本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其冷卻控制方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)葉片的旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并由此將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，葉片的旋轉(zhuǎn)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的軸系中的動(dòng)軸傳遞到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，軸系中的定軸固定到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的底座并連接到定子，以使發(fā)電機(jī)定子保持不動(dòng)，定軸與動(dòng)軸之間由軸承支撐。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，隨著動(dòng)軸的持續(xù)旋轉(zhuǎn)，支撐動(dòng)軸和定軸的軸承會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使軸系溫度不斷升高。而一些位于高溫高海拔地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尤其會(huì)出現(xiàn)軸系溫度過(guò)高問(wèn)題，特別是軸系中的軸承部分。如果軸系長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，軸系中的油脂會(huì)加速老化或失效，失效的軸系油脂會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的影響，例如，油脂失效會(huì)反過(guò)來(lái)加劇軸系中熱的產(chǎn)生，從而引發(fā)惡性循環(huán)。因此，需要對(duì)軸系(特別是軸承)進(jìn)行持續(xù)而高效的冷卻，以防止軸系溫度過(guò)高。

現(xiàn)有的軸系(或動(dòng)軸、軸承)冷卻方案是在塔筒底部使用離心風(fēng)機(jī)向上部送風(fēng)或者抽風(fēng)，在氣流通過(guò)動(dòng)軸內(nèi)圈時(shí)帶走由軸系產(chǎn)生的熱量，從而冷卻軸系。然而，在使用離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻時(shí)，由于離心風(fēng)機(jī)吹送的氣流難以到達(dá)形成于動(dòng)軸的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)(或空氣流動(dòng)死區(qū))，使得在這些結(jié)構(gòu)處空氣難以流動(dòng)導(dǎo)致高溫氣體聚集，因此現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻方案無(wú)法有效降低軸承的溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可包括軸系，所述軸系可包括動(dòng)軸、定軸以及設(shè)置在所述動(dòng)軸和定軸之間的軸承，所述動(dòng)軸可具有凹入部。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可還包括軸系冷卻裝置，所述軸系冷卻裝置可包括一個(gè)以上的噴射頭以及與所述噴射頭連接的壓縮空氣供應(yīng)裝置。所述噴射頭可固定在所述軸系的靜止部件上，并且所述噴射頭可設(shè)置在所述凹入部附近，用于在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)向所述凹入部噴射壓縮空氣。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可還包括剎車盤橫梁，所述噴射頭可固定于所述剎車盤橫梁上或固定于所述定軸上。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述噴射頭可被設(shè)置為使得從所述噴射頭噴射出的壓縮空氣的運(yùn)動(dòng)方向與所述動(dòng)軸內(nèi)壁的運(yùn)動(dòng)方向在周向方向上相反。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述噴射頭可固定于所述剎車盤橫梁的端部，并與所述剎車盤橫梁形成的角度可為銳角。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述壓縮空氣供應(yīng)裝置可設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的底座或塔筒頂平臺(tái)上。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述壓縮空氣供應(yīng)裝置與所述噴射頭可通過(guò)空氣導(dǎo)管連接，所述壓縮空氣供應(yīng)裝置可包括空氣壓縮機(jī)以及儲(chǔ)氣罐，所述空氣導(dǎo)管可從所述空氣壓縮機(jī)引出，與所述儲(chǔ)氣罐連接后可繼續(xù)沿著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔筒內(nèi)壁向上布置，并最終與所述噴射頭連接。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述壓縮空氣供應(yīng)裝置可為兩個(gè)以上，所述軸系冷卻裝置可還包括控制器，所述控制器控制所述兩個(gè)以上的壓縮空氣供應(yīng)裝置交替地向所述噴射頭供應(yīng)壓縮空氣。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述兩個(gè)以上的壓縮空氣供應(yīng)裝置的每個(gè)均具有空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐，所述控制器基于對(duì)應(yīng)儲(chǔ)氣罐的儲(chǔ)氣量，控制對(duì)應(yīng)的空氣壓縮機(jī)選擇性運(yùn)行或停止。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的冷卻控制方法。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可包括軸系、軸系冷卻裝置以及用于控制所述軸系冷卻裝置的控制器。所述軸系可包括動(dòng)軸、定軸以及設(shè)置在所述動(dòng)軸和所述定軸之間的軸承。所述動(dòng)軸可具有凹入部。所述軸系冷卻裝置可包括一個(gè)以上的噴射頭以及與所述噴射頭連接的壓縮空氣供應(yīng)裝置。所述噴射頭可固定在所述軸系的靜止部件上，所述冷卻控制方法可包括：通過(guò)所述控制器判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的軸承溫度是否大于預(yù)定溫度閾值；如果所述溫度大于所述預(yù)定溫度閾值，則可啟動(dòng)所述軸系冷卻裝置，通過(guò)所述噴射頭朝著所述凹入部噴射壓縮空氣。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述壓縮空氣供應(yīng)裝置可為兩個(gè)以上，并且每個(gè)所述壓縮空氣供應(yīng)裝置可均具有空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐。所述冷卻控制方法可還包括：如果所述溫度大于所述預(yù)定溫度閾值，則可控制所述兩個(gè)以上的壓縮空氣供應(yīng)裝置交替地為所述噴射頭供應(yīng)壓縮空氣。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述冷卻控制方法可還包括：基于所述空氣壓縮機(jī)的工作時(shí)間和/或所述儲(chǔ)氣罐的儲(chǔ)氣量，控制所述兩個(gè)以上的壓縮空氣供應(yīng)裝置交替地向所述噴射頭供應(yīng)壓縮空氣。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述冷卻控制方法可還包括：基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的軸承溫度和/或所述動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速而自動(dòng)調(diào)整所述噴射頭的噴氣方向和/或噴氣量。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將所述噴射頭設(shè)置為使得從所述噴射頭噴射出的壓縮空氣的運(yùn)動(dòng)方向與所述動(dòng)軸內(nèi)壁的運(yùn)動(dòng)方向在周向方向上相反。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將所述噴射頭設(shè)置在所述凹入部附近。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還包括剎車盤橫梁，將所述噴射頭固定于所述剎車盤橫梁上或固定于所述定軸上。

