CN111946565A - 风力发电机组主轴承及其冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组主轴承及其冷却系统。风力发电机组主轴承包括：第一内圈、第二内圈、外圈、径向滚子和轴向滚子；第一内圈和/或第二内圈靠主轴承外侧的端面的周向设有向主轴承轴向延伸的密闭环形槽；第一内圈和/或第二内圈的内壁上设有与环形槽相连通的进水孔和出水孔；进水孔设在主轴承工作时的承载区，出水孔设在主轴承工作时的非承载区。冷却系统包括换热设备、泵和上述风力发电机组主轴承，换热设备连接泵和主轴承，泵将冷却液从环形槽的进水孔输入和出水孔输出，换热设备将出水孔输出的冷却液进行冷却并通过泵再次输送。通过在主轴承的内圈内部设置密闭的冷却通道，通过冷却通道内注入循环冷却液，从而实现主轴承的散热。

Description

风力发电机组主轴承及其冷却系统

技术领域

本发明涉及风力发电机组技术领域，具体涉及为一种风力发电机组主轴承及其冷却系统。

背景技术

风力发电机主轴承是风力发电机组机械传动部件的核心部分，主轴承作为发电机轴承，工作环境恶劣，散热条件较差。主轴承温升过高会影响轴承的工作游隙和加速润滑脂的劣化，从而影响主轴承润滑效果、滚道与滚子的接触应力、滚道的疲劳寿命，严重时可能会导致主轴承的失效。随着风机往大功率和海上方向发展，发电机发电热量和主轴承产生的热量越来越大，直接影响整个传动链的温度场，导致主轴承运行环境也更加恶劣。

现有技术中，风力发电机的主轴承的散热主要采用水冷散热方式，即在主轴承内圈壁面上设置冷却铜环，在冷却铜环内中空设置有循环流动的冷却液，由于风力发电机主轴承较大，通常将冷却铜环制作成分段的结构，然后采用接头将各段相互连接构成完成的冷却环。

然而，现有技术的这种结构，需要铜环与主轴承内壁面紧贴合才能达到较好的冷却效果，而且冷却铜环采用分段拼接的方式，存在漏液的风险，造成后期维护困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种风力发电机组主轴承及其冷却系统，通过在主轴承的内圈内部设置密闭的冷却通道，通过冷却通道内注入循环冷却液，从而实现主轴承的散热。

本发明提供的方案为提供一种风力发电机组主轴承，包括第一内圈、第二内圈、外圈、一排径向滚子和两排轴向滚子；

所述第一内圈和/或所述第二内圈靠主轴承外侧的端面的周向开设有向所述主轴承轴向延伸的密闭环形槽；

所述第一内圈和/或所述第二内圈的内壁上设置有与所述环形槽相连通的进水孔和出水孔；

所述进水孔设置在所述主轴承工作时的承载区，所述出水孔设置在所述主轴承工作时的非承载区。

在一些可选的实施例中，所述环形槽与所述第一内圈或所述第二内圈共中心轴线设置。

在一些可选的实施例中，所述环形槽靠主轴承外侧的端面的环形开口通过堆焊工艺进行密封。

在一些可选的实施例中，所述进水孔与所述出水孔相对设置。

在一些可选的实施例中，所述主轴承上设置有多个温度传感器。

本发明还提供了一种风力发电机组主轴承的冷却系统，包括换热设备、泵和上述的风力发电机组主轴承，所述换热设备连接所述泵和所述主轴承，所述泵用于将冷却液从所述环形槽的所述进水孔输入和所述出水孔输出，所述换热设备用于将所述出水孔输出的冷却液进行冷却并通过所述泵再次输送。

本发明提供一种风力发电机组主轴承，通过在主轴承内的内圈上设置用于容纳冷却液的密闭环形槽，使得冷却液能尽可能的靠近主轴承的工作时温度较高的滚子，通过冷却液在环形槽内的循环流动带着热量，实现散热。同时将进水孔设置在主轴承工作时的承载区，将出水孔设置在主轴承工作时的非承载区，提高了冷却效率，不仅使轴承热量更均衡，冷却效果也更好。

本发明还提供了一种风力发电机组主轴承的冷却系统，通过该冷却系统对风力发电机组的主轴承进行散热，散热效果好。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的风力发电机组主轴承的进水孔部分剖视示意图；

图2为本发明一实施例提供的风力发电机组主轴承的出水孔部分剖视示意图；

图3为本发明一实施例提供的风力发电机组主轴承的俯视图；

图4为本发明另一实施例提供的风力发电机组主轴承的冷却系统示意图。

附图标记说明：

1-外圈；2-轴向滚子；3-第一内圈；4-径向滚子；5-封口；6-进水孔；7-出水孔；8-环形槽；9-第二温度传感器；10-第二内圈；11-第一温度传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

