CN104295454B - 用于风力涡轮机的轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机的轴承、该轴承的用途和控制该轴承的温度的方法。一种用于风力涡轮机的轴承包括内环和外环。内环和外环被制备和布置成相对于彼此旋转的方式。内环包括至少一个通道。通道被制备和布置成使空气沿通道内部流动的方式，从而使内环的多余热量由通道中的空气流移除。

Description

用于风力涡轮机的轴承

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的轴承、该轴承的用途和控制该轴承的温度的方法。

背景技术

风力涡轮机包括具有浆毂和转子叶片的转子。在风力涡轮机的操作期间，风与转子叶片相互作用并使转子旋转。转子的旋转被传递到发电机以生成电功率。

在直接驱动的风力涡轮机中，转子和发电机直接联接，而没有在转子和发电机之间的齿轮箱。因此，风力涡轮机的转子直接联接到发电机的转子。

风力涡轮机的转子和发电机的转子属于风力涡轮机的旋转部件。风力涡轮机的旋转部件由轴承支撑。

轴承包括静止环和可旋转环。静止环附接到风力涡轮机的静止部件，而可旋转环连接到风力涡轮机的可旋转部件。

轴承常被称为风力涡轮机的主轴承。主轴承是滚动元件轴承或滑动轴承。

轴承的寿命和发电机中的气隙的宽度取决于轴承中的间隙。因此，重要的是控制轴承中的间隙。

在风力涡轮机的启动期间和在操作期间，轴承由于轴承中的摩擦而变热。由于发热，轴承的部件膨胀。这种膨胀影响轴承的间隙。

该间隙大体上保持相同，只要轴承的静止环和可旋转环大体上相等地膨胀。当它们表现出大体上相同的温度时，就是这种情况。

在风力涡轮机启动或风力涡轮机的旋转部件中的负载变化期间，轴承的温度变化。由于轴承的可旋转环和静止环的不同质量，环可能在不同时间变热或冷却。

这导致轴承环的温度的差值。因此，轴承的间隙是变化的。变化的间隙对于轴承的寿命和/或发电机的气隙的宽度具有负面效应。

因此，已知利用一体化的油润滑系统冷却轴承，其中油被冷却并且泵送通过轴承。这表现出问题：轴承中的油的交换速率太低，以至于不能用润滑油冷却整个轴承。

WO 2011082836 A1描述了一种直接驱动的风力涡轮机的轴承的冷却系统，其中，冷却系统包括与轴承的内环热接触的至少一个散热器和与散热器热连通的热耗散器。

该系统表现出以下缺点：冷却液体在轴承和热耗散器处循环通过散热器。因此，需要用于冷却流体的引导冷却液体的管道的装置，并且存在液体可能从系统泄漏的一定风险。

因此，本发明的目标是提供一种用于冷却轴承的改进的布置。

本发明的目的由独立权利要求实现。本发明的另外的特征在从属权利要求中公开。

发明内容

一种用于风力涡轮机的轴承包括内环和外环。内环和外环被制备和布置成相对于彼此旋转。内环包括至少一个通道。通道被制备和布置成使空气沿通道内部流动，从而使内环的多余热量被通道中的空气流移除。

轴承包括内环和外环。轴承可以是滚动元件轴承或滑动轴承。

当轴承在风力涡轮机中使用时，轴承环中的一个连接到风力涡轮机的静止部件，而另一个轴承环连接到风力涡轮机的旋转部件。风力涡轮机的静止部件包括发电机的定子，而风力涡轮机的可旋转部件包括发电机的转子和风力涡轮机的浆毂。

