CN117212085A - 一种风力发电机用轴承结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机用轴承结构，风力发电机组包括塔筒、机舱和发电机，机舱内设置有机舱冷却液循环系统，定位舱，定位舱外壳固定于所述的发电机架体内壁，轴承主体及散热机构安装于定位舱内，散热机构，散热机构包括液冷散热组件和空气循环散热组件，液冷散热组件设置于轴承外圈，空气循环散热组件设置在机舱的内部，离合机构，离合机构固定在所述的定位舱一侧，传动机构，传动机构将主轴动力传输至所述的空气循环散热组件。轴承冷却系统的冷却液由机舱内冷却系统对接，减少设备占用；设置冷却沟槽，通过连接主轴的负压涡轮抽动冷却液或机舱外冷却空气，进入轴承内圈进行散热；多个冷却系统根据情况运行，节约了设备的运营成本。

Description

一种风力发电机用轴承结构

技术领域

本发明涉及风力发电机配件领域，具体是一种风力发电机用轴承结构。

背景技术

风力发电机是通过将风能转换为机械运动，机械运动带动发电机运转，最终输出电流的电力设备。风力发电机一般包括叶轮、发电机、调向器、塔架、控制器、限速安全机构和储能装置等机构。叶轮在风力的作用下旋转，将风流动时所携带的动能转变为叶轮轴的旋转机械能，发电机的主轴在叶轮轴的转动带动下旋转切割磁感线，产生电能。

用于风力发电机组主轴的轴承承包括轴承内圈和轴承外圈，常用的有滚动轴承或滑动轴承形式。在发电运行期间，由于摩擦会产生热量，由此导致的温度升高会影响轴承的热膨胀率，进而影响轴承的间隙。而在直驱风力发电机组中，发电机的空气间隙主要取决于轴承的间隙，即轴承的间隙会影响发电效率。另外，轴承的间隙对生命周期有重大影响，因此其间隙应控制在一定的范围内。通过控制轴承内圈的温度，以控制其间隙在一定的范围，可以提高其可靠性和寿命。

在风力发电机组运行期间，如果轴承产生的热量不能及时有效地散发出去，那么轴承内部的温度将会逐步升高。一方面，过高的温度将导致润滑油粘度下降，以滚动轴承为例，滚动体与内外圈滚道间的油膜厚度减小，最终可能会使轴承的内部的零件表面回火、灼伤，甚至发生点蚀和表面剥落现象；另一方面，风力发电机组的轴承的径向尺寸很大，内圈、外圈和保持架会因热变形而引发较大的几何位移，进而产生较大的内应力。现有的轴承冷却系统通常使用空气作为冷却介质，冷却效率较低，占用空间较大。

在轮毂、机舱内有很多会产生热量的电子部件和机械部件，例如，变桨系统、偏航电机、机舱柜、变频柜等。如果热量不能及时散出，液压油温度的过高会使液压油的粘度降低，导致液压泵的泄荷量增大，降低出力。过高的温度也会影响导管及密封件的寿命。现有技术通过将冷却液或气流流经轴承定子降低温度，不能根据转速不同进行调节冷却形式，冷却系统不间断运行成本高，风冷受机舱内环境影响，机舱内高温时风冷效果明显变差。需要一种根据发电机组不同的运行情况进行调节，选择适合当下运行状态冷却手段的轴承结构。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种风力发电机用轴承结构，风力发电机组包括塔筒、机舱和发电机，所述的机舱内设置有机舱冷却液循环系统，还包括定位舱，所述的定位舱外壳固定于所述的发电机架体内壁，所述的轴承主体及散热机构安装于定位舱内，散热机构，所述的散热机构包括液冷散热组件和空气循环散热组件，所述的液冷散热组件设置于所述的轴承外圈，所述的空气循环散热组件设置在机舱的内部，离合机构，所述的离合机构固定在所述的定位舱一侧，传动机构，所述的传动机构将主轴动力传输至所述的空气循环散热组件。

