風力發電機的軸承保護方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及風力發電技術領域，特別是涉及一種風力發電機的軸承保護方法及裝 置。
【背景技術】
[0002] 風力發電機的葉輪驅動與之聯接的發電機轉子的轉子軸轉動，發電機的定子主軸 與塔筒底座連接。在發電機轉子的轉子軸與定子主軸之間設置有滾動軸承，以滿足傳遞載 荷的要求，及支撐定子與轉子之間的相對運動，以實現電能量轉換的目的。
[0003] 軸承是整個風力發電機中能量傳遞系統中非常重要的部件，由于常年受到變載荷 及強陣風的沖擊，軸承又是風力發電機中最薄弱的環節之一。
[0004] 實際應用中發現，在冬季或高寒低溫地區，風力發電機的軸承很容易因磨損而失 效。
[0005] 軸承的壽命關系到整臺發電機的壽命，軸承一旦失效，無法在空中更換，因此，一 旦軸承失效，更換成本巨大。
[0006] 有鑒于此，在低溫環境下，如何減緩風力發電機的軸承磨損，降低軸承失效率，是 本領域技術人員目前需要解決的技術問題。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是提供一種風力發電機的軸承保護方法及裝置，該方法及裝置能夠 在低溫環境下，減緩風力發電機的軸承磨損，降低軸承失效率，從而節省成本。
[0008] 為解決上述技術問題，本發明提供一種風力發電機的軸承保護方法，所述風力發 電機的定子主軸與發電機轉子的轉子軸之間設置有軸承，所述定子主軸、所述軸承及所述 轉子軸形成所述風力發電機的軸系；在所述軸系的徑向與所述軸承對應的位置設置熱源； 所述軸承保護方法包括：
[0009] 當所述風力發電機連續停機預定時間，且環境溫度在預設溫度范圍內時，啟動所 述熱源以沿所述軸系的徑向建立溫度場，所述溫度場的溫度自所述轉子軸、所述軸承至所 述定子主軸依序升高，并通過對所述溫度場的控制，使所述軸承的潤滑脂達到設定流態化 溫度；
[0010]再啟動所述風力發電機。
[0011] 可選的，在所述定子主軸的內腔壁面對應于所述軸承的位置設置電熱源。
[0012] 可選的，所述溫度場的控制方法如下：
[0013] 通過對所述電熱源輸出熱流密度的控制，先使所述定子主軸的內腔壁面升溫至預 設壁溫區間，再使所述定子主軸的內腔壁面溫度維持在該預設壁溫區間。
[0014] 可選的，所述電熱源輸出熱流密度的上限值為
式中：
[0015] q為電熱源輸出熱流密度的上限值；
[0016] λ為定子主軸材質的導熱系數；
[0017] U1為定子主軸內腔壁面恒壁溫控制的設定值；
[0018] to為定子主軸內表面的初始溫度；
[0019] a為定子主軸材質的熱擴散率；
[0020] T1為第一時間變量。
[0021 ]可選的，所述溫度場的控制方法如下：
[0022] 通過對所述電熱源輸出熱流密度的控制，對所述定子主軸的內腔壁面進行變溫控 制，所述定子主軸的內腔壁面溫度的上限值為其能夠承受的最大值。
[0023] 可選的，所述電熱源輸出熱流密度的上限值為
式中：
[0024] q為電熱源輸出熱流密度的上限值；
[0025] λ為定子主軸材質的導熱系數；
[0026] U2為定子主軸內腔壁面溫度的上限值；
[0027] to為定子主軸內表面的初始溫度；
[0028] a為定子主軸材質的熱擴散率；
[0029] τ2為第二時間變量。
[0030] 可選的，所述電熱源的額定功率設為
式中：
[0031] A為電熱源與定子主軸內腔壁面的接觸面積；
[0032] τ為加熱時長；
[0033] P為定子主軸材質的密度；
[0034] c為定子主軸材質的比熱容；
[0035] λ為定子主軸材質的導熱系數；
[0036] U為定子主軸內腔壁面的上限溫度；
[0037] to為定子主軸內腔壁面的初始溫度。
