專(zhuān)利名稱(chēng)：具有熱控制系統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)軸承的熱控制。具體地，本發(fā)明涉及具有熱控制系統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)、軸承組件以及用于控制軸承溫度的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承有大約-0. I至0. 2毫米的間隙。為了控制發(fā)電機(jī)的壽命和氣隙，有利的是要控制該間隙。問(wèn)題在于，軸承的內(nèi)圈受熱膨脹，導(dǎo)致軸承的壽命降低。受熱的原因是與外圈的質(zhì)量/結(jié)構(gòu)相比，與軸結(jié)構(gòu)在一起的軸承內(nèi)圈有小的質(zhì)量/剛度。

對(duì)于外轉(zhuǎn)子/內(nèi)定子的發(fā)電機(jī)，由于葉片輪轂和連接到外圈的轉(zhuǎn)子軛的質(zhì)量大，因而熱度差甚至?xí)?。此外，輪轂和軛結(jié)構(gòu)是由環(huán)境空氣冷卻的。這意味著內(nèi)圈的平均溫度比外圈和外圈周?chē)Y(jié)構(gòu)的平均溫度高。風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承通常是不被冷卻的。然而，一般認(rèn)為冷卻軸承是要通過(guò)集成的油潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行，在油潤(rùn)滑系統(tǒng)中，油被冷卻并泵送到軸承組件周?chē)?。為了冷卻直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的大的主軸承，油的交換是有限的，不充分的。而且，用于集成冷卻的油潤(rùn)滑系統(tǒng)是復(fù)雜的，總是存在風(fēng)力渦輪機(jī)中油泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該被避免。對(duì)于油脂潤(rùn)滑的軸承，還沒(méi)有任何冷卻系統(tǒng)是已知的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供改進(jìn)的軸承冷卻。此目的分別是通過(guò)權(quán)利要求1、10和13的特征實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求提供了本發(fā)明進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。一方面，本發(fā)明涉及一種具有熱控制系統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)。所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有發(fā)電機(jī)，其具有轉(zhuǎn)子和定子；以及軸承，其具有可旋轉(zhuǎn)地連接所述轉(zhuǎn)子和所述定子的內(nèi)圈和外圈。所述熱控制系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。所述冷卻系統(tǒng)包括與所述軸承的內(nèi)圈熱連通的至少一個(gè)散熱片；和與所述散熱片熱連通的熱耗散器。所述加熱系統(tǒng)包括與所述軸承的外圈熱連通的至少一個(gè)加熱元件。也可以向外圈提供冷卻系統(tǒng)和/或向內(nèi)圈提供加熱系統(tǒng)。這擴(kuò)大了控制軸承溫度的可能性。 冷卻內(nèi)圈、加熱外圈允許在風(fēng)力渦輪機(jī)的操作中控制、降低或消除軸承的內(nèi)圈和夕卜圈之間的溫差。因此避免了內(nèi)圈的不受控制和不必要的熱膨脹，以及避免了外圈的不受控制和不必要的熱壓縮。提高了軸承的可靠性和壽命。進(jìn)一步地，現(xiàn)在可以控制軸承間隙(-0. I至0. 2毫米)，以便控制并保持發(fā)電機(jī)的壽命和氣隙。該冷卻系統(tǒng)可同樣好地用于油脂和油潤(rùn)滑軸承。