片的冷却风量的大小。
较佳地，所述外轴表面风扇连接于所述外轴表面散热器上。
较佳地，所述主轴承外轴和所述主轴承内轴之间设置有轴承。
较佳地，所述内轴表面散热器通过内轴表面支架设置于所述内轴表面散热片的上方。
较佳地，所述内轴表面支架沿着轴向跨设于所述内轴表面散热片的两侧。
较佳地，所述外轴表面散热器通过外轴表面支架设置于所述外轴表面散热片的上方。
较佳地，所述外轴表面支架直接或者连接固定于所述主轴承内轴。本方案的内轴表面散热器和外轴表面散热器用于将周围的空气进行冷却，其中，主轴承外轴是相对旋转的，由于使得外轴表面风扇与主轴承内轴保持固定，所以主轴承外轴是不断地经过外轴表面风扇的正下方，这种情况也利于加速冷却。
较佳地，所述主轴承内轴连接有内轴表面支撑板，所述外轴表面支架连接于所述内轴表面支撑板上。
较佳地，所述内轴表面散热片环状延伸，且所述内轴表面散热片包括沿着径向延伸的竖直散热片以及沿着轴向延伸的横置散热片。竖直散热片和横置散热片可以组成一个整体的散热片。内轴表面散热片可以是由传热快的铝合金片或其它易散热的材料组成。内轴表面散热片紧贴主轴承内表面，可以使用导热硅脂或其他导热介质填补空隙。
较佳地，所述竖直散热片上开设有若干小孔以便于横向风的流通，从而加速散热。
较佳地，所述内轴表面散热片分为两段或两段以上，各段所述内轴表面散热片均布在所述主轴承内轴表面上。
较佳地，所述内轴表面散热器和所述外轴表面散热器的冷却介质通过水泵进行驱动。当环境温度低时，可以通过调节水泵的变频电机频率，改变变频电机及水泵的转速，从而改变流量来控制主轴承内轴和主轴承外轴的温度。
较佳地，所述水泵通向所述内轴表面散热器以及所述外轴表面散热器的分管路上分别设置有流量调节阀，所述流量调节阀控制流向所述内轴表面散热器或者所述外轴表面散热器的冷却介质的流量。
较佳地，所述水泵通向所述内轴表面散热器和所述外轴表面散热器的主路上设置有旁路调节阀。可以通过旁路调节阀调节冷却介质的流量，适当调节主轴承内外表面的温度。
较佳地，所述水泵与舱外散热器连通。实施中，水泵安装在机舱内平台上，旁路调节阀固定在水泵组中，其他流量调节阀通过硬管连接在水泵组出口，舱外散热器安装在舱外顶上或机舱内。
一种直驱发电机，其特点在于，其包括所述直驱发电机主轴承机构的冷却系统。
本发明的积极进步效果在于：可以同时对直驱发电机的主轴承内外轴表面进行冷却；对原主轴承内轴表面进行多重冷却，先在轴承内轴表面置入散热片，散热片可以快速传递并散发主轴承内轴表面的热量；其次，散热器将散热片周围的空气冷却，同时利用风扇将散热片上的热量加速散发到空气当中，风量的大小可以变频调节；在环境温度很低的情况下，可以降低水泵的电机频率，改变水泵的转速，调小冷却介质流量，从而满足低环境温度下的主轴承冷却要求；当主轴承内外轴表面温差超过允许温差时，可以通过调节内外轴表面的散热器风扇电机转速，改变通风量的大小，从而控制主轴承内外轴表面的温差；环境温度高时，可以通过控制主路的旁路调节阀，调节冷却介质的大小实现主轴承温度控制，主轴承内外轴表面温差过高时，可以通过调节主轴承内外轴表面的分管路上的流量调节阀来调节温度。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的直驱发电机主轴承机构的冷却系统的整体结构示意图。
图2为本发明较佳实施例的主轴承内轴的连接结构示意图。
图3为本发明较佳实施例的主轴承外轴的一连接结构示意图。
图4为本发明较佳实施例的主轴承外轴的另一连接结构示意图。
图5为本发明较佳实施例的直驱发电机主轴承机构的冷却系统的运行原理图。
图6为本发明较佳实施例的内轴表面散热片的结构示意图。
图7为本发明较佳实施例的内轴表面散热片的局部放大结构示意图。
图8为本发明较佳实施例的直驱发电机的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1-图7所示，本实施例公开了一种直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其中，直驱发电机主轴承机构的冷却系统包括主轴承内轴11、主轴承外轴12、轴承13、内轴表面散热器21、外轴表面散热器22、内轴表面散热片31、外轴表面散热片32、内轴表面风扇41、外轴表面风扇42、内轴表面支架51、外轴表面支架52、内轴表面支撑板6、发电机转子7、水泵81、旁路调节阀82、流量调节阀83、流量调节阀84、流量调节阀85、流量调节阀86、舱外散热器87。