轴承的内环可以连接到风力涡轮机的静止部件或连接到风力涡轮机的可旋转部件。

内环包括通道，其中通道与内环热连通。因此，内环的热量被传递到通道。空气沿通道内部流动，从而使内环的多余热量被通道中的空气流移除。

在轴承的操作期间，由于轴承中的摩擦而生成多余的热量。多余的热量被从轴承的内环传递到通道并且被通道中的空气流移除。

因此，流过通道的空气使通道和轴承的内环冷却。因此，多余的热量被从轴承的内环移除。因此，轴承的内环被冷却，并且轴承的内环的温度可被影响。

因此，轴承的内环的热膨胀可被影响。因此，轴承的间隙可通过冷却轴承的内环而被影响和控制。

在风力涡轮机中(尤其是在直接驱动的风力涡轮机中)使用轴承的情况中，发电机的气隙取决于主轴承的间隙。

因此，通过控制主轴承的间隙，可以控制气隙的宽度。轴承的间隙对于轴承的寿命是重要的。为了实现轴承的长寿命，轴承的间隙必须保持在一定的范围内。

轴承的间隙可通过冷却轴承而影响。通过影响轴承的内环的温度，轴承的间隙可保持在一定的范围内。

因此，轴承的寿命可通过控制轴承的内环的温度来延长。因此，可增加轴承的寿命。因此，更换轴承的必要性降低。因此，可节约用于更换轴承的成本。

通道至少部分地由封盖覆盖。

因此，通道为封闭的通道。因此，空气流被沿着通道的内部引导。覆盖的通道内部的空气可以不与覆盖的通道外部的空气混合。

空气被迫沿着通道的内部流动。因此，改善了冷却效应。

通道包括至少两个开口，这些开口被用作空气入口开口和空气出口开口以允许空气流过通道。

通道包括允许空气流入通道内的一个开口和允许空气流出通道的一个开口。因此，空气可沿通道的内部流动。

开口是通道的开口端、通道的壁中的孔或通道的壁中的狭槽。

因此，空气可在通道的一个开口端处进入通道、沿着通道内部流动并且在另一个开口端处离开通道。

通道可包括在通道的壁中的孔，使得空气可通过该孔进入通道、沿通道内部流动并且在开口端处离开通道。

通道中的开口也可是通道的壁中的狭槽，以获得用于空气进入通道的更大的区域。

通风器被至少布置在通道的一个开口处，使得通风器将空气移动通过通道的开口并通过通道。

因此，空气由通风器迫使通过通道。

因此，移动通过通道的空气的量可由通风器影响。因此，内环的冷却的量可通过在通道处控制通风器来影响。

内环包括多个通道。

因此，空气流过多个通道。通过可彼此平行地布置。因此，空气沿着内环被引导通过平行的通道。

各个通道可设计成具有不同的直径，因此，流过通道的空气的量从一通道到另一通道是变化的。

因此，冷却的局部效率可由通道的设计来影响。

单个通道可能配有单独的通风器，以控制移动通过通道的空气的量。因此，由各个通道进行的冷却的量可被影响。

通风器布置在多个通道处，使得通风器在通道的开口处与通道重叠，从而通风器使空气移动通过通道。

内环包括多个通道。通道包括开口以允许空气进入或离开通道。

通风器布置在通道处，在通道的开口处与通道重叠，从而通风器可使空气移动通过通道的开口并通过通道。

因此，需要一个通风器以用于多个通道。

内环包括径向内表面，并且至少一个通道布置在轴承的内环的径向内表面处。

轴承包括内环和外环。内环布置成从外环径向向外。内环包括径向内表面。内环的至少一个通道布置在内环的径向内表面处。

因此，内环被从径向内表面的侧面冷却。

通道由突出的铝轮廓形成，该型材至少部分地由封盖覆盖并且布置在内环的表面处。

突出的铝轮廓形成一个或多个开放的沟槽或通道。突出的铝轮廓可由连接到突出的铝轮廓的封盖封闭。

因此，突出的铝轮廓的开放的通道或沟槽被封闭以形成允许空气沿通道内部流动的通道。

由封盖覆盖的突出的铝轮廓沿内环的表面布置。空气移动至突出的铝轮廓中的覆盖的沟槽或通道并且冷却铝轮廓。

铝轮廓与内环热连通。因此，轴承的内环由移动通过突出的铝轮廓的空气冷却。

通风器布置在通道处的空气入口开口处，使得通风器将空气吹过通道。

用作空气入口开口的通道的开口可以是通道的开口端、通道的壁中的孔或通道的壁中的狭槽。通风器布置在空气入口开口处并且迫使空气通过空气入口开口进入通道。

空气沿着通道内部流动并且在第二开口处离开通道。因此，空气由通风器迫使通过通道。空气沿着通道内部流动并且使轴承的内环冷却。

通风器布置在通道处的空气出口开口处，使得通风器将空气吸过通道。

用作空气出口开口的通道的开口可以是通道的开口端、通道的壁中的孔或通道的壁中的狭槽。通风器布置在空气出口开口处使得它将空气吸过该开口离开通道。

空气通过空气入口开口进入通道。空气沿着通道内部流动并且在空气出口开口处由通风器迫使离开通道。

