[发明专利]具有冷却系统的直接驱动式风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明一般性地涉及风力涡轮机。具体地，本发明针对的是风力涡轮机轴承的冷却。

背景技术

风力涡轮机的轴承具有约-0.1至0.2mm的余隙。为了控制发电机的寿命和气隙，有利的是控制该余隙。问题在于轴承内圈升温并膨胀，导致轴承的寿命减少。升温的原因是，与外圈的质量/结构相比，轴承的内圈和轴结构具有小的质量/刚度。这意味着内圈的平均温度高于外圈和外圈周围结构的平均温度。

通常不对风力涡轮机的轴承进行冷却。然而，一般性地已知，可用整体式油润滑系统冷却轴承，在该整体式油润滑系统中，油被冷却并且在轴承组件中被泵送到各处。油的更换受到限制，并且不足以使直接驱动式风力涡轮机的巨大的主轴承冷却下来。此外，进行整体冷却的油润滑系统复杂，在风力涡轮机中总是存在应被避免的漏油风险。

对于脂润滑轴承而言，没有已知的冷却系统。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供一种改进的对轴承的冷却。

此目的分别由权利要求1、10和14的特征解决。从属权利要求给出了本发明进一步的细节和优点。

本发明的一个方面针对一种具有冷却系统的直接驱动式风力涡轮机。该风力涡轮机具有包括转子和定子的发电机，包括内圈和外圈的轴承，内圈和外圈分别可转动地连接所述转子和所述定子。所述冷却系统包括与所述轴承的内圈热连通的至少一个热沉和与所述热沉热连通的热耗散器。冷却内圈使得在风力涡轮机操作期间可以控制并减小或消除轴承内圈和外圈之间的温度差异。因此避免了不受控制和不期望的内圈热膨胀。增加了轴承的可靠性和寿命。

为了控制和维持发电机的寿命和气隙，现在可以控制轴承余隙（-0.1至0.2mm）。

该冷却系统也可以用于脂和油润滑轴承。

直接驱动式风力涡轮机的热沉可包括用于冷却诸如水的冷却介质的冷却储器。这样，可以使用已经安装在机舱中的水冷却系统来提供对轴承的内圈的充分冷却。此方案可以容易地安装在不对轴承进行冷却的现有风力涡轮机中。

热沉可以布置在内圈的内周表面处。该内周表面由于良好的尺寸和表面特性而为热沉提供良好的接触区域。

热沉可以与内圈一体形成。至少部分热沉可以位于内圈内，这可以提高从内圈到热沉的热传递。热沉可包括一体形成的部分和布置在内圈表面的部分两者。

冷却系统可以是用于标准轴承的易安装附加件方案，或者可以是以下述方式形成的内圈或外圈的整体式部分，即使得，例如冷却通道或腔室一体形成在轴承的内圈和/或外圈中。

热沉可以经由导管与热耗散器连接。热沉，优选是冷却储器，可以与已经安置在机舱中用于冷却发电机等的风力涡轮机水冷却系统连接。水冷却系统的热耗散器也用于冷却轴承。导管可以配备有阀门，以控制流入和流出冷却储器的冷却介质的流量，从而控制轴承的冷却。

另一方面，例如，可使用热沉如冷却翅片或珀耳帖元件来局部冷却内圈。

也可以为外圈设置热沉。在外圈处具有热沉也提高了轴承的冷却能力。

可以在轴承和热沉之间布置热界面材料。为了提供低热阻，可以在内圈的表面和热沉的表面之间应用铝片、温度传导浆料或其它合适的热界面材料。

冷却系统可包括至少一个温度测量装置和用于控制轴承的温度的控制装置。温度测量装置可以安置在内圈处，均匀分布在多个测量点，以使得可以对内圈和轴承进行准确且可靠的测温。通过控制位于热沉和热耗散器之间导管中的阀门，控制装置可以用于控制内圈的冷却。

发电机可以是外转子/内定子发电机。轴承的内圈可以与风力涡轮机的静止部件连接，并且轴承的外圈可以与风力涡轮机的转子轭连接。

冷却系统可包括多个冷却储器，所述冷却储器具有与所述轴承内圈的内半径基本相同的外半径。冷却储器的长度可以仅覆盖部分周界，因此布置多个冷却储器来冷却内圈，这使得更容易在现有设备上安置冷却系统。

另一方面，本发明针对一种包括内圈和外圈的轴承组件，其中，在内圈和/或外圈处布置至少一个冷却储器，并且其中，所述冷却储器包括用于更换冷却介质的至少一个开口。在轴承处直接设置冷却储器使得可以进行快速且彻底的温度调整。由此提高轴承的可靠性和寿命。

可以沿内圈的内周均匀地分布多个冷却储器。此布置有助于安置到现有风力涡轮机中。此外，可以根据局部温度变化进行调整。

冷却储器可以沿内圈的内周表面延伸，并且可以平行地布置两个冷却储器。此布置使得可以进行更加精密的温度修正。例如可以消除热点。