本發(fā)明通過(guò)利用壓縮空氣對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)軸進(jìn)行冷卻，并使用噴射壓縮空氣的噴射頭直接朝向形成于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)軸的凹入部，可使該凹入部得到充分冷卻，進(jìn)而有效地冷卻軸承部分。

另外，本發(fā)明在用于噴射壓縮空氣的噴射頭在保持靜止的情況下，利用壓縮空氣通過(guò)對(duì)流傳熱對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)軸進(jìn)行冷卻，冷卻后的動(dòng)軸進(jìn)而冷卻設(shè)置在動(dòng)軸和定軸之間的軸承，在動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的作用下，可使壓縮空氣充分且均勻地噴射到動(dòng)軸上，進(jìn)而使整個(gè)軸承得到充分且均勻的冷卻。

另外，本發(fā)明通過(guò)將噴射壓縮空氣的噴射頭設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的靜止部件上并使噴射頭設(shè)置在動(dòng)軸的凹入部附近，使軸系冷卻裝置安裝便利、節(jié)省空間，同時(shí)可以在軸系冷卻裝置保持不動(dòng)的情況下對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)軸進(jìn)行充分且針對(duì)性強(qiáng)的冷卻，進(jìn)而可以有效地降低軸承的溫度。

此外，本發(fā)明通過(guò)使用兩臺(tái)或更多臺(tái)的壓縮空氣供應(yīng)裝置(可包括壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐)進(jìn)行輪換地冷卻動(dòng)軸，可以使制備壓縮空氣的空氣壓縮機(jī)不會(huì)持續(xù)工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而大大增加壓縮機(jī)的壽命，進(jìn)而減小維修或更換次數(shù)，同時(shí)使用儲(chǔ)氣罐來(lái)儲(chǔ)存足量的壓縮空氣，可確保均勻且充足的壓縮空氣可用于冷卻軸系。

