CN210118231U - 用于风力发电机组的轴系的散热系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于风力发电机组的轴系的散热系统及风力发电机组，所述风力发电机组的轴系包括动轴、定轴以及位于所述动轴与所述定轴之间的主轴承，所述散热系统包括：一个或多个散热组件，每个散热组件包括半导体制冷元件和散热元件，所述半导体制冷元件包括冷端和热端，所述冷端贴附于所述动轴和/或所述定轴上，所述散热元件设置在所述热端。通过本实用新型的用于风力发电机组的轴系的散热系统，能够提高散热效率，确保主轴承温度在合理范围内，提高机组的可靠性。

Description

用于风力发电机组的轴系的散热系统及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，更具体地，涉及一种用于风力发电机组的轴系的散热系统以及包含该散热系统的风力发电机组。

背景技术

风力发电机组的发电机系统中的轴系主轴承是风力发电机组的核心部件，尤其是主轴承，其寿命关系到整台风力发电机的寿命。随着风力发电机组的大型化，主轴承的载荷不断增大，如果主轴承产生的热量不能及时散发，那么就可能出现温度过高的问题，从而影响主轴承的寿命及风力发电机组可靠性。

实用新型内容

针对现有风力发电机组的轴系散热存在的问题，本实用新型提出了一种用于风力发电机组的轴系的散热系统。所述风力发电机组的轴系包括动轴、定轴以及位于所述动轴与所述定轴之间的主轴承，所述散热系统包括一个或多个散热组件，每个散热组件包括半导体制冷元件和散热元件，所述半导体制冷元件包括冷端和热端，所述冷端贴附于所述动轴和/或所述定轴上，所述散热元件设置在所述热端上。

可选地，所述散热元件可包括设置在所述热端上的底座以及设置在所述底座上的多个散热翅片。

可选地，所述底座可以为金属板，所述散热翅片可以为波纹翅片或开窗翅片。

可选地，所述散热元件可以为风冷散热器或水冷散热器。

可选地，每个散热组件可包括多个半导体制冷元件以及设置在所述多个半导体制冷元件上的至少一个散热元件。

可选地，所述散热系统还可包括控制器、温度监测系统和电源控制系统，所述温度监测系统监测所述主轴承的温度，所述控制器基于所述主轴承的温度来控制电源控制系统以选择性地对各个半导体制冷元件的供电。

本实用新型还提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的用于风力发电机组的轴系的散热系统。

可选地，多个所述散热组件可在所述动轴和/或所述定轴的与接触所述主轴承的一侧相对的一侧上在周向上均匀地分布。

可选地，多个所述散热组件可设置在所述动轴的内周表面上，所述半导体制冷元件的冷端可贴附于所述动轴上。

可选地，当所述主轴承的温度大于第一预定值时，所述风力发电机组可以给所述半导体制冷元件供电，当所述主轴承的温度小于第二预定值时，停止为所述半导体制冷元件供电，所述第一预定值大于所述第二预定值。

通过本实用新型的用于风力发电机组的轴系的散热系统，能够提高散热效率，确保主轴承温度在合理范围内，提高机组的可靠性。

此外，能够避免热量在半导体制冷元件内部积聚，进一步避免了半导体制冷元件的失效。

另外，通过在由主轴承支承的动轴或定轴的圆周上安装多个散热组件，并通过对各个散热组件进行单独控制，对各个散热组件中的半导体制冷元件选择性地供电，可以使动轴或定轴的各个周向位置的温度保持均匀，同时还可以在无需冷却时对半导体制冷元件进行断电而节约能源。

附图说明

图1是风力发电机组的示意图；

图2是示出根据本实用新型的用于风力发电机的轴系的散热系统的示意性透视图；

图3是图2的散热系统的正视图；

图4是图3中的部分A的局部放大视图；

图5是图4中的部分B的局部放大视图。

附图标记说明：

1-轮毂；2-叶片；3-发电机系统；4-机舱；5-塔架；6-主轴承；8-动轴；9-电源控制系统；10-散热组件；11-半导体制冷元件；12-热端；13-冷端；14- 底座；15-散热元件。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型的技术构思，下面将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。