优选的，所述的液冷散热组件包括冷却环和所述的冷却管，所述的冷却环一侧端面贴合固定于所述的轴承外圈外侧壁，所述的冷却环另一侧端面设置有冷却凹槽。

优选的，所述的冷却管的长度为所述的轴承外圈的内周长的至少一部分，所述的冷却管呈涡状线形由内而外螺旋渐开设置，所述的冷却管固定于所述的冷却凹槽内，所述的冷却管连接内圈一端的管口为输入口，连接外圈一端的管口为输出口，所述的输入口与所述的输出口分别与所述的机舱冷却液循环系统连通。

优选的，若干所述的冷却管和设置在若干所述的冷却管两端的集管，并行汇入同一个所述的输入口和所述的输出口，所述的冷却凹槽设置在所述的冷却环贴合所述的轴承外圈一侧，所述的冷却环固定到所述的冷却环与所述的轴承外圈侧壁之间，使用螺栓将所述的冷却环固定于所述的轴承外圈。

优选的，所述的空气循环散热组件包括轴承内圈、导流槽、侧盖板、穿越口、流通孔和负压组件，所述的轴承内圈两侧的内侧壁均设置有弯曲的所述的导流槽，所述的导流槽环绕半圈设置，所述的导流槽底部设置有穿越口，所述的轴承内圈两侧设置有侧盖板，所述的侧盖板固定设置于所述的轴承内圈两侧壁，所述的流通孔设置于所述的侧盖板顶部。

优选的，靠近所述的冷却环一侧的所述的侧盖板上的所述的流通孔为导入孔，用以将冷却空气引入所述的导流槽内冷却所述的轴承内圈，远离所述的冷却环一侧的所述的侧盖板上的所述的流通孔为导出孔，用以将热空气导入至定位舱及定位舱外。

优选的，所述的负压组件包括扇轮、扇轴和动力齿轮，所述的扇轮设置于所述的定位舱内，靠近所述的输出口一端，所述的扇轴转动设置于所述的定位舱端面。

优选的，发电机所述的主轴套接设置于所述的轴承内圈，所述的主轴上套接设置有驱动齿轮，所述的离合机构包括离合控制器、离合轴和传动齿轮组，所述的离合控制器固定设置在所述的发电机舱内控制所述的离合轴滑动至设定位置，所述的离合轴上套接有所述的传动齿轮组，所述的传动齿轮组包括输入齿轮与输出齿轮，所述的输入齿轮与所述的驱动齿轮啮合，所述的输出齿轮与所述的动力齿轮啮合。

优选的，所述的轴承外圈及所述的轴承内圈上设置有若干温度传感器，对温度的实时监测。

优选的，从机舱冷却液循环器流出的冷却介质一路通过所述的冷却管流入所述的液冷散热组件的入口，另一路通过传输管路对所述的机舱内的产生热量的部件进行液冷，两路冷却介质在完成冷却之后流入所述的机舱冷却液循环器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：轴承冷却系统的冷却液由机舱内冷却系统对接，减少设备占用；对内轴承风冷实现充分发挥冷却液的冷却效果，实现了对轴承外圈的冷却同时还实现了对轴承内圈的冷却；轴承内圈设置有冷却沟槽，根据不同情况通过连接主轴的负压涡轮抽动冷却液或机舱外冷却空气，进入轴承内圈进行散热；通过设置离合装置对轴承内圈风冷机构的投入进行控制，降低损耗，实现多个冷却系统根据情况单一运行或综合运行，节约了设备的运营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行描述的技术方案仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是本发明一种风力发电机用轴承结构的整体结构示意图。

图2是本发明一种风力发电机用轴承结构的内部散热结构示意图。

图3是本发明一种风力发电机用轴承结构风冷散热机构相对位置示意图。

图4是本发明一种风力发电机用轴承结构液冷机构位置示意图。

图5是本发明一种风力发电机用轴承结构的轴承安装状态截面示意图。

图6是本发明一种风力发电机用轴承结构的内轴承正面结构示意图。

图7是本发明一种风力发电机用轴承结构的内轴承背面结构示意图。

图8是本发明一种风力发电机用轴承结构的内轴承结构截面示意图。

图9是本发明一种风力发电机用轴承结构的内轴承结构导流槽示意图。

图中：1-定位舱、2-主轴、3-轴承内圈、31-导流槽、32-穿越口、33-侧盖板、34-导入孔、35-导出孔、36-散热翅片、4-轴承外圈、41-冷却环、42-冷却管、43-输入口、44-输出口、45-卡箍、5-离合控制器、6-扇轮、61-扇轴、62-动力齿轮、7-离合轴、71-输入齿轮、72-输出齿轮、73-驱动齿轮。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。