附圖說(shuō)明

通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明的上述和其它目的和特點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中：

圖1是示出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的示例性軸系的示意圖；

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含軸系冷卻裝置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的示意圖；

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的軸系冷卻裝置中的噴射頭安裝位置的示意性剖視圖；

圖4是示出軸系冷卻裝置中的噴射頭安裝位置的示意性正視圖；

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性噴射頭的示意圖；

圖6是示出用于控制軸系冷卻裝置操作的示意性流程圖；

圖7是示出使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的軸系冷卻裝置對(duì)軸系冷卻前和冷卻后的模擬仿真溫度云圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1、輪轂；2、葉片；3、發(fā)電機(jī)；4、機(jī)艙；5、塔筒；6、塔筒頂平臺(tái)；7、底座；10、動(dòng)軸；11、動(dòng)軸內(nèi)壁；12、定軸；13、油脂；20、軸承；21、軸承外圈；22、軸承內(nèi)圈；30、剎車盤；31、剎車盤橫梁；100、軸系冷卻裝置；101、壓縮空氣供應(yīng)裝置；101a、第一壓縮空氣供應(yīng)裝置；101b、第二壓縮空氣供應(yīng)裝置；111、空氣總導(dǎo)管；111a：第一空氣導(dǎo)管；111b、第二空氣導(dǎo)管；111c、主空氣導(dǎo)管；121、噴射頭；121a、第一噴射頭；121b、第二噴射頭。

具體實(shí)施方式

在下文中參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施，且不應(yīng)該解釋為局限于這里所提出的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)將是徹底和完全的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域人員。在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。

如圖1和圖2所示，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括輪轂1、葉片2、發(fā)電機(jī)3、機(jī)艙4、塔筒5。

具體地，塔筒5固定在地面或其它基座上，用于支撐諸如機(jī)艙底座7、發(fā)電機(jī)3等部件。機(jī)艙4的底座7連接到塔筒5的頂端，機(jī)艙4可包括偏航驅(qū)動(dòng)、機(jī)艙控制柜、機(jī)艙罩等部件(未示出)，用于對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制和保護(hù)。

發(fā)電機(jī)3與底座7連接，葉片2連接到輪轂1，輪轂1連接到發(fā)電機(jī)3，葉片2在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)輪轂1轉(zhuǎn)動(dòng)，輪轂1將動(dòng)能傳遞給發(fā)電機(jī)3，通過(guò)發(fā)電機(jī)3將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還包括軸系。如圖1所示，軸系主要包括動(dòng)軸10、定軸12以及用于支撐動(dòng)軸10和定軸12的軸承20。葉片2連接輪轂1，輪轂1連接動(dòng)軸10，動(dòng)軸10進(jìn)而連接到發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子(未示出)，以實(shí)現(xiàn)從葉片2到發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子的機(jī)械傳動(dòng)。定軸12連接到發(fā)電機(jī)3的定子(未示出)并連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的底座7，以固定發(fā)電機(jī)3的定子保持不動(dòng)。軸承20的軸承外圈21附連到定軸12，軸承內(nèi)圈22附連到動(dòng)軸10，以支撐動(dòng)軸10與定軸12，并實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部件動(dòng)軸10與固定部件定軸12之間的配合。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，示出了軸系布置為動(dòng)軸10位于內(nèi)側(cè)，定軸12位于外側(cè)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)設(shè)計(jì)階段，為了滿足設(shè)計(jì)需求，例如：載荷、強(qiáng)度等，動(dòng)軸可被設(shè)計(jì)成具有凹入部的結(jié)構(gòu)，如圖1中箭頭所指位置。利用現(xiàn)有技術(shù)中的離心式送風(fēng)冷卻方案時(shí)，例如在塔筒底部使用離心風(fēng)機(jī)向上部送風(fēng)或者抽風(fēng)，在氣流通過(guò)動(dòng)軸內(nèi)圈時(shí)帶走由軸系產(chǎn)生的熱量，從而冷卻軸系。在此過(guò)程中，氣流難以進(jìn)入形成于動(dòng)軸10內(nèi)壁的凹入部，因此導(dǎo)致該凹入部中聚集高溫空氣而難以與流動(dòng)的冷空氣進(jìn)行交換，從而使凹入部處的動(dòng)軸10以及軸承20的溫度不斷升高，使動(dòng)軸10和軸承20不能被有效地冷卻降溫。此外，使用傳統(tǒng)的離心式送風(fēng)冷卻方案，需要離心風(fēng)機(jī)持續(xù)工作，以供應(yīng)連續(xù)的氣流，離心風(fēng)機(jī)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)大大減小離心風(fēng)機(jī)的壽命，由此增加由更換維修帶來(lái)的不便。

