[发明专利]具有热控制系统的直接驱动型风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机轴承的热控制。具体地，本发明涉及具有热控制系统的直接驱动型风力涡轮机、轴承组件以及用于控制轴承温度的方法。

背景技术

风力涡轮机的轴承有大约-0.1至0.2毫米的间隙。为了控制发电机的寿命和气隙，有利的是要控制该间隙。问题在于，轴承的内圈受热膨胀，导致轴承的寿命降低。受热的原因是与外圈的质量/结构相比，与轴结构在一起的轴承内圈有小的质量/刚度。

对于外转子/内定子的发电机，由于叶片轮毂和连接到外圈的转子轭的质量大，因而热度差甚至会更高。此外，轮毂和轭结构是由环境空气冷却的。

这意味着内圈的平均温度比外圈和外圈周围结构的平均温度高。

风力涡轮机的轴承通常是不被冷却的。然而，一般认为冷却轴承是要通过集成的油润滑系统进行，在油润滑系统中，油被冷却并泵送到轴承组件周围。为了冷却直接驱动型风力涡轮机的大的主轴承，油的交换是有限的，不充分的。而且，用于集成冷却的油润滑系统是复杂的，总是存在风力涡轮机中油泄漏的风险，应该被避免。

对于油脂润滑的轴承，还没有任何冷却系统是已知的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供改进的轴承冷却。

此目的分别是通过权利要求1、10和13的特征实现。从属权利要求提供了本发明进一步的细节和优点。

一方面，本发明涉及一种具有热控制系统的直接驱动型风力涡轮机。所述风力涡轮机具有：发电机，其具有转子和定子；以及轴承，其具有可旋转地连接所述转子和所述定子的内圈和外圈。所述热控制系统包括冷却系统和加热系统。所述冷却系统包括与所述轴承的内圈热连通的至少一个散热片；和与所述散热片热连通的热耗散器。所述加热系统包括与所述轴承的外圈热连通的至少一个加热元件。

也可以向外圈提供冷却系统和/或向内圈提供加热系统。这扩大了控制轴承温度的可能性。

冷却内圈、加热外圈允许在风力涡轮机的操作中控制、降低或消除轴承的内圈和外圈之间的温差。因此避免了内圈的不受控制和不必要的热膨胀，以及避免了外圈的不受控制和不必要的热压缩。提高了轴承的可靠性和寿命。

进一步地，现在可以控制轴承间隙（-0.1至0.2毫米），以便控制并保持发电机的寿命和气隙。

该冷却系统可同样好地用于油脂和油润滑轴承。

直接驱动型风力涡轮机的散热片可包括用于冷却介质（如水）的冷却储器。这样，已经安装在机舱中的水冷却系统可用来提供轴承内圈的充分冷却。此方案可被容易地安装在现有的不包含轴承冷却的风力涡轮机中。

散热片可设置在内圈的内圆周表面。因为良好的尺寸和表面特征，所以内圆周表面提供散热片的良好接触区域。

散热片可与内圈整体地制成。散热片的至少一部分可位于内圈内部，这可提高从内圈到散热片的热传递。散热片可包括整体地制成的部件和设置在内圈表面的部件。

冷却系统可容易安装，另外加入标准轴承方案，或者可以是内圈或外圈的集成部件，以此方式，例如冷却通道或腔室集成在轴承的内圈和/或外圈中。

散热片可通过管道与热耗散器连接在一起。散热片优选是冷却储器，可连接到风力涡轮机的水冷却系统，水冷却系统已经安装在机舱中以冷却发电机等。水冷却系统的热耗散器同样可用于冷却轴承。管道可配备阀门以控制冷却介质流动到冷却储器和从冷却储器流出，以控制轴承的冷却。

另一方面，可使用局部冷却内圈的散热片，例如像冷却肋片或珀耳帖元件。

加热元件可包括电加热装置和/或热流体加热装置。可以使用一个或多个加热装置，像例如电导线加热元件或例如源于液压流体系统，像液压浆距系统的管子、软管和/或通道中的热流体。也可以使用具有水加热器的水加热系统，像带有可控入口/出口阀门的电锅炉。

加热元件可被设置在外圈、转子轭和/或叶片轮毂。加热元件需要与外圈热连通。相应地，它可附连到与外圈热连通的部件，像转子轭或叶片轮毂。加热元件可被设置在所提到的结构之一处的单一位置，或者在一个或多个结构件的多种不同位置。

加热元件还可与外圈整体地制成。

热界面材料可设置在轴承和散热片和/或加热元件之间。为了提供低热阻，铝片、导热膏或其它适合的热界面材料可施加到圈的表面和散热片或加热元件的表面之间。

热控制系统可包括与冷却系统和/或加热系统通信的控制装置，以控制轴承的温度。控制装置可用来通过例如控制位于散热片和热耗散器之间的管道中的阀门来控制内圈的冷却和/或控制外圈的加热。