本发明的实施例的实施基础，基于风力发电机组，所述的风力发电机组包括塔筒、机舱、安装有风力叶片的轮毂、发电机和轴承。其中，所述的机舱位于所述的塔筒顶部，所述的轮毂位于所述的机舱前端，所述的发电机设置在所述的机舱内部，所述的轮毂通过和所述的发电机的主轴2传动连接。所述的轴承包括轴承外圈4和轴承内圈3，所述的轮毂通过所述的轴承转动。对于内转子型风力发电机组，所述的轴承外圈4连接到发电机的定子，所述的轴承内圈3连接到发电机的转子。所述的机舱内设置有常规的机舱冷却液循环系统。

基于如图1至图9，本发明的风力发电机用轴承结构包括：定位舱1，所述的定位舱1固定设置于发电机内，所述的定位舱1外壳固定于所述的发电机架体内壁。所述的轴承主体及散热机构安装于定位舱1内；散热机构，包括液冷散热组件，所述的液冷散热组件设置于所述的轴承外圈4；所述的散热机构还包括空气循环散热组件，所述的空气循环散热组件设置在机舱的内部；离合机构，所述的离合机构固定在所述的定位舱1一侧；传动机构，所述的传动机构将所述的主轴2动力传输至所述的空气循环散热组件。

所述的液冷散热组件的通过冷却介质传输管路与外部散热器连通，液冷散热组件的出口通过冷却介质传输管路与外部散热器的入口相连，形成冷却介质的循环回路。所述的冷却介质传输管路包括冷却管42。

需要说明的是，本发明所称的“液冷”是指利用液态冷却介质进行冷却。

对所述的电机舱内的产生热量的部件进行液冷的机舱内液冷系统为现有技术。本发明利用了所述的电机舱内液冷系统的冷却介质。即从机舱内液冷系统的外部散热器流出的冷却介质用于除对机舱内的产生热量的部件进行液冷以外，并行用于对所述的轴承进行液冷，同时对轴承内圈3进行非接触式循环散热。液冷散热组件的设置位置不限于所述的轴承外圈4的外表面，只要贴附在轴承的外圈上即可吸收热量。

在本实施例中，所述的液冷散热组件包括冷却环41和所述的冷却管42，所述的冷却环41的外表面为光滑平面，所述的冷却环41为圆环状，所述的冷却环41一侧端面贴合固定于所述的轴承外圈4外侧壁，所述的冷却环41另一侧端面设置有冷却凹槽，用以放置固定所述的冷却管42。所述的冷却管42的长度为所述的轴承外圈4的内周长的至少一部分，所述的冷却管42呈涡状线形由内而外螺旋渐开设置，所述的冷却管42外壁通过卡箍45固定于所述的冷却凹槽内。所述的冷却管42连接内圈一端的管口为输入口43，连接外圈一端的管口为输出口44，所述的输入口43与所述的输出口44分别与所述的机舱冷却液循环系统连接。

另外，冷却环41可包括彼此分开的多个冷却管42和设置在多个所述的冷却管42两端的集管，以通过在冷却环41中流动的冷却介质将的热量移出，即所述的冷却管42数量可以为多路并行汇入同一个所述的输入口43和所述的输出口44，但不限于此。所述的冷却凹槽还可以设置在所述的冷却环41贴合所述的轴承外圈4一侧，所述的冷却环41可以固定到所述的冷却环41与所述的轴承外圈4侧壁之间，使用螺栓将所述的冷却环41固定于所述的轴承外圈4，但不限于此。

所述的空气循环散热组件包括轴承内圈3、导流槽31、侧盖板33、穿越口32、流通孔和负压组件。所述的轴承内圈3两侧的内侧壁均设置有弯曲的所述的导流槽31，所述的导流槽31环绕半圈设置，所述的导流槽31底部设置有穿越口32用以流通空气。所述的轴承内圈3两侧设置有侧盖板33，所述的侧盖板33固定设置于所述的轴承内圈3两侧壁。