直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的散熱片可包括用于冷卻介質(zhì)(如水)的冷卻儲(chǔ)器。這樣，已經(jīng)安裝在機(jī)艙中的水冷卻系統(tǒng)可用來(lái)提供軸承內(nèi)圈的充分冷卻。此方案可被容易地安裝在現(xiàn)有的不包含軸承冷卻的風(fēng)力渦輪機(jī)中。散熱片可設(shè)置在內(nèi)圈的內(nèi)圓周表面。因?yàn)榱己玫某叽绾捅砻嫣卣?，所以?xún)?nèi)圓周表面提供散熱片的良好接觸區(qū)域。散熱片可與內(nèi)圈整體地制成。散熱片的至少一部分可位于內(nèi)圈內(nèi)部，這可提高從內(nèi)圈到散熱片的熱傳遞。散熱片可包括整體地制成的部件和設(shè)置在內(nèi)圈表面的部件。冷卻系統(tǒng)可容易安裝，另外加入標(biāo)準(zhǔn)軸承方案，或者可以是內(nèi)圈或外圈的集成部件，以此方式，例如冷卻通道或腔室集成在軸承的內(nèi)圈和/或外圈中。散熱片可通過(guò)管道與熱耗散器連接在一起。散熱片優(yōu)選是冷卻儲(chǔ)器，可連接到風(fēng)力渦輪機(jī)的水冷卻系統(tǒng)，水冷卻系統(tǒng)已經(jīng)安裝在機(jī)艙中以冷卻發(fā)電機(jī)等。水冷卻系統(tǒng)的熱耗散器同樣可用于冷卻軸承。管道可配備閥門(mén)以控制冷卻介質(zhì)流動(dòng)到冷卻儲(chǔ)器和從冷卻儲(chǔ) 器流出，以控制軸承的冷卻。另一方面，可使用局部冷卻內(nèi)圈的散熱片，例如像冷卻肋片或珀耳帖元件。加熱元件可包括電加熱裝置和/或熱流體加熱裝置?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)加熱裝置，像例如電導(dǎo)線(xiàn)加熱元件或例如源于液壓流體系統(tǒng)，像液壓漿距系統(tǒng)的管子、軟管和/或通道中的熱流體。也可以使用具有水加熱器的水加熱系統(tǒng)，像帶有可控入口 /出口閥門(mén)的電鍋爐。加熱元件可被設(shè)置在外圈、轉(zhuǎn)子軛和/或葉片輪轂。加熱元件需要與外圈熱連通。相應(yīng)地，它可附連到與外圈熱連通的部件，像轉(zhuǎn)子軛或葉片輪轂。加熱元件可被設(shè)置在所提到的結(jié)構(gòu)之一處的單一位置，或者在一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)件的多種不同位置。加熱元件還可與外圈整體地制成。熱界面材料可設(shè)置在軸承和散熱片和/或加熱元件之間。為了提供低熱阻，鋁片、導(dǎo)熱膏或其它適合的熱界面材料可施加到圈的表面和散熱片或加熱元件的表面之間。熱控制系統(tǒng)可包括與冷卻系統(tǒng)和/或加熱系統(tǒng)通信的控制裝置，以控制軸承的溫度?？刂蒲b置可用來(lái)通過(guò)例如控制位于散熱片和熱耗散器之間的管道中的閥門(mén)來(lái)控制內(nèi)圈的冷卻和/或控制外圈的加熱。熱控制系統(tǒng)可包括至少一個(gè)溫度測(cè)量裝置。溫度測(cè)量裝置可被安裝在內(nèi)圈和/或外圈，甚至在多個(gè)測(cè)量點(diǎn)以允許準(zhǔn)確、可靠觀察內(nèi)圈和軸承的溫度。發(fā)電機(jī)可以是外轉(zhuǎn)子/內(nèi)定子發(fā)電機(jī)。軸承的內(nèi)圈可連接到風(fēng)力渦輪機(jī)的靜止部件，軸承的外圈可連接到風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軛。冷卻系統(tǒng)可包括外徑基本與轉(zhuǎn)承內(nèi)圈的內(nèi)徑相同的多個(gè)冷卻儲(chǔ)器。這些儲(chǔ)器的長(zhǎng)度可只覆蓋一部分周長(zhǎng)，使超過(guò)一個(gè)儲(chǔ)器被設(shè)置以冷卻內(nèi)圈，這使得冷卻系統(tǒng)安裝在現(xiàn)有的安裝中更加容易。另一方面，本發(fā)明涉及一種軸承組件，包括內(nèi)圈和外圈，其中至少一個(gè)冷卻儲(chǔ)器被設(shè)置在所述內(nèi)圈和/或所述外圈，其中所述冷卻儲(chǔ)器包括至少一個(gè)用于交換冷卻介質(zhì)的端口。