另外，由于隨動(dòng)軸10旋轉(zhuǎn)的軸承內(nèi)圈22與保持不動(dòng)的軸承外圈21之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦，使得軸承20在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱，成為軸系中產(chǎn)熱較顯著的部位，同時(shí)由于軸承20位于動(dòng)軸10與定軸12之間，無(wú)法對(duì)軸承20采用直接降溫，因此，需要考慮對(duì)軸承20進(jìn)行間接降溫。

本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的軸系冷卻裝置100，該軸系冷卻裝置100可包括一個(gè)以上的噴射頭121(121a、121b)以及與所述噴射頭121連接的壓縮空氣供應(yīng)裝置101(101a、101b)，以利用由所述壓縮空氣供應(yīng)裝置101提供的壓縮空氣通過(guò)噴射頭121噴射到形成于動(dòng)軸10的凹入部，以在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)對(duì)動(dòng)軸10的凹入部進(jìn)行冷卻，進(jìn)而冷卻整個(gè)軸承20。

由于軸承20設(shè)置在動(dòng)軸10和定軸20之間，可以通過(guò)先對(duì)動(dòng)軸10或定軸12進(jìn)行冷卻，進(jìn)而冷卻軸承20?？紤]到期望軸承20被均勻冷卻，在本發(fā)明的實(shí)施例中，將用于噴射壓縮空氣的噴射頭121設(shè)置在軸系的靜止部件上，并使噴射頭121朝向動(dòng)軸10的凹入部，以使用從噴射頭121噴射出的壓縮空氣冷卻動(dòng)軸10的凹入部。通過(guò)首先對(duì)動(dòng)軸10進(jìn)行對(duì)流冷卻，而由于在風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，在噴射頭121保持靜止的情況下對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)軸10進(jìn)行冷卻，可以使冷卻裝置穩(wěn)定布置。另外由于動(dòng)軸10的旋轉(zhuǎn)作用，而使從靜止的噴射頭121噴射出的壓縮空氣可以均勻地噴射到動(dòng)軸10上，從而使軸承20可以被均勻的冷卻。而如果利用噴射的壓縮空氣對(duì)定軸12進(jìn)行冷卻，即定點(diǎn)冷卻，會(huì)使定軸12被冷卻部分以及該部分接觸的軸承部分溫度明顯低于其他部分，使冷卻效果不均勻，另外定軸12也會(huì)因?yàn)榫植勘焕鋮s而熱脹冷縮，從而發(fā)生變形，擠壓軸承，造成軸承載荷增大，使其壽命降低，因此，對(duì)定軸12進(jìn)行冷卻從而間接地冷卻軸承20的方式是不理想的。

如圖2至圖4所述，本發(fā)明提供的軸系冷卻裝置100可包括：壓縮空氣供應(yīng)裝置101、與壓縮空氣供應(yīng)裝置101連接的空氣總導(dǎo)管111以及連接在空氣導(dǎo)管111的出口處的噴射頭121。壓縮空氣供應(yīng)裝置101用于供應(yīng)壓縮空氣，壓縮空氣通過(guò)空氣導(dǎo)管111輸送到噴射頭121，噴射頭121將壓縮空氣噴射到需要冷卻的部件位置，尤其是，動(dòng)軸10的凹入部。

