[发明专利]用于风力发电机的轴系的冷却系统及风力发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种用于风力发电机的轴系的冷却系统以及包括该冷却系统的风力发电机组。

背景技术

风力发电机组大多采用永磁直驱风力发电机。如图1和图2(图1是风力发电机组的结构示意图，图2是图1的I部分的截面图)所示，具有永磁直驱风力发电机的风力发电机组主要包括：叶片1、轮毂2、发电机子系统3、机舱4和塔架5。发电机子系统3主要包括：永磁直驱风力发电机6、定轴7、转动轴9、主轴承。主轴承包括轴承内圈10、轴承滚子8和轴承外圈11，轴承内圈10连接到转动轴9，轴承外圈11连接到定轴7，由于叶片1、轮毂2 与转动轴9连接在一起，因此，在外部风载的作用下，通过主轴承的轴承滚子8，可实现转动轴9与定轴7之间的相对运动。因此主轴承是风力发电机的核心部件之一，其寿命关系到整台风力发电机组的寿命，其一旦失效，更换非常困难，并且费用昂贵。

为确保主轴承的工作，需要对主轴承进行润滑，目前主轴承的润滑方式主要有两种：润滑脂润滑和润滑油润滑。对于滚动轴承而言，通常采取脂润滑脂润滑，这是因为与润滑油润滑相比，润滑脂润滑装置更加简单且润滑脂不易泄漏，便于轴承的维护和保养等。

然而，风力发电机组可能安装于沿海、戈壁和草原地区，各地气候条件差异很大，如果主轴承内的产生的热不能有效地散发，外加风力发电机组所处的恶劣环境(如高温环境)，主轴承内部可能持续在高温下工作，润滑脂的寿命会随着温度升高而迅速降低，由此导致润滑脂的润滑作用失效。

由于轴承滚子8、轴承内圈10和轴承外圈11受到外界风载作用并承受风力发电机组自身的重量，因此在轴承内圈10和轴承外圈11相对旋转时，会产生较大的摩擦力矩，进而导致轴承内部产生较大的热量。若不能实时地将产生的热散发出去，会导致轴承具有较高的温度，而较高的温度会导致润滑油的粘度下降，进而影响轴承的轴承内圈10、轴承滚子8和轴承外圈11 彼此之间的润滑油膜建立，由此可能产生干摩擦，导致传动系统内部的零部件的温度急剧上升，主轴承的工作游隙会因热膨胀而超出合理的工作范围，甚至可能发生“抱轴”现象。由此可知，长时间的高温运行会导致严重的恶性循环，并严重影响轴承的寿命，导致轴承失效，无法满足风力发电机组整机运行寿命20～25年要求。

实际上，不仅主轴承，其他轴系的轴承也存在类似问题。轴承众多的失效形式归根结底都是因“热”而产生的，而且，随着风力发电机发电功率的逐步增大，散热问题不仅影响润滑脂的寿命，也对风力发电机组的其他部件造成威胁(如，内部部件可能因高温而熔化)，因此受到越来越多的关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于风力发电机的主轴承的冷却系统，以有效地散发主轴承的热。

根据本发明的一方面，提供一种用于风力发电机组的轴系的冷却系统，所述轴系包括定轴、转动轴以及设置在所述定轴和转动轴之间的轴承，所述轴承包括轴承外圈、轴承滚子和轴承内圈，所述轴承外圈连接到所述定轴，所述轴承内圈连接到所述转动轴，所述冷却系统可包括：冷空气供应单元；送风箱，与所述定轴同轴地固定在所述定轴上；回风箱，与所述定轴同轴地固定在所述定轴上；以及环形散热组件，固定地安装在所述转动轴的内表面上，其中，来自所述冷空气供应单元的冷空气通过所述送风箱被供应到所述环形散热组件，与所述环形散热组件进行了热交换的空气通过所述回风箱流回到所述冷空气供应单元中。通过在转动轴的内表面安装环形散热组件，增大了传热面积，进而增加换热；通过设置供应冷空气的送风箱能够有效地对环形散热组件进行散热；通过设置回收空气的回风箱，对空气进行回收，提高了冷空气的利用率，减小了冷空气供应单元的工作负荷。

所述环形散热组件可包括沿着所述转动轴的圆周方向按照预定间隔布置的多个散热单元，每个散热单元包括散热模块和围住所述散热模块的至少一部分的导风罩。通过设置导风罩，可以有效地引导从送风箱吹送的冷空气以及将要回收到回风箱的空气。

所述送风箱和所述回风箱均可形成为环形箱体形状，每个导风罩具有进风通道和出风通道，每个导风罩的进风通道可旋转地连接到所述送风箱的环形出口，每个导风罩的出风通道可旋转地连接到所述回风箱的环形入口，从而实现导风罩与送风箱和回风箱之间的动静结合。

每个所述散热模块可包括基板、嵌在所述基板中的热管以及插接在所述热管上的散热翅片，从而增强环形散热组件与外部空气的换热能力。