至少一個(gè)加熱元件被設(shè)置在所述外圈和/或所述內(nèi)圈。直接在軸承上提供冷卻儲(chǔ)器和加熱元件允許快速?gòu)氐椎臏囟日{(diào)節(jié)。因此提高軸承的可靠性和壽命。多個(gè)冷卻儲(chǔ)器可沿內(nèi)圈的內(nèi)圓周均勻分布。這種布置便于安裝到現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)中。而且，它可調(diào)節(jié)局部溫度變化。冷卻儲(chǔ)器可沿內(nèi)圈的內(nèi)圓周表面延伸，兩個(gè)冷卻儲(chǔ)器可并行設(shè)置。此布置使更加精細(xì)的溫度校正成為可能?？上鐭狳c(diǎn)。至少一個(gè)溫度測(cè)量裝置可設(shè)置在內(nèi)圈和/或外圈，以便測(cè)量圈或軸承的溫度。測(cè)量值可提供給控制裝置，以允許對(duì)軸承進(jìn)行更好的溫度調(diào)節(jié)。又一方面，本發(fā)明涉及一種用于控制軸承溫度的方法。測(cè)量所述軸承的溫度，控制像水的冷卻介質(zhì)通過(guò)附連到所述軸承的圈的至少一個(gè)冷卻儲(chǔ)器的流動(dòng)。還控制加熱元件與所述軸承的圈的熱連通。使用此方法允許控制軸承的溫度，因此提高軸承的可靠性和壽命。至少一個(gè)冷卻儲(chǔ)器可附連到軸承內(nèi)圈，可在軸承內(nèi)圈的至少一個(gè)點(diǎn)測(cè)量溫度。在各種設(shè)計(jì)中，內(nèi)圈是軸承的最熱部件，有利的是測(cè)量并直接冷卻該部件。軸承內(nèi)圈和外圈之間的間隙可被控制在例如-0. I至0. 2毫米的范圍內(nèi)，以便控制并維持發(fā)電機(jī)的壽命和氣隙。 軸承的內(nèi)圈和外圈之間的間隙可設(shè)置成小于或等于O。例如，在軸承或帶軸承布置結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)輸中，軸承的外圈和/或內(nèi)圈的溫度可以外圈和內(nèi)圈之間的間隙是
0.0毫米或甚至小于0. 0毫米，具體是-0. I毫米或更小，優(yōu)選在-0. 15和-0. 6毫米之間的方式被控制。以此方式，軸承在運(yùn)輸中被鎖定，防止可能損壞軸承的振動(dòng)。


包括附圖是為了提供對(duì)實(shí)施例的進(jìn)一步理解。通過(guò)參照下文的詳細(xì)描述，由于可更好地理解其它實(shí)施例和潛在優(yōu)點(diǎn)中的許多，因而它們可被容易地認(rèn)識(shí)到。附圖的元件不一定是彼此成比例的。相同的附圖標(biāo)記指示對(duì)應(yīng)的相似部件。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的、包括軸承和熱控制系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的中心部分的示意圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的、具有冷卻系統(tǒng)的軸承的前視圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的、具有冷卻系統(tǒng)的軸承的透視圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的、包括加熱系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的中心部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文的詳細(xì)描述中，將參照形成其一部分的附圖進(jìn)行介紹，附圖中出于圖解說(shuō)明的目的示出了可實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。在這方面，方向性術(shù)語(yǔ)，例如“頂部”或“底部”等參照被描述的(一幅或幾幅)附圖的方向使用。