空气沿着通道内部流动并且使通道冷却，并且因此使轴承的内环冷却。

多个通道中的通道具有至少两种不同的长度，使得多余的热量的不同的局部量被沿着通道内部流动的空气从内环移除。

多个通道沿着内环的表面布置。多个通道中的若干通道可具有不同的长度。因此，通道的冷却效应是不同的。

存在于轴承的内环中的多余的热量的量可以变化。具有不同长度的通道可用来移除存在于内环中的不同量的多余的热量。

因此，通道的长度可设计成移除不同量的能量。因此，轴承的内环的冷却被优化。因此，内环中的温度差可以平衡。

轴承包括至少一个温度测量装置和控制装置以用于控制轴承的通道中的空气流。

内环的温度可用温度测量装置来测量。温度测量装置可布置在外环处或轴承的内环处。

控制装置可控制通过通道的空气流的量。因此，轴承的冷却量可被控制。因此，轴承的总温度可被控制。

根据本发明的轴承在直接驱动风力涡轮机中被用作主轴承。

在直接驱动风力涡轮机中，风力涡轮机的可旋转部件由轴承连接到风力涡轮机的静止部件。

风力涡轮机的可旋转部件包括风力涡轮机的转子和发电机的转子。风力涡轮机的静止部件包括发电机的定子。轴承用来连接风力涡轮机的可旋转部件和静止部件。

轴承可以是滚动元件轴承或滑动轴承。风力涡轮机的主轴承用来从风力涡轮机的转子到风力涡轮机的静止部件传递径向力、轴向力和倾斜力矩。

此外，可使用第二轴承。

当风力涡轮机在工作时，风力涡轮机的主轴承经受大的力。因此，风力涡轮机的主轴承经受高摩擦，并且因此，在风力涡轮机的主轴承中生成大量的多余的热量。

因此，风力涡轮机的主轴承需要被冷却以使轴承的温度保持稳定。

通过冷却风力涡轮机的主轴承，轴承环的热膨胀和因此主轴承的间隙可被影响。在直接驱动的风力涡轮机中，发电机的气隙取决于轴承的间隙。

通过控制轴承的温度，轴承的间隙和因此发电机的气隙可保持在一定范围内。

在本发明中所描述的布置提供了一种使轴承的内环冷却的简单而方便的方式。空气被用作冷却介质，因此，冷却系统中的泄漏不会像当水或油被用作冷却液体时那样影响电气设备或机械设备。

此外，冷却回路可构造为开放式冷却回路，因为在风力涡轮机的舱体中到处都有空气。

一种用于控制在本发明中描述的轴承的温度的方法包括引导空气流通过轴承的内环的至少一个通道的步骤。

附图说明

借助于附图更详细地示出本发明。附图示出了优选的构型，而不限制本发明的范围。

图1示出用于风力涡轮机的轴承。

图2示出通道的详图。

图3示出轴承的另一个详图。

图4示出在直接驱动的风力涡轮机中的轴承。

图5示出通道的详图。

图6示出轴承的另一个实施例。

具体实施方式

图1示出用于风力涡轮机的轴承。

图1示出用于风力涡轮机的轴承1。轴承1包括内环2和外环3。内环2和外环3被制备和布置成相对于彼此旋转。轴承1可以是滚动元件轴承或滑动轴承。

通道4布置在轴承1的内环2的径向内表面处。通道4与轴承1的内环2热连通。

通风器5布置在通道4中的开口或孔处，以使空气移动通过通道4，从而使轴承1的内环2冷却。通风器5迫使空气通过附接到内环2的通道4。空气移动通过通道4并且从内环2移除多余的热量，并且使轴承1的内环2冷却。空气在通道4的开口端处离开通道4。

图2示出通道的详图。

图2示出通道4的一部分。通道4沿轴承的内环布置。

通道4包括开口6。通风器5布置在开口6的顶部上，以迫使空气通过开口6进入通道4。空气通过开口6进入通道4，它沿着通道4内部流动并且在通道的开口端处离开通道4。

移动通过通道4的空气吸收在轴承1的操作期间生成的轴承1的内环2的多余的热量。

图2中的通道由突出的铝轮廓形成。型材包括由公共封盖覆盖的多个沟槽。因此，形成可用来迫使空气通过它们的通道4。

为了允许空气进入通道4，由在突出的铝轮廓的顶部上的不带封盖的区域形成通道4中的开口。

图3示出轴承1的另一个详图。轴承1示出内环2和外环3。内环2和外环3布置成使得它们能相对于彼此旋转。

通道4连接到轴承1的内环2。

通道4包括开口或孔6。通风器5布置在孔4处，以将空气通过开口或孔6吸出通道4。空气沿着通道4的内部移动并且吸收在操作期间在轴承1中生成的多余的热量。

通道4由突出的铝轮廓形成，铝轮廓至少部分地由封盖覆盖。开口6由在突出的铝轮廓的顶部上不存在封盖的区域形成。

图4示出在直接驱动的风力涡轮机中的轴承。

图4示出在直接驱动的风力涡轮机中的轴承1。轴承1包括内环和外环。内环2连接到风力涡轮机的静止部件14。外环连接到风力涡轮机的可旋转部件15。风力涡轮机的静止部件14包括发电机8的定子10。风力涡轮机的可旋转部件15包括发电机8的转子11和风力涡轮机的浆毂7。