為了將壓縮空氣噴射到動(dòng)軸10的凹入部中，噴射頭121可被設(shè)置在所述凹入部附近，并使噴射頭121的出口朝向所述凹入部。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，壓縮空氣供應(yīng)裝置101可以設(shè)置為兩個(gè)以上，以交替地向噴射頭121供應(yīng)壓縮空氣。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，壓縮空氣供應(yīng)裝置101可包括壓縮機(jī)以及儲(chǔ)氣罐。利用壓縮機(jī)制備壓縮空氣，并將由壓縮機(jī)制備得到的壓縮空氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中，以便噴射開(kāi)始后，壓縮空氣可以從儲(chǔ)氣罐中穩(wěn)定而足量的噴射出來(lái)。雖然示出為具有兩臺(tái)壓縮空氣供應(yīng)裝置101a和101b，但是，也可以使用單獨(dú)一臺(tái)或兩臺(tái)以上，當(dāng)使用單臺(tái)或多臺(tái)壓縮空氣供應(yīng)裝置101時(shí)，對(duì)應(yīng)地可使用單個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、空氣導(dǎo)管以及噴射頭。顯然，噴射頭121可以設(shè)置為一個(gè)或多個(gè)。壓縮空氣供應(yīng)裝置101可以單獨(dú)向一個(gè)噴射頭121供應(yīng)壓縮空氣，也可以同時(shí)向多個(gè)噴射頭121供應(yīng)壓縮空氣。

在下面的描述中，以設(shè)置兩個(gè)壓縮空氣供應(yīng)裝置101a和101b以及兩個(gè)噴射頭121a和121b為例，來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的軸系冷卻裝置100。

在圖2所示的示例中，壓縮空氣供應(yīng)裝置101可包括第一壓縮空氣供應(yīng)裝置101a以及第二壓縮空氣供應(yīng)裝置101b。噴射頭121可包括第一噴射頭121a和第二噴射頭121b。第一壓縮空氣供應(yīng)裝置101a可包括用于制備壓縮空氣的第一壓縮機(jī)和用于儲(chǔ)存由第一壓縮機(jī)制備的壓縮空氣的第一儲(chǔ)氣罐。第二壓縮空氣供應(yīng)裝置101b可包括用于制備壓縮空氣的第二壓縮機(jī)和用于儲(chǔ)存由第二壓縮機(jī)制備的壓縮空氣的第二儲(chǔ)氣罐。第一噴射頭121a可通過(guò)第一空氣導(dǎo)管111a與第一儲(chǔ)氣罐連通，用于噴射來(lái)自第一儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣。第二噴射頭121b可通過(guò)第二空氣導(dǎo)管111b與第二儲(chǔ)氣罐連通，用于噴射來(lái)自第二儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)儲(chǔ)氣罐中的儲(chǔ)氣量(可通過(guò)儲(chǔ)氣罐的壓力測(cè)量而得到)達(dá)到第一預(yù)定值時(shí)時(shí)，壓縮機(jī)可自動(dòng)停止，并當(dāng)儲(chǔ)氣罐中的儲(chǔ)氣量(壓縮空氣壓力)降低到第二預(yù)定值時(shí)，壓縮機(jī)可自動(dòng)啟動(dòng)，可以使用壓力傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氣罐中的壓力，以保持儲(chǔ)氣罐中儲(chǔ)存有足夠的壓縮空氣，并且由于壓縮機(jī)在儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓縮空氣達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)而自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可以大大減小單個(gè)壓縮機(jī)的連續(xù)工作時(shí)間，從而有效地增加壓縮機(jī)的使用壽命。