所述的侧盖板33顶部设置有所述的流通孔。其中，靠近所述的冷却环41一侧的所述的侧盖板33上的所述的流通孔为导入孔34，用以将冷却空气引入所述的导流槽31内冷却所述的轴承内圈3。远离所述的冷却环41一侧的所述的侧盖板33上的所述的流通孔为导出孔35，用以将热空气导入至定位舱1及定位舱1外。

所述的负压组件包括扇轮6、扇轴61和动力齿轮62，所述的扇轮6设置于所述的定位舱1内，靠近所述的输出口44一端。所述的扇轴61转动设置于所述的定位舱1端面。

优选的，所述的侧盖板33上外表面上还可以设置有成型设置有对称的散热翅片36结构。可以实现传导散热，使冷却介质充分发挥其冷却作用。

所述的轴承外圈4及所述的轴承内圈3上设置有若干个温度传感器，以实现对所述的轴承内圈3的温度的实时监测，以控制冷却液的流量，进而控制冷却量，以达到温度控制的目的。所述的温度传感器可按照90度的间隔均匀分布在所述的轴承外圈4侧壁上。

风力发电机组的不同运行状态，可以将上述所述的温度传感器替换为检测所述的主轴2的转速传感器，通过监测所述的主轴2转速切换散热模式。

发电机所述的主轴2套接设置于所述的轴承内圈3。所述的主轴2上套接设置有驱动齿轮73。

所述的离合机构包括离合控制器5、离合轴7和传动齿轮组，所述的离合控制器5固定设置在所述的发电机舱内控制所述的离合轴7滑动至设定位置，所述的离合轴7上套接有所述的传动齿轮组，所述的传动齿轮组包括输入齿轮71与输出齿轮72，所述的输入齿轮71与所述的驱动齿轮73啮合，所述的输出齿轮72与所述的动力齿轮62啮合。

根据前述本发明实施例的轴承结构在运行状态时：状态1，当转速较低时，所述的轴承内圈3为相对高温区，通过所述的温度传感器获取的数值达到一定程度时，所述的离合控制器5控制所述的离合轴7移动将所述的输出齿轮72与所述的动力齿轮62啮合，使得所述的扇轮6转动形成一侧负压状态加速机舱内空气经由所述的导流槽31内冷却所述的轴承内圈3并从所述的导出孔35流出，实现局部降温。

状态2，当提高转速时，轴承外圈4温度同样提高，通过控制的阀门连通来自机舱冷却液循环系统的冷却介质，一部分进入机舱内液冷系统，一部分进入设置在所述的冷却管42内。冷却介质通过在所述的冷却管42内中流动，带走轴承产生的热量后冷却水流出所述的冷却管42，与机舱内液冷系统中冷却水一起流回外部散热器，进行冷却降温。轴承内圈3通过热传导方式与所述的轴承外圈4通过液体冷却散热。此时，所述的轴承内圈3温度下降，所述的离合控制器5分离所述的离合轴7位置，所述的动力齿轮62脱离啮合状态，所述的扇轴61失去动力所述的扇轮6停止转动降低使用时间，提高使用寿命，减少所述的主轴2负载。

状态3，当发电机主轴2转速设定温度进一步超过设定值，所述的离合控制器5再次激活控制所述的离合轴7移动将所述的输出齿轮72与所述的动力齿轮62重新实现啮合，使得所述的扇轮6转动形成一侧负压状态加速机舱内空气经由所述的导流槽31内冷却所述的轴承内圈3并从所述的导出孔35流出，将所述的冷却管42附近的低温气体吸入所述的导流槽31，实现对所述的轴承内圈3直接的对流与热传导的复合降温，提供充足降温效果。