[0038] 可選的，所述電熱源的額定功率具體為
式中：
[0039] λ為定子主軸材質的導熱系數；
[0040] a為定子主軸材質的熱擴散率。
[0041] 可選的，所述軸承的潤滑脂溫度達到設定流態化溫度后，還判斷所述風力發電機 的其余啟動條件是否滿足：
[0042] 若所述風力發電機的其余啟動條件滿足，啟動所述風力發電機，并在所述風力發 電機連續工作時間超過預設時間后，關閉所述溫度場；
[0043] 若所述風力發電機的其余啟動條件不滿足，通過對所述溫度場的控制，使所述軸 承的潤滑脂保持在設定流態化溫度。
[0044]本發明還提供一種風力發電機的軸承保護裝置，所述風力發電機的定子主軸與發 電機轉子的轉子軸之間設置有軸承，所述定子主軸、所述軸承及所述轉子軸形成所述風力 發電機的軸系;所述軸承保護裝置包括：
[0045] 熱源，其設置于所述軸系的徑向與所述軸承對應的位置；
[0046] 檢測模塊，用于獲取所述風力發電機的連續停機時間和環境溫度；
[0047]控制模塊，與所述檢測模塊通信連接，用于在所述風力發電機的連續停機時間達 到預定時間，且環境溫度在預設溫度范圍內時，輸出啟動所述熱源以建立溫度場的控制信 號，所述溫度場的溫度自所述轉子軸、所述軸承至所述定子主軸依序升高，并通過對所述溫 度場的控制，使所述軸承的潤滑脂達到設定流態化溫度;所述軸承的潤滑脂達到設定流態 化溫度后，還輸出軸承啟動條件滿足的控制信號至所述風力發電機。
[0048] 可選的，所述熱源為電熱源，所述電熱源設置于所述定子主軸的內腔壁面對應于 所述軸承的位置；
[0049] 所述控制模塊能夠啟動或關閉所述電熱源，并能夠對所述電熱源輸出熱流密度進 行控制，以實現對所述溫度場的控制。
[0050] 可選的，所述控制模塊還用于在接收所述風力發電機反饋的所述風力發電機啟動 信號后，在所述風力發電機連續工作時間超過預設時間時，輸出關閉所述電熱源的控制信 號;或在接收所述風力發電機反饋的所述風力發電機無法啟動的信號后，通過對所述電熱 源輸出熱流密度的控制，使所述軸承的潤滑脂保持在設定流態化溫度。
[0051] 可選的，所述電熱源為電熱元件，其通過交流調壓電路供電產熱。
[0052]可選的，所述電熱元件預埋有檢測所述定子主軸內腔壁面溫度的溫度傳感器，所 述控制模塊根據所述溫度傳感器的反饋值控制所述交流調壓電路。
[0053]可選的，所述電熱元件的軸向長度為所述軸承內圈的寬度的3~4倍。
[0054]可選的，所述電熱源的空腔側設置有熱絕緣和電絕緣材料層。
[0055] 可選的，所述控制模塊還通過對所述電熱源輸出熱流密度的控制，使所述定子主 軸的內腔壁面溫度先升溫至預設壁溫區間，再維持在該預設壁溫區間。
[0056] 可選的，所述電熱源輸出熱流密度的上限值為
式中：
[0057] q為電熱源輸出熱流密度的上限值；
[0058] λ為定子主軸材質的導熱系數；
[0059] U1為定子主軸內腔壁面恒壁溫控制的設定值；
[0060] to為定子主軸內表面的初始溫度；
[0061] a為定子主軸材質的熱擴散率；
[0062] T1為第一時間變量。
[0063] 可選的，所述控制模塊還通過控制所述電熱源的輸出熱流密度，以對所述定子主 軸的內腔壁面進行變溫控制，所述定子主軸的內腔壁面溫度的上限值為其能夠承受的最大 值。
[0064] 可選的，所述電熱源輸出熱流密度的上限值為
式中：
[0065] q為電熱源輸出熱流密度的上限值；
[0066] λ為定子主軸材質的導熱系數；
[0067] U2為定子主軸內腔壁面溫度的上限值；
[0068] to為定子主軸內表面的初始溫度；
[0069] a為定子主軸材質的熱擴散率；
[0070] τ2為第二時間變量。
[0071] 可選的，所述電熱源的額定功率為
式中：
[0072] A為電熱源與定子主軸內腔壁面的接觸面積；
[0073] τ為加熱時長；