因?yàn)閷?shí)施例的組件可被定位在多個(gè)不同方向，所以方向性術(shù)語(yǔ)是用于圖示的目的，決不是限制性的。應(yīng)理解，可使用其它實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的范圍下可進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯變化。因此，下文的詳細(xì)描述不是在限制意義上進(jìn)行的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來(lái)限定。風(fēng)力渦輪機(jī)I具有塔架2，塔架2固定到地面，且承載著風(fēng)力渦輪機(jī)I的全部結(jié)構(gòu)。塔架連接器3附連在塔架2的頂部。塔架連接器3承載風(fēng)力渦輪機(jī)I的主軸4。通常稱(chēng)作主軸承的軸承5固定到與塔架連接器3相對(duì)的主軸4的一端。軸承5具有內(nèi)圈6和外圈7，內(nèi)圈6固定到主軸4。外圈7連接到轉(zhuǎn)子軛8。轉(zhuǎn)子軛8與葉片輪轂9連接在一起，葉片輪轂9承載風(fēng)力渦輪機(jī)I的葉片。為清楚起見(jiàn)，沒(méi)有示出葉片。機(jī)艙10包圍主軸4，并被附連于主軸4。風(fēng)力渦輪機(jī)I是直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，即發(fā)電機(jī)11被分別地直接耦連到主軸4和轉(zhuǎn)子軛8。不使用變速器。發(fā)電機(jī)11包括附連到轉(zhuǎn)子軛8的外轉(zhuǎn)子12和通過(guò)保持結(jié)構(gòu)14固定到主軸4的內(nèi)定子13。外圈7附連到轉(zhuǎn)子軛8，轉(zhuǎn)子軛8與環(huán)境空氣接觸。因此，外圈7的冷卻通過(guò)環(huán)境空氣進(jìn)行。不過(guò)，內(nèi)圈6位于風(fēng)力渦輪機(jī)I的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使得不通過(guò)環(huán)境空氣達(dá)到冷卻。這導(dǎo)致相應(yīng)在內(nèi)圈6和外圈7之間有溫差。與外圈7、轉(zhuǎn)子軛8和葉片輪轂9相比，軸承5的內(nèi)圈6與主軸4 一起具有較小質(zhì)量。因此，內(nèi)圈6比外圈7更快變熱。而且，內(nèi)圈6通常與主軸4電絕緣，以便防止從轉(zhuǎn)子12到定子組件13的電路徑， 但電絕緣降低了內(nèi)圈6和主軸4之間的熱傳導(dǎo)性，引起內(nèi)圈6的更進(jìn)一步的加熱。風(fēng)力渦輪機(jī)I配備帶冷卻系統(tǒng)16和加熱系統(tǒng)17的熱控制系統(tǒng)15。冷卻系統(tǒng)16將熱從軸承5帶出，具體是從內(nèi)圈6帶出。冷卻系統(tǒng)16具有一個(gè)或多個(gè)散熱片或冷卻儲(chǔ)器18，它們附連到內(nèi)圈6的內(nèi)圓周表面。因此，多個(gè)冷卻儲(chǔ)器18附連到內(nèi)圈6。將結(jié)合圖2和圖3討論冷卻儲(chǔ)器18的布置細(xì)節(jié)。每個(gè)冷卻儲(chǔ)器18與管道19連接，以便使像水的冷卻介質(zhì)循環(huán)通過(guò)冷卻儲(chǔ)器18。冷卻介質(zhì)傳送來(lái)自?xún)?nèi)圈6的熱。管道19是示意性示出的。管道19的實(shí)際路線(xiàn)可能與顯示的路線(xiàn)不同，例如以避免障礙物或急轉(zhuǎn)彎。同樣，用于冷卻介質(zhì)的閉環(huán)可能是優(yōu)選的。為了易于理解，圖I對(duì)每個(gè)冷卻儲(chǔ)器18示出了一個(gè)管道19。閥門(mén)20控制冷卻介質(zhì)通過(guò)管道19的流動(dòng)。閥門(mén)20可位于交叉點(diǎn)21之前，使單個(gè)閥門(mén)20控制冷卻介質(zhì)通過(guò)所有管道19的流動(dòng)。表述“之前”在此背景下表示冷卻介質(zhì)朝冷卻儲(chǔ)器18的流動(dòng)方向?？商娲?，每個(gè)管道可使用一個(gè)閥門(mén)，以分別控制每個(gè)冷卻儲(chǔ)器18。