此外，當(dāng)采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的壓縮空氣供應(yīng)裝置101(例如，101a、101b)時(shí)，可以使兩臺(tái)壓縮機(jī)交替工作，從而一方面保證壓縮空氣的及時(shí)供應(yīng)，避免壓縮機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)導(dǎo)致冷卻裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)，另一方面還能減小單個(gè)壓縮機(jī)的連續(xù)工作時(shí)間，增加單個(gè)壓縮機(jī)的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖2至圖4所示，第一噴射頭121a以及第一空氣導(dǎo)管111a的連接第一噴射頭121a的一端固定在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的靜止部件上，第二噴射頭121b以及第二空氣導(dǎo)管111b的連接第二噴射頭121b的一端也固定在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的靜止部件上。由于動(dòng)軸10或軸承20的旋轉(zhuǎn)部分是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的旋轉(zhuǎn)部件，如果將用于動(dòng)軸10或軸承20的冷卻裝置附連到動(dòng)軸10或軸承20的旋轉(zhuǎn)部分上，以利用傳導(dǎo)傳熱對(duì)動(dòng)軸10或軸承20進(jìn)行冷卻，那么冷卻裝置將與動(dòng)軸10或軸承20一起旋轉(zhuǎn)，從而使冷卻裝置的布置以及冷卻介質(zhì)輸送管道的布置成為難題。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，將用于噴射壓縮空氣的噴射頭121布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的靜止部件上，可以使冷卻裝置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中保持位置固定，從而解決動(dòng)定結(jié)合的問(wèn)題。優(yōu)選地，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的靜止部件可以是靠近動(dòng)軸內(nèi)壁11的剎車盤30、剎車盤30的橫梁31(如圖1或圖3中所示)，將噴射頭121固定在剎車盤30的橫梁31上，可以給發(fā)電機(jī)人孔留出足夠的空間，便于運(yùn)維?？蛇x地，還可以將噴射頭121固定在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的定軸12上，并使噴射頭121朝向動(dòng)軸內(nèi)壁11。當(dāng)然，還可以考慮可使噴射頭121保持固定并朝向動(dòng)軸10或動(dòng)軸內(nèi)壁11的其他任何構(gòu)造。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第一噴射頭121a和第二噴射頭121b指向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的動(dòng)軸10的凹入部中，并且第一噴射頭121a和第二噴射頭121b可位于該凹入部形成的內(nèi)凹空間內(nèi)(如圖1中由箭頭所指示的部分)，使得從第一噴射頭121a和第二噴射頭121b噴射出的壓縮空氣噴射到該凹入部，從而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中利用噴射的壓縮空氣對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)軸10以及軸承20進(jìn)行冷卻。具體地，使壓縮空氣噴射到軸系中的動(dòng)軸10，以通過(guò)對(duì)流傳熱對(duì)動(dòng)軸10進(jìn)行冷卻，進(jìn)而冷卻軸承20和整個(gè)軸系。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，使噴射頭121直接指向動(dòng)軸10上的凹入部，可以使壓縮空氣針對(duì)性強(qiáng)地噴射到動(dòng)軸10上的凹入部或其它空氣難以自由流動(dòng)的死區(qū)，如圖3所示。或者，可以使噴射頭121直接指向動(dòng)軸上溫度最高的點(diǎn)處，該點(diǎn)可以通過(guò)設(shè)置溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)并確定得到，以高效且針對(duì)性強(qiáng)地冷卻動(dòng)軸10以及軸承20。

如圖2至圖4所示，第一空氣導(dǎo)管111a和第二空氣導(dǎo)管111b分別從第一儲(chǔ)氣罐和第二儲(chǔ)氣罐引出，并沿著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔筒5內(nèi)壁、底座7內(nèi)壁布置，最終到達(dá)并固定在靠近動(dòng)軸內(nèi)壁11的剎車盤30的橫梁31上(如圖3所示，圖3中僅示出了剎車盤30的橫梁31部分，剎車盤30的橫梁31為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的靜部件，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中保持不動(dòng))。

雖然描述了兩個(gè)儲(chǔ)氣罐分別通過(guò)第一空氣導(dǎo)管111a和第二空氣導(dǎo)管111b連接各自的噴射頭，但也可以僅使用一根空氣導(dǎo)管111c(如圖2所示)，并使單根空氣導(dǎo)管111c與第一儲(chǔ)氣罐和第二儲(chǔ)氣罐連接的第一端分支成兩個(gè)端口，并在到達(dá)剎車盤30的橫梁31附近的第二端分支成兩個(gè)端口，以分別連接第一噴射頭121a和第二噴射頭121b。顯然，空氣導(dǎo)管111c的第二端也可以不具有分支，從而僅連接一個(gè)噴射頭121a或121b。