根据本发明的实施例的轴承机构，可根据风力发电机组的不同运行状态，实现了对所述的轴承内圈3和所述的轴承外圈4的混合冷却。将机舱冷却与轴承内外圈的冷却机构进行合并，并在需要时启动合适的冷却方式，有利于延长设备到使用寿命，降低使用成本和节约安装装备的空间。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。本发明的范围由所附权利要求进行限定，而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种风力发电机用轴承结构，风力发电机组包括塔筒、机舱和发电机，所述的机舱内设置有机舱冷却液循环系统，其特征在于：还包括定位舱（1），所述的定位舱（1）外壳固定于所述的发电机架体内壁，所述的轴承主体及散热机构安装于定位舱（1）内，散热机构，所述的散热机构包括液冷散热组件和空气循环散热组件，所述的液冷散热组件设置于所述的轴承外圈（4），所述的空气循环散热组件设置在机舱的内部，离合机构，所述的离合机构固定在所述的定位舱（1）一侧，传动机构，所述的传动机构将主轴（2）动力传输至所述的空气循环散热组件。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：所述的液冷散热组件包括冷却环（41）和所述的冷却管（42），所述的冷却环（41）一侧端面贴合固定于所述的轴承外圈（4）外侧壁，所述的冷却环（41）另一侧端面设置有冷却凹槽。

3.根据权利要求2所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：所述的冷却管（42）的长度为所述的轴承外圈（4）的内周长的至少一部分，所述的冷却管（42）呈涡状线形由内而外螺旋渐开设置，所述的冷却管（42）固定于所述的冷却凹槽内，所述的冷却管（42）连接内圈一端的管口为输入口（43），连接外圈一端的管口为输出口（44），所述的输入口（43）与所述的输出口（44）分别与所述的机舱冷却液循环系统连通。

4.根据权利要求3所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：若干所述的冷却管（42）和设置在若干所述的冷却管（42）两端的集管，并行汇入同一个所述的输入口（43）和所述的输出口（44），所述的冷却凹槽设置在所述的冷却环（41）贴合所述的轴承外圈（4）一侧，所述的冷却环（41）固定到所述的冷却环（41）与所述的轴承外圈（4）侧壁之间，使用螺栓将所述的冷却环（41）固定于所述的轴承外圈（4）。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：所述的空气循环散热组件包括轴承内圈（3）、导流槽（31）、侧盖板（33）、穿越口（32）、流通孔和负压组件，所述的轴承内圈（3）两侧的内侧壁均设置有弯曲的所述的导流槽（31），所述的导流槽（31）环绕半圈设置，所述的导流槽（31）底部设置有穿越口（32），所述的轴承内圈（3）两侧设置有侧盖板（33），所述的侧盖板（33）固定设置于所述的轴承内圈（3）两侧壁，所述的流通孔设置于所述的侧盖板（33）顶部。

6.根据权利要求5所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：靠近所述的冷却环（41）一侧的所述的侧盖板（33）上的所述的流通孔为导入孔（34），用以将冷却空气引入所述的导流槽（31）内冷却所述的轴承内圈（3），远离所述的冷却环（41）一侧的所述的侧盖板（33）上的所述的流通孔为导出孔（35），用以将热空气导入至定位舱（1）及定位舱（1）外。

7.根据权利要求6所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：所述的负压组件包括扇轮（6）、扇轴（61）和动力齿轮（62），所述的扇轮（6）设置于所述的定位舱（1）内，靠近所述的输出口（44）一端，所述的扇轴（61）转动设置于所述的定位舱（1）端面。

8.根据权利要求7所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：发电机所述的主轴（2）套接设置于所述的轴承内圈（3），所述的主轴（2）上套接设置有驱动齿轮（73），所述的离合机构包括离合控制器（5）、离合轴（7）和传动齿轮组，所述的离合控制器（5）固定设置在所述的发电机舱内控制所述的离合轴（7）滑动至设定位置，所述的离合轴（7）上套接有所述的传动齿轮组，所述的传动齿轮组包括输入齿轮（71）与输出齿轮（72），所述的输入齿轮（71）与所述的驱动齿轮（73）啮合，所述的输出齿轮（72）与所述的动力齿轮（62）啮合。

9.根据权利要求8所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：所述的轴承外圈（4）及所述的轴承内圈（3）上设置有若干温度传感器，对温度的实时监测。

10.根据权利要求2所述的一种风力发电机用轴承结构，其特征在于：从机舱冷却液循环器流出的冷却介质一路通过所述的冷却管（42）流入所述的液冷散热组件的入口，另一路通过传输管路对所述的机舱内的产生热量的部件进行液冷，两路冷却介质在完成冷却之后流入所述的机舱冷却液循环器。