而且，兩者的結(jié)合是可行的。那么每個(gè)閥門(mén)可控制一組冷卻儲(chǔ)器18。而且，冷卻系統(tǒng)16的中心裝置22位于閥門(mén)21前面。中心裝置22包括例如用于冷卻介質(zhì)的泵和控制單元23。熱耗散器或輻射器24連接到中心裝置22。熱耗散器24被設(shè)置在機(jī)艙10的外部，以使用環(huán)境空氣來(lái)冷卻冷卻介質(zhì)。熱耗散器24可設(shè)置在機(jī)艙10的頂部以獲得最佳熱傳遞。閥門(mén)20通過(guò)管道19的另一部分與中心裝置22連接。中心裝置22通過(guò)管道19的再一部分與熱耗散器24連接。冷卻介質(zhì)從熱耗散器24循環(huán)通過(guò)中心裝置22，并進(jìn)一步通過(guò)閥門(mén)20，閥門(mén)20控制冷卻介質(zhì)的流動(dòng)。在交叉點(diǎn)21處，管道19分支，冷卻介質(zhì)流到冷卻儲(chǔ)器18。在流過(guò)冷卻儲(chǔ)器18的同時(shí)，冷卻介質(zhì)吸收來(lái)自?xún)?nèi)圈6的熱。冷卻介質(zhì)流回到熱耗散器24，在此它被冷卻。為清楚起見(jiàn)，沒(méi)有示出用于將冷卻介質(zhì)傳送回?zé)岷纳⑵?4的一個(gè)或多個(gè)管道。冷卻系統(tǒng)16的一部分，像中心裝置22和熱耗散器24可用來(lái)冷卻像發(fā)電機(jī)11的其它裝置。如果冷卻系統(tǒng)16被改裝到風(fēng)力渦輪機(jī)中，那么已有部件(像中心裝置22和熱耗散器24)同樣可用于軸承5的冷卻。加熱系統(tǒng)17包括一個(gè)或多個(gè)加熱元件25，它們與軸承5的外圈7有熱連通。加熱元件25在此直接附連到外圈7。還可以將一個(gè)或多個(gè)或所有的加熱元件25附連到轉(zhuǎn)子軛8和/或葉片輪轂9。后面將結(jié)合圖4描述加熱系統(tǒng)17的細(xì)節(jié)?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)溫度測(cè)量裝置或溫度傳感器26。溫度傳感器26可設(shè)置在內(nèi)圈6，以進(jìn)行溫度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果可轉(zhuǎn)送到中心裝置22或控制閥門(mén)20的控制單元23?？刂瓶苫跍囟葴y(cè)量進(jìn)行。在一個(gè)較小的控制循環(huán)中，溫度傳感器26直接控制閥門(mén)20。多個(gè)溫度傳感器26結(jié)合多個(gè)閥門(mén)20和冷卻儲(chǔ)器18的組合允許更精細(xì)的溫度控制。在這種情況下，內(nèi)圈6和/或外圈7可分成多個(gè)控制區(qū)。為每個(gè)區(qū)分配一個(gè)或多個(gè)冷卻儲(chǔ)器18、管道或管道19的一部分和閥門(mén)20和/或一個(gè)或多個(gè)加熱元件25。為清楚起見(jiàn)，沒(méi)有示出溫度傳感器26和中心裝置22、控制單元23和/或閥門(mén)20之間的連接。此實(shí)施例使用像水的冷卻介質(zhì)，采用冷卻儲(chǔ)器18和管道19。這樣，還可以使用局部散熱片和熱耗散器。表述“局部”包括靠近或直接設(shè)置在軸承5或內(nèi)圈6的散熱片或熱耗散器。用于此概念的實(shí)施例例如是肋片或珀耳帖元件的散熱片。熱傳遞可通過(guò)空氣對(duì)流系統(tǒng)支持，空氣對(duì)流系統(tǒng)使空氣沿局部散熱片和驅(qū)散器流動(dòng)。圖2示出了具有內(nèi)圈6和外圈7的軸承5。每個(gè)圈6、7分別具有用于在主軸4和 轉(zhuǎn)子軛8安裝軸承5的凸緣。沿內(nèi)圈6的內(nèi)圓周表面6a設(shè)置三個(gè)冷卻儲(chǔ)器18。冷卻儲(chǔ)器18的彎曲形狀適于適配到內(nèi)圓周表面6a上。為了提高冷卻儲(chǔ)器16和內(nèi)圈6之間的熱接觸，可以使用像鋁片或?qū)岣嗟臒峤缑娌牧?。冷卻儲(chǔ)器16可沿圓周均勻分布，或者可如示出的均勻間隔開(kāi)以解決例如空間的限制。