主轴承是风力发电机组机械传动部件的核心部分，在风力发电机组运行过程中主轴承会产生较大的热量，为了保证主轴承的顺利运行，需要对其进行散热，现有的散热方式主要有两种，一种是风冷散热，即通过轴流风机进行通风散热。轴流风机安装在机舱内，通过向主轴承吹风降低主轴承周围的环境温度，从而达到给主轴承散热的目的，而机舱基本属于密闭空间，很难将热量散发出去，冷却效果有限；另一种方式是水冷散热，即通过在主轴承的内圈的内壁上设置一个冷却铜环，在冷却铜环内充入冷却液，并使得冷却铜环贴紧在主轴承的内壁上，通过冷却铜环的导热以及其内冷却液的流动带走主轴承的热量。

但是，采用冷却铜环的散热方式，需要考虑铜环和主轴承内圈壁面贴合度的问题，也就是说对冷却铜环的加工精度要求较高，而且现有的冷却铜环采用分段式结构拼装而成，在拼装位置容易导致冷却液的泄漏，造成维护困难。

为了解决主轴承采用铜环散热加工制作难且精度高的问题，本发明提供一种风力发电机组主轴承，通过将冷却铜环构成的冷却结构转变为设置在主轴承内圈上的冷却通道，也就是说利用主轴承本身结构形成冷却回路，不需增加外部构成冷却通道的零部件，因此就不会存在零部件的加工精度问题或冷却液泄露问题，而且将冷却通道设置在内圈上，更加靠近高温部分，散热效果更好。具体参考以下一些实施例。

图1为本实施例提供的风力发电机组主轴承的进水孔处部分剖视图；图2为本实施例提供的风力发电机组主轴承的出水处部分剖视图；图3为本实施例提供的一种风力发电机组主轴承的俯视图。参考图1-图3，本实施例提供一种风力发电机组主轴承，包括第一内圈3、第二内圈10、外圈1、一排径向滚子4和两排轴向滚子2。

其中，第一内圈3和第二内圈10设置在外圈1内，第一内圈3、第二内圈10以及外圈1同轴设置，在第一内圈3和第二内圈10之间形成有用于容纳一排径向滚子4的环形腔，一排径向滚子4成环形布置在该环形腔内，外圈1的内腔中部设置有环形凸台，该环形凸台的内壁与一排径向滚子4相抵设置；第一内圈3和第二内圈10与外圈1的环形凸台的两侧面之间分别形成有一个容纳轴向滚子2的环形腔，两排轴向滚子2设置在两个环形腔内，两个第一内圈3和第二内圈10内侧端相抵设置，分别布置在外圈1内的两侧。通过将主轴承设置为第一内圈3和第二内圈10的形式便于安装和拆卸，可选地，第一内圈3和第二内圈10也可以设置为一体式结构。

参考图1-图2，第一内圈3靠主轴承外侧的端面的轴向开设有向主轴承轴向延伸的密闭环形槽8。

具体地，第一内圈3靠主轴承外侧的端面，也就是主轴承的一侧面上，该端面为环形面，在该环形面上设置有绕环形面周向的环形槽8，即给环形槽8为从端面开设沿环形面一周的深槽，环形槽8的方向沿着第一内圈3的轴向，也就是第二内圈10的宽度方向延伸。可选地，该环形槽8在未贯穿第一内圈3的两端。由于该环形槽8用于容纳冷却液，故该环形槽8需要进行密封处理，即对其开口进行密封以使环形槽8内形成可容纳冷却液的容纳腔。

可选地，为了进一步提高冷却效果，在第二内圈10靠主轴承外侧的端面的轴向也可开设有向主轴承轴向延伸的密闭环形槽8，环形槽8的结构与设置在第一内圈3上的环形槽8相同；可选地，可以只在第一内圈3或第二内圈10上设置上述的环形槽8，也可以在第一内圈3和第二内圈10上都设置环形槽8，具体选用哪种形式，可根据实际需要进行选择，本实施例不做具体限定。

在一种可选的实施例中，第一内圈3内壁上设置有与所述环形槽8相连通的进水孔6和出水孔7。具体地，该进水孔6和出水孔7一端与环形槽8的内腔连通，另一端与主轴承的中心通孔相连通，外部的冷却液通过该进水孔6进入至环形槽8内，并从出水孔7流出。可选地，如果第二内圈10上也设置有环形槽8的时候，其上的环形槽8也设置进水孔6和出水孔7，进一步提高主轴承的散热效果。

在一种可能的实现方式中，进水孔6设置在主轴承工作时的承载区，出水孔7设置在主轴承工作时的非承载区。承载区为主轴承工作时承受外部载荷的区域，也就是主轴承受力最大的部分，该部分区域产生的热量最高，主轴承在运行过程中，主轴承热量主要来自承载区滚子和滚道摩擦，通过将初始冷却液从设置在该区域内的进水孔6，可对该高温区域最先以最低的温度进行冷却，提高冷却效率，冷却液从承载区流进轴承，不仅使轴承热量更均衡，冷却效果也更好。同理，将出水孔7设置在主轴承工作时的非承载区，该非承载区的温度相对较低，冷却水流动到该位置时温度升高，所需要带走的热量相对较少。通过将进水孔6和出水孔7分别设置在主轴承的承载区和非承载区，可提高冷却水的冷却效率。