輸送壓縮空氣的空氣總導(dǎo)管111(111a、111b、111c)可以使用小直徑、大長(zhǎng)度的管道，歸因于管道中流動(dòng)的空氣具有高壓低速，并且在管道中的阻力較小，而直徑小的管道易于安裝固定，通過(guò)卡箍或扎帶即可實(shí)現(xiàn)固定，長(zhǎng)度大的管道有助于使壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐的安裝位置多樣化。將空氣導(dǎo)管111沿著塔筒內(nèi)壁、底座內(nèi)壁布置，由此可以不影響塔筒內(nèi)部、機(jī)艙內(nèi)部中其它部件的布置，可以充分利用空間。

壓縮空氣供應(yīng)裝置101可設(shè)置于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)離動(dòng)軸10和定軸12的底座7或塔筒頂平臺(tái)6處，以最大限度的利用空間，遠(yuǎn)離軸系以避免電源排布的相互干擾。

如圖4所示，第一空氣導(dǎo)管111a的固定在剎車盤30的橫梁31上的一端連接到第一噴射頭121a，第一噴射頭121a位于橫梁31的一端處，第二空氣導(dǎo)管111b的固定在剎車盤30的橫梁31上的一端連接到第二噴射頭121b，第二噴射頭121b位于橫梁31的另一端。

根據(jù)牛頓冷卻定律，如下等式(1)所示：

其中，為微分對(duì)流傳熱通量，h為對(duì)流傳熱系數(shù)，a為換熱面積，t(t)為物體溫度，tenv為環(huán)境溫度，δt(t)為物體溫度與環(huán)境溫度之間的溫度差。由此可以得出，可通過(guò)提高對(duì)流傳熱系數(shù)h來(lái)增加對(duì)流傳熱通量，從而改善傳熱，而對(duì)流傳熱系數(shù)h可以通過(guò)下面的等式(2)-(5)來(lái)求解：

其中，nul為努塞爾數(shù)、l為特征長(zhǎng)度、k為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，pr為普朗特?cái)?shù)rel為雷諾數(shù)、ρ為流體密度、v為自由流的流速、μ為流體的動(dòng)力粘度。通過(guò)上面的等式(2)-(4)可以得出下面的等式(5)：

由等式(5)可以得出，對(duì)于給定流體以及散熱對(duì)象，k、l、pr、ρ、μ是確定的，可以得出對(duì)流傳熱系數(shù)h與流體的流速v成正比，因此可以通過(guò)改變氣體在固體表面的流速來(lái)提高換熱效率。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，為了最大化冷卻效果，使第一噴射頭121a與橫梁31成一定角度a，使得從第一噴射頭121a噴出的壓縮空氣與動(dòng)軸內(nèi)壁11的運(yùn)動(dòng)方向在周向方向上基本相反，由此增加相對(duì)速度。同樣地，使第二噴射頭121b與橫梁31成一定角度a，使得從第二噴射頭121b噴出的壓縮空氣與動(dòng)軸內(nèi)壁11的運(yùn)動(dòng)方向在周向方向上基本相反，由此增加相對(duì)速度。通過(guò)提高流體相對(duì)于待冷卻部件的速度，能夠顯著提高對(duì)流換熱效率。