如图1和图2所示，本实施例的直驱发电机主轴承机构的冷却系统包括内轴表面散热器21以及内轴表面散热片31，内轴表面散热器21以及内轴表面散热片31设置于主轴承内轴11一侧，其中，内轴表面散热器21连通有冷却介质，且内轴表面散热器21的冷却介质的流量被设置为可调节。
如图1、图3和图4所示，本实施例的直驱发电机主轴承机构的冷却系统包括外轴表面散热器22以及外轴表面散热片32，外轴表面散热器22置于外轴表面支架52，而外轴表面支架52置于内轴表面支撑板6(或置于主轴承内轴11侧面)。外轴表面散热片32设置于主轴承外轴12。其中，外轴表面散热器22连通有冷却介质，且外轴表面散热器22的冷却介质的流量被设置为可调节。
本实施例同时在主轴承的内外轴表面设置内轴表面散热器21和外轴表面散热器22，一方面冷却周围的空气，一方面利用内轴表面散热片31和外轴表面散热片32实现主轴承内外轴表面的热量散发，很好地控制主轴承内外轴表面的温度差，从而延长了主轴承的运行寿命。
其中，对于内轴表面散热器21和外轴表面散热器22的冷却介质的流量可调，由此实现在高低温环境下对主轴承的内外轴的温度进行有效地控制，满足主轴承运行时的内外轴最高最低允许温度和温度差。
如图1和图2所示，本实施例的主轴承内轴11还设置有内轴表面风扇41，内轴表面风扇41朝向内轴表面散热片31设置。通过内轴表面风扇41产生的风，使内轴表面散热片31的热量加速散发到空气中。
本实施例中，内轴表面风扇41通过变频电机驱动。变频电机通过变频控制风扇的旋转速度，可以控制内轴表面散热片31的冷却风量的大小。本实施例中，内轴表面风扇41连接于内轴表面散热器21上。
如图1、图3和图4所示，本实施例的主轴承外轴12还设置有外轴表面风扇42，外轴表面风扇42朝向外轴表面散热片32设置。通过外轴表面风扇42产生的风，使外轴表面散热片32的热量加速散发到空气中。
本实施例中，外轴表面风扇42通过变频电机驱动。变频电机通过变频控制风扇的旋转速度，可以控制外轴表面散热片32的冷却风量的大小。本实施例中，外轴表面风扇42连接于外轴表面散热器22上。
如图1所示，本实施例的主轴承外轴12和主轴承内轴11之间设置有轴承13。其中两侧均设置有轴承13。
如图1和图2所示，本实施例的内轴表面散热器21通过内轴表面支架51设置于内轴表面散热片31的上方。其中，内轴表面支架51沿着轴向跨设于内轴表面散热片31的两侧。
如图1、图3和图4所示，本实施例的外轴表面散热器22通过外轴表面支架52设置于外轴表面散热片32的上方。
本实施例中，外轴表面支架52直接或者连接固定于主轴承内轴11。本实施例的内轴表面散热器21和外轴表面散热器22用于将周围的空气进行冷却，其中，主轴承外轴12是相对旋转的，由于使得外轴表面风扇42与主轴承内轴11保持固定，所以主轴承外轴12是不断地经过外轴表面风扇42的正下方，这种情况也利于加速冷却。
如图1和图4所示，本实施例的主轴承内轴11连接有内轴表面支撑板6，外轴表面支架52连接于内轴表面支撑板6上。
如图6和图7所示，本实施例的内轴表面散热片31环状延伸，且内轴表面散热片31包括沿着径向延伸的竖直散热片311以及沿着轴向延伸的横置散热片312。竖直散热片311和横置散热片312可以组成一个整体的散热片。内轴表面散热片31可以是由传热快的铝合金片或其它易散热的材料组成。
本实施例汇总，内轴表面散热片31紧贴主轴承内表面，可以使用导热硅脂或其他导热介质填补空隙。竖直散热片312上开设有若干小孔以便于横向风的流通，从而加速散热。
如图6所示，本实施例的内轴表面散热片31分为四段。在其他可选的实施方式中，内轴表面散热片31可分为两段或两段以上，各段内轴表面散热片31均布在主轴承内轴11。
如图5所示，本实施例的内轴表面散热器21和外轴表面散热器22的冷却介质通过水泵81进行驱动。当环境温度低时，可以通过调节水泵81的变频电机频率，改变变频电机及水泵81的转速，从而改变流量来控制主轴承内轴11和主轴承外轴12的温度。