還可以將一個(gè)或多個(gè)散熱片或冷卻儲(chǔ)器附連在內(nèi)圈6的表面?zhèn)?。必須注意散熱片遠(yuǎn)離安裝裝置，例如將內(nèi)圈6連接到主軸4的螺栓。每個(gè)冷卻儲(chǔ)器18具有中空內(nèi)部空間，像水或氣體的冷卻介質(zhì)可通過(guò)該空間循環(huán)。為了冷卻介質(zhì)的進(jìn)入和離開(kāi)，冷卻儲(chǔ)器18配備至少一個(gè)端口(未示出)?？墒褂脙蓚€(gè)端口，其中這些端口可設(shè)置在冷卻儲(chǔ)器18的兩端，使冷卻介質(zhì)通過(guò)整個(gè)冷卻儲(chǔ)器18流動(dòng)。這確保從內(nèi)圈6通過(guò)冷卻儲(chǔ)器16到冷卻介質(zhì)有良好熱傳遞。每個(gè)冷卻儲(chǔ)器18可與其自己的管道一起連接到熱耗散器24或交叉點(diǎn)。這是并行設(shè)置。可替代地，串聯(lián)設(shè)置是可行的，其中一個(gè)冷卻儲(chǔ)器18的出口端連接到后面的冷卻儲(chǔ)器18的進(jìn)口端。也可以使用覆蓋整個(gè)內(nèi)表面6a或其大部分的一個(gè)大的冷卻儲(chǔ)器。散熱片或冷卻儲(chǔ)器18可集成到內(nèi)圈6的結(jié)構(gòu)中。內(nèi)鉆孔或通道可用來(lái)使冷卻介質(zhì)通過(guò)內(nèi)圈6流動(dòng)。然后，用于冷卻介質(zhì)循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)端口直接設(shè)置在內(nèi)圈6。整體地制成的散熱片和外部散熱片的結(jié)合也是可行的。例如，儲(chǔ)器可整體地制成在內(nèi)圈6的表面中，儲(chǔ)器與一個(gè)或多個(gè)外部散熱片連通以形成冷卻儲(chǔ)器。圖3示出了具有內(nèi)圈6和外圈7的軸承5。散熱片或冷卻儲(chǔ)器18設(shè)置在內(nèi)圈6的內(nèi)圓周表面6a。這里，六個(gè)冷卻儲(chǔ)器18附連到內(nèi)圈6。三對(duì)并行的兩個(gè)冷卻儲(chǔ)器18沿內(nèi)圈6的圓周設(shè)置。此布置允許在內(nèi)圈6和冷卻儲(chǔ)器16內(nèi)部的冷卻介質(zhì)之間有良好熱傳遞。對(duì)圖2的詳細(xì)討論同樣適用于圖3示出的軸承4。圖4更詳細(xì)地示出了圖I的熱控制系統(tǒng)15。特別是示出和描述了加熱系統(tǒng)17。加熱控制單元27與中心裝置22或控制單元23通信。加熱控制單元27連接到電源單元28，電源單元28進(jìn)一步連接到一個(gè)或多個(gè)電加熱元件25，加熱元件25在軸承5的外圈7附連到輪轂9。加熱控制單元27還可以是中心裝置22或控制單元23的一部分。加熱元件25可分成多個(gè)區(qū)段。環(huán)形形狀的加熱元件25可直接附連到輪轂9和外圈7之間的外圈7。電源單元28用來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)、電池和/或外部電源單元的電力供電。電源單元28由加熱控制單元27控制。內(nèi)圈6和/或外圈7的溫度測(cè)量裝置26還可連接到控制單元25。為清楚起見(jiàn)，未示出配線(xiàn)。根據(jù)用于控制軸承5溫度的方法，測(cè)量軸承5處的溫度?？芍苯訙y(cè)量?jī)?nèi)圈6的溫度，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下這是軸承5最熱的部分?？梢允褂猛ǔＲ阎挠糜跍y(cè)量溫度的裝置，例如溫度傳感器26。在該測(cè)量的基礎(chǔ)上，控制冷卻介質(zhì)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)冷卻儲(chǔ)器18的流動(dòng)。例如，如果所測(cè)溫度達(dá)到上閾值，則可增加冷卻介質(zhì)的流動(dòng)，或可降低冷卻介質(zhì)的溫度。這導(dǎo)致更高的熱排出。例如，如果所測(cè)溫度達(dá)到較低閾值，則可降低冷卻介質(zhì)的流動(dòng)，或可升高冷卻介質(zhì)的溫度。這導(dǎo)致更低的熱排出。