如图1所示，风力发电机组主要包括轮毂1、叶片2、发电机系统3、机舱4和塔架5。发电机系统3包括定轴、动轴8和支承在动轴8与定轴之间的主轴承6。

本实用新型提供一种用于风力发电机组的轴系的散热系统。对于风力发电机组而言，动轴和定轴之间通过主轴承6实现可旋转地安装。例如，定轴通过主轴承6套设的动轴的外周，或者动轴通过主轴承6套设在定轴的外周。在本实用新型的实施例中，以定轴套设在动轴8的外周为例来描述根据本实用新型的散热系统，其中，主轴承6的轴承外圈固定安装到定轴的内壁上，主轴承6的轴承内圈套设在动轴8的外周表面上。

如图2和图3所示，根据本实用新型的散热系统包括一个或多个散热组件10，散热组件10设置在动轴8上，以经由热传导对主轴承6进行散热。动轴8为空心结构，具有轴腔，多个散热组件10可设置在动轴8的轴腔中。虽然在此以将散热组件10设置在动轴8上为例进行说明，但本实用新型不限于此，散热组件10也可以设置在定轴上，例如，设置在定轴的外周表面或内周表面上。

如图4和图5的放大视图所示，每个散热组件10包括半导体制冷元件 11和设置在半导体制冷元件11上的散热元件15。半导体制冷元件是由许多 N型半导体和P型半导体颗粒互相排列而成的，而N和P之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最后通过两片陶瓷片将N型半导体和P型半导体夹在中间，陶瓷片必须绝缘且导热良好。

如图5更详细示出的，半导体制冷元件11包括冷端13和热端12，冷端 13贴附到动轴8和/或定轴上，通过对半导体制冷元件11进行供电而使其工作。在发电机运转时，主轴承6产生的热量通过热传导的方式传递到支撑在其上的动轴8和/或定轴上，进而传递给半导体制冷元件11的冷端13，冷端 13吸收热量，并通过热端12进行放热。

当单个半导体制冷元件11功率过大时，热端12会产生大量的热，若这些热量不能及时散发，会导致半导体制冷元件11烧毁，从而导致整个轴系散热系统失效。

因此，根据本实用新型的实施例，在使半导体制冷元件11的冷端13贴附在动轴8上的基础上，在半导体制冷元件11的热端12加装散热元件15，半导体制冷元件11的热端12的热量能够通过热传导的方式传递给散热元件 15，并通过散热元件15将热量散发出去，从而达到给主轴承6高效散热的目的，确保主轴承6的温度在合理范围内，提高机组的可靠性，同时能够避免热量在半导体制冷元件11内部积聚，进一步避免半导体制冷元件11的失效。

如图4和图5所示，散热元件15可以包括设置在半导体制冷元件11的热端12上的底座14以及设置在底座14上的多个散热器(如图所示，为散热翅片)。底座14可以是导电良好的金属板。

如图所示，多个散热翅片的换热表面积显著大于半导体制冷元件11的热端12的换热表面积，这在工作过程中，可以显著地提高散热效率。

另外，为了进一步增大散热能力，该散热翅片可以是波纹翅片或开窗翅片，以进一步增大换热表面积或者增强散热翅片处的气流流动。

此外，散热翅片及底座还可以由其它散热装置替代，例如散热元件15还可以是平板热管换热器、风冷散热器、水冷散热器(例如，水冷板)或微通道散热器等。虽然附图中示出了每个散热元件15仅设置在单个半导体制冷元件上，但每个散热组件10还包括多个半导体制冷元件11，共用的散热元件 15可以设置在多个半导体制冷元件11上。

散热系统还可以包括控制器、温度监测系统和电源控制系统，温度监测系统(未示出)可以设置在主轴承6的非旋转的轴承外圈上，以监测主轴承 6的温度。电源控制系统9可以静置在机舱4内，并通过滑环与贴附在旋转的动轴8上的散热组件10进行电连接。控制器可以基于温度监测系统所检测到的主轴承6的温度而控制电源控制系统9对散热组件10中的半导体制冷元件11进行选择性的供电。例如，当温度监测系统检测到主轴承6的温度高于第一预定值T1时，则控制器响应于该温度而控制启动电源控制系统9，以给半导体制冷元件11供电。当检测到主轴承6的温度低于比第一预定值T1小的第二预定值T2时，则关闭电源控制系统9，停止为半导体制冷元件11供电。