如图5所示，本实施例的水泵81通向内轴表面散热器21以及外轴表面散热器22的分管路上分别设置有流量调节阀83、流量调节阀84、流量调节阀85、流量调节阀86，各流量调节阀控制流向内轴表面散热器21或者外轴表面散热器22的冷却介质的流量。
如图5所示，本实施例的水泵81通向内轴表面散热器21和外轴表面散热器22的主路上设置有旁路调节阀82。可以通过旁路调节阀82调节冷却介质的流量，适当调节主轴承内外表面的温度。
如图5所示，本实施例1的水泵81还与舱外散热器87连通。实施中，水泵81安装在机舱内平台上，旁路调节阀82固定在水泵81组中，其他流量调节阀通过硬管连接在水泵81组出口，舱外散热器87安装在舱外顶上或机舱内。
如图5所示，当环境温度低时，可以通过调节水泵81的变频电机频率，改变电机及水泵的转速，从而改变流量来控制主轴承的内外表面温度。也可以通过旁路调节阀82调节冷却介质的流量，适当调节主轴承内外表面的温度。当其中任意一侧的主轴承内外表面温差超过允许的范围内，则通过调节对应的一侧的主轴承内轴表面散热器21和主轴承外轴表面散热器22、内轴表面风扇41和外轴表面风扇42的电机频率，通过提高风扇转速，增加通风量，提高冷却能力。
也可以流量调节阀83、流量调节阀84、流量调节阀85、流量调节阀86(减小或增大流量)，来控制主轴承内外表面的温差。使其达到可运行温差范围之内。
最后，冷却介质被输送到舱外散热器87，被散热芯体的空气侧冷空气冷却后，再回到水泵81的吸入口。当环境温度高时，可以调节主轴承内外轴表面散热器的风扇电机最大允许频率，增大风量。当温度较低时，可以调低风扇电机频率，降低风量。
本实施例还包括一种直驱发电机，其中，其包括直驱发电机主轴承机构的冷却系统。其中，主轴承内轴11的一端与机舱偏航机构相连接，是静止的，如图8所示，主轴承外轴12与发电机转子7相连接，是可旋转的。
本发明可以同时对直驱发电机的主轴承内外轴表面同时进行冷却；对原主轴承内轴表面进行多重冷却，先在轴承内轴表面置入散热片，散热片可以快速传递并散发主轴承内轴表面的热量；其次，散热器将散热片周围的空气冷却，同时利用风扇将散热片上的热量加速散发到空气当中，风量的大小可以变频调节；在环境温度很低的情况下，可以降低水泵的电机频率，改变水泵的转速，调小冷却介质流量，从而满足低环境温度下的主轴承冷却要求；当主轴承内外轴表面温差超过允许温差时，可以通过调节内外轴表面的散热器风扇电机转速，改变通风量的大小，从而控制主轴承内外轴表面的温差；环境温度高时，可以通过控制主路的旁路调节阀，调节冷却介质的大小实现主轴承温度控制，主轴承内外轴表面温差过高时，可以通过调节主轴承内外轴表面的分管路上的流量调节阀来调节温度。
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 (22)

1.一种直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述直驱发电机主轴承机构的冷却系统包括：
外轴表面散热器，所述外轴表面散热器设置于主轴承外轴一侧，其中，所述外轴表面散热器连通有冷却介质，且所述外轴表面散热器的冷却介质的流量被设置为可调节；
内轴表面散热器以及内轴表面散热片，所述内轴表面散热器以及所述内轴表面散热片设置于主轴承内轴一侧，其中，所述内轴表面散热器连通有冷却介质，且所述内轴表面散热器的冷却介质的流量被设置为可调节。
2.如权利要求1所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述直驱发电机主轴承机构的冷却系统还包括外轴表面散热片，所述外轴表面散热片设置于主轴承外轴。
3.如权利要求1所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述主轴承内轴还设置有内轴表面风扇，所述内轴表面风扇朝向所述内轴表面散热片设置。
4.如权利要求3所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述内轴表面风扇通过变频电机驱动。