這一方案將軸承5或內(nèi)圈6的溫度保持在限定的目標(biāo)區(qū)帶中。目標(biāo)區(qū)帶可適合于例如使用默認(rèn)設(shè)置的風(fēng)力渦輪機(jī)的模型。目標(biāo)區(qū)帶還可適于例如實(shí)時(shí)地取決于風(fēng)速或環(huán)境溫度。特定的目標(biāo)溫度點(diǎn)可代替目標(biāo)區(qū)帶使用?？赏ㄟ^(guò)一個(gè)或多個(gè)閥門(mén)20控制冷卻介質(zhì)的流動(dòng)，閥門(mén)位于到達(dá)冷卻儲(chǔ)器18的管 道19中。閥門(mén)20可由溫度測(cè)量裝置26直接控制，或通過(guò)中心裝置22或熱控制系統(tǒng)15的控制單元23來(lái)控制。而且，控制與軸承5的外圈I熱連通的一個(gè)或多個(gè)加熱元件25的溫度。此控制是通過(guò)中心裝置22/控制單元23和/或熱控制單元27實(shí)現(xiàn)的，它們操作電源單元28，例如水加熱器、閥門(mén)、電源等等。電源28直接操縱一個(gè)或多個(gè)加熱元件25。冷卻內(nèi)圈6和加熱外圈7的組合允許很好地控制軸承間隙或氣隙。控制單元23可同時(shí)地或在單一操作中激活冷卻系統(tǒng)16和加熱系統(tǒng)17。此決策例如可取決于環(huán)境溫度、軸承5的整體溫度、內(nèi)圈和外圈等之間的溫差。在運(yùn)輸轉(zhuǎn)承5或風(fēng)力渦輪機(jī)I的情況下，轉(zhuǎn)承5的內(nèi)圈6和外圈7之間的間隙可設(shè)置成小于或等于O。特別地，可按如下方式控制冷卻/加熱系統(tǒng)，即在運(yùn)輸中使軸承被嚴(yán)重地預(yù)張緊，以避免軸承的偽布氏硬度試驗(yàn)(false brinelling),因此使小幅度的振蕩運(yùn)動(dòng)減至最小。偽布氏硬度試驗(yàn)是出現(xiàn)了類(lèi)似于布氏鋼球壓痕的凹陷點(diǎn)，這些凹陷點(diǎn)是由于在滾動(dòng)元件和滾道之間接觸點(diǎn)處的振動(dòng)和晃動(dòng)引起的磨損造成的。如果軸承不被預(yù)張緊得可避免內(nèi)圈和外圈之間的振動(dòng)，那么在運(yùn)輸中就可能出現(xiàn)軸承的偽布氏硬度試驗(yàn)。運(yùn)輸中，冷卻介質(zhì)可通過(guò)加熱器循環(huán)，因此冷卻系統(tǒng)起到了加熱系統(tǒng)的作用，以確保軸承被嚴(yán)重預(yù)張，而軸承的內(nèi)圈和外圈之間的間隙小于0. 0毫米，具體為-0. I毫米或更小，優(yōu)選在-0. 15毫米和-0.6毫米之間。
權(quán)利要求
1.一種具有熱控制系統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有發(fā)電機(jī)(11)，所述發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子(12)和定子(13);以及軸承(5)，所述軸承具有可旋轉(zhuǎn)地連接所述轉(zhuǎn)子(12)和所述定子(13)的內(nèi)圈(6)和外圈(7)，其特征在于 所述熱控制系統(tǒng)(15 )包括冷卻系統(tǒng)(16 )和加熱系統(tǒng)(17 )，其中所述冷卻系統(tǒng)(16 )包括與所述軸承(5)的內(nèi)圈(6)熱連通的至少一個(gè)散熱片(18);和與所述散熱片(18)熱連通的熱耗散器(24)，并且其中所述加熱系統(tǒng)(17)包括與所述軸承(5)的外圈(7)熱連通的至少一個(gè)加熱兀件(25 