[发明专利]一种用于垂直风力发电设备的高效非对称空气体静压轴承

说明书

一种用于垂直风力发电设备的高效非对称空气体静压轴承属于风力发电技术领域，通过该空气静压轴承中气浮板与气浮套之间的大间隙空气膜，实现风力发电中旋转部分与固定部分的非接触支撑和导向，可获得极低磨损的长期工作寿命和极低能量损失的高能量转换效率。与此同时，通过对空气静压在垂直方向气浮面的非对称布置，在保证运动精度的前提下，提高了空气轴承的承载能力和工作刚度，并且采用空气作为工作介质，具有结构简单，运动精度高、摩擦磨损极低和环境友好等优点。

技术领域

本发明属于风力发电领域，主要涉及一种用于垂直风力发电设备的高效非对称空气体静压轴承。

背景技术

随着煤炭、石油等不可再生能源的不断使用，除了资源本身有限的限制外，也带来了严重的环境污染问题。因此，以风能、水能和太阳能等为代表的可再生的清洁能源成为未来能源发展的主要方向。风能发电行业以其可再生、无污染等特点，受到国家的大力扶植。风力发电机设备是将风能转化为电能的装置,主要由叶片、发电机、机械部件和电气部件组成。在风力发电设备中，用于实现支撑和运动导向的接触式轴承，在工作时带来严重的磨损以及能量损失，限制了风力发电设备的能源利用率，并成为风力发电设备稳定长期工作的关键环节。

目前的风力发电设备中，多采用滚动轴承，通过滚动轴承的形式和数量的组合，实现设备的正常工作。专利CN102439302A中提及一种直驱式风力发电装置及轴承结构，通过调心式及非调心滚动轴承，实现风车转子和发电机的径向支撑和回转运动导向，以防止发电机的定子和转子之间的间隙不平衡。专利CN206234260U提及一种风力发电轴承，通过在轴承外圈和轴承内圈设置由油腔相通的双排滚珠，可减小向轴承添加润滑油的频率，延长轴承使用寿命。专利CN103477100A中涉及的用于风力发电设备的转子轴承，在相关的联接环分开的滚道环上构造有至少一个滚动体列的滚道，该滚道环通过带有至少一个弹性的和/或可弹性压缩的元件的装置，在与联接面垂直的方向上被从相关的联接环压开。通过该方法，可避免滚动体的研磨式磨损。专利CN1668846A中涉及一种风力发电轴承，轴承组件包括一个以不承受转矩的方式相对于转子轴线被固定在一个支架组件上，且与转子轴线同轴设置的第一轴承环，以及一个也与转子轴线同轴设置，但以可旋转的方式相对于转子轴线被支撑在第一轴承环上，且被固定在转子毂上的第二轴承环。该方式可提高轴承使用寿命。专利CN105570299A中的用于水平轴风力发电的三自由度混合磁轴承，来解决现有磁力轴承在支撑较大转子或负载过大，且在轴向和径向都存在较大扰动和负载的情况。专利CN104234949A中提及一种用于风力发电设备的滑动轴承，通过滑动轴承在旋转运动的启动阶段流体静力地运行，并且在以恒定的旋转速度旋转运动的阶段流体动力地运行，以减小轴承磨损。专利CN103958910A中垂直轴型风车用轴承及垂直轴型风力发电装置，绕着沿垂直方向延伸的中心轴旋转的风车，沿着所述中心轴配置且与所述风车连接的轴体，经由轴承将轴体支撑为能够绕所述中心轴旋转的支承体；通过所述轴体的旋转而发电的发电机，提供一种转矩抗力小，能够使轴承顺畅地旋转来提高发电效率。但是上述的风力发电的轴承均为接触式轴承，在长期的旋转运动中，除了带来轴承的严重摩擦磨损，还导致了由接触式机械摩擦带来的较大的能量损失，使得设备能量利用率不高，限制了风力发电行业的发展。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于垂直风力发电设备的高效非对称空气体静压轴承。通过该空气静压轴承中气浮板与气浮套之间的大间隙空气膜，实现风力发电中旋转部分与固定部分的非接触支撑和导向，可获得无磨损的长期工作寿命和无能量损失的高能量转换效率。与此同时，通过对空气静压在垂直方向气浮面的非对称布置，在保证运动精度的前提下，提高了空气轴承的工作效能，具有结构简单，运动精度高、摩擦磨损极低和环境友好等优点。

本发明的目的是这样实现的：