5.如权利要求3所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述内轴表面风扇连接于所述内轴表面散热器上。
6.如权利要求2所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述主轴承外轴还设置有外轴表面风扇，所述外轴表面风扇朝向所述外轴表面散热片设置。
7.如权利要求6所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述外轴表面风扇通过变频电机驱动。
8.如权利要求6所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述外轴表面风扇连接于所述外轴表面散热器上。
9.如权利要求1所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述主轴承外轴和所述主轴承内轴之间设置有轴承。
10.如权利要求1所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述内轴表面散热器通过内轴表面支架设置于所述内轴表面散热片的上方。
11.如权利要求10所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述内轴表面支架沿着轴向跨设于所述内轴表面散热片的两侧。
12.如权利要求2所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述外轴表面散热器通过外轴表面支架设置于所述外轴表面散热片的上方。
13.如权利要求12所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述外轴表面支架直接或者连接固定于所述主轴承内轴。
14.如权利要求13所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述主轴承内轴连接有内轴表面支撑板，所述外轴表面支架连接于所述内轴表面支撑板上。
15.如权利要求1所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述内轴表面散热片环状延伸，且所述内轴表面散热片包括沿着径向延伸的竖直散热片以及沿着轴向延伸的横置散热片。
16.如权利要求15所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述竖直散热片上开设有若干小孔以便于横向风的流通。
17.如权利要求1所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述内轴表面散热片分为两段或两段以上，各段所述内轴表面散热片均布在所述主轴承内轴。
18.如权利要求1所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述内轴表面散热器和所述外轴表面散热器的冷却介质通过水泵进行驱动。
19.如权利要求18所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述水泵通向所述内轴表面散热器以及所述外轴表面散热器的分管路上分别设置有流量调节阀，所述流量调节阀控制流向所述内轴表面散热器或者所述外轴表面散热器的冷却介质的流量。
20.如权利要求18所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述水泵通向所述内轴表面散热器和所述外轴表面散热器的主路上设置有旁路调节阀。
21.如权利要求18所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统，其特征在于，所述水泵与舱外散热器连通。
22.一种直驱发电机，其特征在于，其包括如权利要求1-21任意一项所述的直驱发电机主轴承机构的冷却系统。
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