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述散熱片(18)包括用于冷卻介質(zhì)的冷卻儲(chǔ)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述散熱片(18)被設(shè)置在所述內(nèi)圈(6)的內(nèi)圓周表面(6a)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述散熱片(18)與所述內(nèi)圈(6)整體地制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述加熱元件(25)包括電加熱裝置和/或熱流體加熱裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述加熱元件(25)被設(shè)置在所述外圈(7)、轉(zhuǎn)子軛(8)和/或葉片輪轂(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述加熱元件(25)與所述外圈(7)整體地制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述熱控制系統(tǒng)(15)包括控制裝置(22，27)，所述控制裝置與所述冷卻系統(tǒng)(16)和/或所述加熱系統(tǒng)(17)通信，以控制所述軸承(5)的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述熱控制系統(tǒng)(15)包括至少一個(gè)溫度測(cè)量裝置(26)。
10.一種軸承組件，包括內(nèi)圈(6)和外圈(7)，其中至少一個(gè)冷卻儲(chǔ)器(18)被設(shè)置在所述內(nèi)圈(6)和/或所述外圈(7),其中所述冷卻儲(chǔ)器(18)包括至少一個(gè)用于交換冷卻介質(zhì)的端口，并且其中至少一個(gè)加熱元件(25 )被設(shè)置在所述外圈(7 )和/或所述內(nèi)圈(6 )。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的軸承組件，其中所述冷卻儲(chǔ)器(18)沿所述內(nèi)圈(6)的內(nèi)圓周表面(6a)延伸，并且其中兩個(gè)冷卻儲(chǔ)器(18)并行設(shè)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的軸承組件，其中至少一個(gè)溫度測(cè)量裝置(26)被設(shè)置在所述內(nèi)圈(6)和/或所述外圈(7)。
13.一種用于控制具有內(nèi)圈(6)和外圈(7)的軸承(5)的溫度的方法，包括步驟 測(cè)量所述軸承(5)的溫度， 控制冷卻介質(zhì)通過(guò)附連到所述軸承(5)的圈(6，7)的至少一個(gè)冷卻儲(chǔ)器(18)的流動(dòng)，和 控制加熱元件(25)與所述軸承(5)的圈(7，6)的熱連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中控制所述內(nèi)圈(6)和所述外圈(7)之間的間隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中所述軸承(5)的內(nèi)圈(6)和所述外圈(7)之間的間隙設(shè)置為小于或等于O。
全文摘要
一種具有熱控制系統(tǒng)(15)的直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有發(fā)電機(jī)(11)，所述發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子(12)和定子(13)；以及軸承(5)，所述軸承具有可旋轉(zhuǎn)地連接所述轉(zhuǎn)子(12)和所述定子(13)的內(nèi)圈(6)和外圈(7)。所述熱控制系統(tǒng)(15)包括冷卻系統(tǒng)(16)和加熱系統(tǒng)(17)。所述冷卻系統(tǒng)(16)包括與所述軸承(5)的內(nèi)圈(6)熱連通的至少一個(gè)散熱片(18)；和與所述散熱片(18)熱連通的熱耗散器(24)。所述加熱系統(tǒng)(17)包括與所述軸承(5)的外圈(7)熱連通的至少一個(gè)加熱元件(25)。
文檔編號(hào)F03D9/00GK102767479SQ201210133838
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者S.索倫森, U.埃里克森 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司