进一步地，多个散热组件10可以在动轴8和/或定轴的与接触主轴承6 的一侧相对的一侧上在周向上均匀地分布。如图2和图3所示，多个散热组件10可以沿着周向均匀地分布在动轴8的内周表面上。在主轴承6工作时，温度监测系统可以监测主轴承6的各个圆周位置处的温度(可以对应于各个散热组件10处的温度)，所述控制器基于这些温度来控制电源控制系统以选择性地对各个半导体制冷元件11供电，使得主轴承6的圆周上的各个位置(各个散热组件10)处的温度均匀，避免因温度不均而在主轴承6上产生局部应力。

通过利用如上所述的散热系统，主轴承运转时产生的热量通过热传导的方式传递给半导体制冷元件的冷端，冷端吸收热量后，通过热端进行放热，热量由半导体制冷元件的热端通过热传导的方式传递到散热元件(例如，散热翅片及底座)上，而后再进一步传递到空气中，从而达到给主轴承高效散热的目的。

散热元件(例如，散热翅片及底座)能够将半导体制冷元件热端的热量及时传递到空气中或者通过其他冷却方式带走，避免了热量在半导体制冷元件内部积聚，进一步避免了半导体制冷元件的失效。

此外，如上所述的散热系统可以应用到任何风力发电机组中，例如可以加装到已经建成的风力发电机组上，能够使已建成风力发电机组避免由于主轴承温度过高可能产生的风险。

同时，该散热系统安装在风力发电机组内部，便于人员安装维护。同时，该散热系统安装在动轴的内壁上，不仅可以充分利用机舱内的空间，还可以通过利用动轴的旋转而使散热系统置于流动的空气中，以更高效地散去积聚的散热系统上的热。

另外，由于应用了电驱动的半导体制冷元件，可以在主轴承无需加热时，使半导体制冷元件不工作，从而节约能源。进一步地，可以通过控制主轴承的各个圆周位置的温度，而使主轴承的温度均匀分布，避免产生额外的热应力。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本实用新型的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于风力发电机组的轴系的散热系统，所述风力发电机组的轴系包括动轴(8)、定轴以及位于所述动轴(8)与所述定轴之间的主轴承(6)，其特征在于，所述散热系统包括：

一个或多个散热组件(10)，每个散热组件(10)包括半导体制冷元件(11)和散热元件(15)，所述半导体制冷元件(11)包括冷端(13)和热端(12)，所述冷端(13)贴附于所述动轴(8)和/或所述定轴上，所述散热元件(15)设置在所述热端(12)上。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的轴系的散热系统，其特征在于，所述散热元件(15)包括设置在所述热端(12)上的底座(14)以及设置在所述底座(14)上的多个散热翅片。

3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的轴系的散热系统，其特征在于，所述底座(14)为金属板，所述散热翅片为波纹翅片或开窗翅片。

4.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的轴系的散热系统，其特征在于，所述散热元件(15)为风冷散热器或水冷散热器。

5.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的轴系的散热系统，其特征在于，每个散热组件(10)包括多个半导体制冷元件(11)以及设置在所述多个半导体制冷元件(11)上的至少一个散热元件(15)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于风力发电机组的轴系的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括控制器、温度监测系统和电源控制系统，所述温度监测系统监测所述主轴承(6)的温度，所述控制器基于所述主轴承(6)的温度来控制电源控制系统以选择性地对各个半导体制冷元件(11)的供电。

7.一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如权利要求1-6中任一项所述的用于风力发电机组的轴系的散热系统。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，多个所述散热组件(10)在所述动轴(8)和/或所述定轴的与接触所述主轴承(6)的一侧相对的一侧上在周向上均匀地分布。

9.根据权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，多个所述散热组件(10)设置在所述动轴(8)的内周表面上，所述半导体制冷元件(11)的冷端贴附于所述动轴(8)上。

10.根据权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，当所述主轴承(6)的温度大于第一预定值时，所述风力发电机组给所述半导体制冷元件(11)供电，当所述主轴承(6)的温度小于第二预定值时，停止为所述半导体制冷元件(11)供电，所述第一预定值大于所述第二预定值。

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