[发明专利]风力发电机的轴承保护用加热装置及轴承系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机的轴承保护用加热装置及其轴承系统，属于风力发电技术领域。

背景技术

在永磁直驱外转子风力发电机的轴系中，定子主轴与转子的动轴之间通常设置有轴承，轴承处设置有轴承润滑脂。

1、轴承润滑的作用

滚动轴承由于制造精度的偏差和承载时轴承的各个零件的变形引起的偏差，造成滚动体与滚道之间、滚动体与保持架之间、保持架与内外圈之间的直接接触和滑动摩擦。这种滑动摩擦的大小，与轴承的转速、轴承的载荷有关。当转速增加、载荷加大时，摩擦力相应增大。反之，减少。滑动摩擦力愈大轴承的各个零件磨损愈快，其使用寿命和工件精度也就显著降低。为了延长轴承的使用寿命，现有技术中通常对轴承施以润滑，这样可以较好地解决上述问题。其中，润滑不仅有降低摩擦阻力、减轻磨损的作用，还有冷却、散热、清洗、密封、减震、防锈的功能。

润滑脂的耐温性能取决于基础油和稠化剂的热稳定性和两者所决定的润滑脂的相状态。在基础油合适的情况下，润滑脂的耐温性能基本上是决定于稠化剂的种类。一般来说，钙基润滑脂的最高使用温度约60℃，钠基润滑脂约100℃，锂基润滑脂约120℃。稠度对润滑脂耐温性能的影响不大。在低温条件下，应尽可能使用低稠度润滑脂。重要的是基础油的低温粘度要小，凝点要低。

2、润滑脂在轴承中的运动情况

随着轴承的旋转，填充在滚动轴承里的润滑脂的运动大体上可分为两个阶段。在一般情况下，轴承里的润滑脂的填充量总是超过直接参与轴承旋转的实际需要量。在轴承运转的初期阶段，大部分润滑脂很快(不到1min)就被挤出滚道，被挤出的润滑脂堆积在保持架上和轴承护盖的空腔之中，并在滚动体外围形成一个轮廓。在此过程中，由于多余润滑脂的阻力，轴承温度很快上升。大部分多余的润滑脂在运转初期即被挤出，挤在滚道附近的润滑脂也仍有可能被转动着的滚动体带进滚道之间，这些润滑脂在随着轴承转动体循环转动的同时，陆续少量排出。这时轴承温度仍然继续上升，称为润滑脂的走合阶段，根据轴承结构中润滑脂质量、填充量等因素，这段时间可能持续十几分钟，甚至几小时。当多余的润滑脂完全被排出之后，剩下的少量润滑脂在滚动体、滚道、保持架的相互接触面上，通过尖劈作用形成薄薄的一层润滑脂膜，从而进入轴承的正常运转阶段。这时温度逐渐下降并达到平衡状态。也就是说，长期的润滑作用主要是依靠这层润滑膜来承担。此外，在轴承的长期运转过程中，滚动体和滚道近旁的轮廓上以及保持架上的润滑脂要萎缩而分出一部分基础油，基础油溜进滚道之间后，对润滑也有一定的补充作用。各种不同的润滑脂在轴承中形成轮廓的能力是不一样的，较为理想的润滑脂要形成轮廓比较挺拔，走合时间短，在长期的运转中轴承温度低，而且平稳。润滑脂的成渠性非常重要，只有“流态化”才能保证成渠性。当润滑脂冻结、或接近冻结状态时，润滑脂便会堆积、结块，失去应有的润滑作用。直驱外转子风力发电机主轴轴承的寿命关系到整台发电机的寿命。更换润滑脂、清洗轴承比较困难。轴承附近局部周围有限空间工作环境空气温度变化范围(-45℃—+65℃)，低温状态下润滑脂的流动性非常差，轴承中被挤出的润滑脂将很难再回到滚道中参与润滑。

3、滚动轴承滚子打滑机理研究

研究结果显示：滚动轴承内圈转速和径向载荷对滚子打滑率影响显著。在相同内圈转速和径向载荷下，增加内圈与轴的过盈配合产生的压力可降低滚子的打滑率。目前对滚动轴承打滑的研究主要集中在轴向载荷下轴承的打滑特性、高速轻载情况下滚动轴承打滑特性以及防止打滑的措施等方面，也有研究径向载荷下滚动体进入承载区的“咬入”打滑特性。滚动体进入承载区打滑是一种常见的打滑现象，容易造成轴承内、外圈在承载区初始段及滚动体的擦伤和磨损，即：滚动体咬入打滑问题。滚动体刚进入承载区时，滚动体突然受到载荷作用，会出现打滑现象。这种打滑在滚动轴承工作过程中经常出现，它所造成的擦伤是滚动轴承常见的损伤形式之一。现有文献并没有反映风电领域，直驱永磁外转子发电机(问题在于处发电机在机舱外)当润滑脂冻结或失去“流态化”后，突然来风时强行启机会造成承载区滚动体打滑的研究，轴承内圈与主轴之间的过盈量减少的研究。

4、滚动轴承打滑原因分析

滚动轴承运转时，要保证滚动体在内、外圈滚道上纯滚动运动，需要使滚动体与内圈之间有足够大的摩擦力以克服阻力，否则，滚动体就会在滚道上打滑。滚动轴承内部的运动关系比较复杂，滚动体既要绕自身轴线旋转，又要绕轴承轴线公转。在滚动的同时，沿滚道还伴随着一定的滑动。