[发明专利]轴承保护布置结构

说明书

本发明描述了一种轴颈轴承的轴承保护布置结构，该轴颈轴承布置在风力涡轮机的壳体和旋转部件之间，该轴承保护布置结构包括：风速监测器，其布置成监测在风力涡轮机附近的风速并在风速超过预限定的最小值时生成唤醒信号；备用电池的模式切换模块，该备用电池布置成将重启功率提供给风力涡轮机的辅助设备，该模式切换模块适于在低风速条件之后将备用电池从正常功率模式切换为低功率模式以节省足够的重启功率、以及响应于唤醒信号将备用电池从低功率模式切换为正常功率模式。本发明还描述了一种风力涡轮机；以及一种在停滞期间保护风力涡轮机的轴颈轴承的方法。

技术领域

本发明描述了一种用于轴颈轴承的保护布置结构。本发明还描述了一种风力涡轮机以及一种在停滞期间保护风力涡轮机的轴颈轴承的方法。

背景技术

在一些类型的风力涡轮机中，风力涡轮机的空气动力学转子可连接到传动系统的轴颈或轴，该轴颈或轴延伸穿过壳体，壳体继而安装到风力涡轮机的基架。风力涡轮机的空气动力学转子相对缓慢地转动。由于它们在耐用性和高载荷处理方面的优势，并且因为它们同样适用于在慢速旋转应用和快速旋转应用中使用，因此轴颈轴承（也称为平面轴承或流体轴承）可被用在传动系统的任何部分处。在齿轮箱涡轮机中，齿轮箱将低速转子轴的旋转速度增加到用于发电机的较高速度，并且轴颈轴承可被用在载荷高的第一级或第二级处。

与球轴承或滚子轴承对比，轴颈轴承不使用轴承内的滚动元件。相反，轴颈或轴仅通过润滑剂（诸如，油）的薄膜与轴承壳体分开。对于这种类型的轴承，当轴经受径向载荷时，为了在轴和壳体之间维持足够的润滑剂膜，最小的旋转速率是必要的。换句话说，为了在轴承内维持令人满意的状态，理想的是，轴的旋转速率不应在任何延长的时间长度内下降到某个下限阈值之下。

对于轴颈轴承，问题当轴的旋转速率下降到该最小阈值之下时出现。当发生这种情况时，轴上的径向载荷将导致轴和轴承衬套之间的高摩擦接触。这会导致对轴承的永久性损坏，而更换是一项非常昂贵的工作。

然而，对于已知的风力涡轮机设计，并不总是可以确保轴始终以高于安全阈值的速度旋转。这是因为传动系统的旋转速率取决于风速。如果风速太低，则传动系统的转速将不足以防止轴承由于径向载荷而损坏。

由于这些原因，可将风力涡轮机设计成通过部署使空气动力学转子和轴保持处于停滞的制动系统来响应此类低风速情形。“停滞”状态（在此期间制动器被接合）可以持续不明确的时间长度。制动系统确保在无风或仅有不足以以最小所需的速率转动转子轴的风速时轴承将不遭受任何损坏。

替代地，代替提供制动系统以在低风条件期间保持旋转部件的是，可以提供泵以在压力下供应润滑剂，以便使旋转部件在轴承内的加压的润滑剂层上“浮动”。此类布置结构不需要任何制动器，并且可以应付非常低的转速。然而，如果存在电网故障，则必须由风力涡轮机给泵供电。当风下降得太低而使风力涡轮机无法生成足够的功率时，泵停止运行。在此停滞时间期间，轴承中的静摩擦起制动器的作用且足以防止空气动力学转子转动。然而，当风速再次加快时，在空气动力学转子恢复转动之前，泵必须重启以再次使轴“浮动”。在没有电网的情况下，例如在电网故障期间，必须由风力涡轮机的备用电池给泵供电。在使用若干个轴颈轴承的风力涡轮机中，可在适当时部署一种或两种类型的制动器。

此类风力涡轮机的控制器将一般地配备有例如从外部风速传感器（诸如，安装在机舱上的风速计）或从风电场控制器接收风速数据的某种器件。当风速再次增加到高于临界最小值的水平时，这被报告给风力涡轮机控制器，该风力涡轮机控制器释放制动系统，并且传动系统将再一次能够以确保足够润滑的速率旋转。