本实施例通过在主轴承的内圈上设置环形的冷却水道，该冷却水道靠近主轴承内温度较高的滚子部分，可快速带走主轴承内的热量，实现快速降温。为了进一步提高冷却效果，将冷却水道的进水孔6设置在主轴承上的温度较高承载区内，将冷却水道的出水孔7设置在主轴承上温度较低的非承载区内，从而可实现主轴承内的高温部分先低温冷却，低温部分后冷却，从而可快速实现散热。

可选地，环形槽8与第一内圈3或第二内圈10共中心轴线设置。也就是说，环形槽8在第一内圈3或第二内圈10内的位置是同轴设置的，可确保第一内圈3或第二内圈10本身的结构强度，另外可使得第一内圈3或第二内圈10均匀散热。可选地，在保证第一内圈3或第二内圈10的基本强度时，环形槽8尽可能的向主轴承中心靠近，以便于对产生热量较高的滚子部分进行散热。

可选地，环形槽8靠主轴承外侧的端面的环形开口通过堆焊工艺进行密封形成封口5。堆焊是在工件的表面或边缘进行熔敷一层耐磨、耐蚀、耐热等性能金属层，也就是说通过在环形槽8的环形开口内熔敷一层金属层，使得环形开口进行密封。

可选地，进水孔6与出水孔7相对设置。也就是说，与环形槽8连通的进水孔6和出水孔7成180度设置在内圈的内壁上，这种设置是基于进水孔6设置在主轴承的承载区，而出水孔7设置在主轴承的非承载区而设定的，通常情况下，主轴承的承载区和非承载区设置在主轴承相对的两个区域内，为了提高散热效率，将进水口和出水孔7相对设置。

在一种可选地的实现方式中，主轴承上设置有多个温度传感器。可选地，温度传感器包括两个一个为设置在外圈1上的第一温度传感器11，另一个设置在内圈上第二温度传感器9，通过两个温度传感器可以实时监测主轴承温度。

参考图4为本实施例提供的风力发电机组主轴承的冷却系统示意图。参考图4，本实施例提供一种风力发电机组主轴承的冷却系统包括换热设备、泵和上述的风力发电机组主轴承，换热设备连接泵和主轴承，泵用于将冷却液从所述环形槽8的进水孔6输入和所述出水孔7输出，换热设备用于将出水孔7输出的冷却液进行冷却并通过泵再次输送。

具体地，冷却系统工作时，系统通过泵的作用将温度低的冷却液从主轴承承载区进水口注入环形槽8，冷却液在环形槽8内从承载区流到非承载区的出水口，最后从出水口流入换热设备，通过换热设备作用冷却液的温度降低，又从进水口流入主轴承，就这样形成主轴承的冷却循环，为主轴承降温。主轴承在运行过程中，主轴承热量主要来自承载区滚子和滚道摩擦，冷却液从承载区流进轴承，不仅使轴承热量更均衡，冷却效果也更好。

在一种可能的实现方式中，主轴承外圈1的第一温度传感器11和内圈的第二温度传感器9分别测得温度值，可将测得的温度值作为整个冷却系统的输入，从而控制冷却系统的启停、流量大小等。示例性的，例如当外圈1温度达到第一设定值时冷却系统启动；或者当内圈温度达到第二设定值时，冷却系统启动；当外圈1温度降低到第三设定值时，冷却系统停止；或者当内圈温度降低至第四设定值时，冷却系统停止。这样就可以根据主轴承的实际温度情况，很好的控制冷却系统流量，降低能耗，提高效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种风力发电机组主轴承，包括：第一内圈、第二内圈、外圈、一排径向滚子和两排轴向滚子，其特征在于：

所述第一内圈和/或所述第二内圈靠主轴承外侧的端面的周向开设有向所述主轴承轴向延伸的密闭环形槽；

所述第一内圈和/或所述第二内圈的内壁上设置有与所述环形槽相连通的进水孔和出水孔；

所述进水孔设置在所述主轴承工作时的承载区，所述出水孔设置在所述主轴承工作时的非承载区。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴承，其特征在于，所述环形槽与所述第一内圈或所述第二内圈共中心轴线设置。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴承，其特征在于，所述环形槽靠主轴承外侧的端面的环形开口通过堆焊工艺进行密封。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组主轴承，其特征在于，所述进水孔与所述出水孔相对设置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的风力发电机组主轴承，其特征在于，所述主轴承上设置有多个温度传感器。

6.一种风力发电机组主轴承的冷却系统，其特征在于，包括换热设备、泵和权利要求1-5任一项所述的风力发电机组主轴承，所述换热设备连接所述泵和所述主轴承，所述泵用于将冷却液从所述环形槽的所述进水孔输入和所述出水孔输出，所述换热设备用于将所述出水孔输出的冷却液进行冷却并通过所述泵再次输送。

Images