通道4沿着轴承1的内环2的内周表面布置。通风器5布置在通道4处以迫使空气通过通道4中的孔6。空气沿着通道4的内部移动以使轴承1的内环冷却。

图5示出通道4的详图。

图5示出通过通道4的切口。

通道4由突出的铝轮廓13制成。型材13由封盖12覆盖。

通道4包括开口6以允许空气进入或离开通道4。开口或孔6由封盖12中的间隙实现。通风器随后布置到开口6、封盖12中的间隙，以迫使空气进入通道4或将空气吸出通道4。

通道4也可与内环2铸造在一起以形成轴承1的内环2的一体部分。

图6示出轴承的另一个实施例。

图6示出用于风力涡轮机的轴承1。轴承1包括内环2和外环3。内环2和外环3被制备和布置成相对于彼此旋转。轴承1可以是滚动元件轴承或滑动轴承。

通道4布置在轴承1的内环2的径向内表面处。通道4与轴承1的内环2热连通。

通道4示出沿内环2不同的长度，该长度依赖于需要从内环2移除的热量的量。

通道4由条9附接到轴承1的内环2，条9螺纹连接到内环2。

通风器5布置在通道4中的开口或孔处，以使空气移动通过通道4，从而使轴承1的内环2冷却。

通风器5迫使空气通过附接到内环2的通道4。空气移动通过通道4并且从内环2移除多余的热量，并且使轴承1的内环2冷却。

空气在通道4的开口端处离开通道4。

附图中的图示是示意图形式的。应当指出，在不同的图中，类似或相同的元件具有相同的附图标记。

虽然已参照优选实施例详细描述了本发明，但应当理解，本发明不受所公开的示例限制，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可对这些示例做出许多附加的修改和变型。

应当指出，贯穿本申请，“一个”或“一种”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。结合不同的实施例描述的元件也可被组合。还应当指出，权利要求中的附图标记不应理解为限制权利要求的范围。

Claims (12)

1.一种用于风力涡轮机的轴承(1)，包括：

-内环(2)和外环(3)，

-由此，所述内环(2)和所述外环(3)被制备和布置成相对于彼此旋转的方式，

其特征在于

-所述内环(2)包括至少一个通道(4)，

-由此，所述通道(4)被制备和布置成使空气沿着所述通道(4)的内部流动的方式，从而使所述内环(2)的多余的热量由在所述通道(4)中的空气流移除，

-由此，所述通道(4)包括至少两个开口(6)，所述至少两个开口(6)被用作空气入口开口和空气出口开口，以允许所述空气流过所述通道(4)，

-由此，通风器(5)以所述通风器(5)使空气移动通过所述通道(4)的所述开口(6)并通过所述通道(4)的方式被至少布置在所述通道(4)的一个开口(6)处，并且

-由此，所述通风器(5)以所述通风器在所述通道(4)的所述开口处与所述通道(4)重叠的方式布置在所述通道(4)处，以使得所述通风器(5)使空气移动通过所述通道(4)。

2.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述通道(4)至少部分地由封盖(12)覆盖。

3.根据权利要求1-2中的一项所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述开口(6)是所述通道(4)的开口端、所述通道(4)的壁中的孔或所述通道(4)的所述壁中的狭槽。

4.根据权利要求1-2中的一项所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述内环(2)包括多个通道(4)。

5.根据权利要求1-2中的一项所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述内环(2)包括径向内表面，并且至少一个通道(4)布置在所述轴承(1)的所述内环(2)的所述径向内表面处。

6.根据权利要求1-2中的一项所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述通道(4)由突出的铝轮廓(13)形成，所述突出的铝轮廓(13)至少部分地由封盖(12)覆盖并且布置在所述内环(2)的表面处。

7.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述通风器(5)布置在所述通道(4)处的空气入口开口(6)处，使得所述通风器将所述空气吹过所述通道(4)。

8.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述通风器(5)布置在所述通道(4)处的空气出口开口(6)处，使得所述通风器(5)将所述空气吸过所述通道(4)。

9.根据权利要求4所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述多个通道中的所述通道(4)具有至少两种不同的长度，使得多余的热量的不同的局部量由沿着所述通道(4)的内部流动的所述空气从所述内环(2)移除。

10.根据权利要求1-2和7-9中的一项所述的用于风力涡轮机的轴承(1)，其特征在于，所述轴承包括至少一个温度测量装置和控制装置以用于控制所述轴承(1)的所述通道(4)中的空气流。

11.根据权利要求1至10中的一项所述的轴承(1)作为在直接驱动的风力涡轮机中的主轴承的用途。

12.一种用于控制权利要求1至10中的一项所述的轴承(1)的温度的方法，包括以下步骤：

-将空气流引导通过所述轴承(1)的所述内环(2)的至少一个通道(4)。