如圖4所示，箭頭表示動(dòng)軸10(動(dòng)軸內(nèi)壁11)的旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng)將噴射頭121a、121b按照?qǐng)D4中的方式設(shè)置時(shí)，從噴射頭121、121b噴射出的壓縮空氣的噴射方向與動(dòng)軸內(nèi)壁11的旋轉(zhuǎn)方向大致相反，此時(shí)壓縮空氣相對(duì)于動(dòng)軸內(nèi)壁11的流速即為動(dòng)軸內(nèi)壁11的旋轉(zhuǎn)速度與壓縮空氣射流的速度的周向分量之和。當(dāng)如圖所示噴射頭121a、121b與橫梁31之間的夾角a為銳角時(shí)，可使得從噴射頭121a、121b噴出的壓縮空氣與動(dòng)軸內(nèi)壁11的運(yùn)動(dòng)方向基本上相反，并隨著該角度a的減小，可使壓縮空氣射流的速度的周向分量增大?？紤]到期望使噴射頭121a、121b比較靠近動(dòng)軸內(nèi)壁11，優(yōu)選地，該角度a可以在45度至60度之間，從而最大化壓縮空氣對(duì)動(dòng)軸10的冷卻效果。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第一噴射頭121a和第二噴射頭121b可以采用如圖5中所示的噴射頭，并使噴口直徑可以為大約5mm，覆蓋范圍d大約為300mm的寬度，使用這種噴射頭，可以使氣流均勻地覆蓋特定寬度的面積。

另外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第一空氣導(dǎo)管111a和第二空氣導(dǎo)管111b的分別連接第一儲(chǔ)氣罐和第二儲(chǔ)氣罐的一端可分別安裝有第一開(kāi)關(guān)閥和第二開(kāi)關(guān)閥，以通過(guò)控制第一開(kāi)關(guān)閥和第二開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟或關(guān)閉來(lái)供給或切斷至第一噴射頭121a和第二噴射頭121b的壓縮空氣。

此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，軸系冷卻裝置100還可包括控制器，控制器可以由現(xiàn)有技術(shù)中的任何適合的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂破骺苫谳S承30的溫度控制第一壓縮空氣供應(yīng)裝置101a和第二壓縮空氣供應(yīng)裝置101b操作，以使第一壓縮空氣供應(yīng)裝置101a和第二壓縮空氣供應(yīng)裝置101b被交替地用于冷卻動(dòng)軸10，進(jìn)而冷卻軸承20。這樣，不僅能夠保證壓縮空氣的及時(shí)供應(yīng)，并確保噴射的空氣壓力，還能夠防止壓縮機(jī)的壽命急劇減小。

控制器可通過(guò)執(zhí)行如圖6所示的步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)軸系冷卻裝置100的操作控制。具體地，

步驟s1：在發(fā)電機(jī)3啟機(jī)之前，預(yù)先運(yùn)行第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)，使第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)制備壓縮空氣并使制備的壓縮空氣分別儲(chǔ)存在第一儲(chǔ)氣罐和第二儲(chǔ)氣罐中。當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)氣罐和第二儲(chǔ)氣罐被充滿(儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)定最大壓力)時(shí)，第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)停止，由此可使第一儲(chǔ)氣罐和第二儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存足夠的壓縮空氣，以為噴射空氣從而冷卻動(dòng)軸做準(zhǔn)備。

待啟動(dòng)發(fā)電機(jī)3后，發(fā)電機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)使動(dòng)軸10、軸承20不斷地產(chǎn)生熱量，從而使動(dòng)軸10、軸承20溫度不斷升高。

步驟s2：檢測(cè)軸承20的溫度是否高于預(yù)定溫度閾值(例如，60攝氏度)，可在動(dòng)軸10或軸承20的特定位置處設(shè)置溫度傳感器，以檢測(cè)對(duì)應(yīng)位置處的溫度。

步驟s3：如果在步驟s2中檢測(cè)到軸承20的溫度高于該預(yù)定溫度閾值，則控制第一開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟并且使第一壓縮機(jī)運(yùn)行，使儲(chǔ)存在第一儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣被供應(yīng)至第一噴射頭121a，以通過(guò)對(duì)流傳熱對(duì)動(dòng)軸10進(jìn)行冷卻，進(jìn)而冷卻軸承20。

步驟s4：確定第一噴射頭121a的噴射時(shí)間是否大于預(yù)定時(shí)間閾值(例如，30分鐘)，檢測(cè)第一儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力是否低于第一預(yù)定壓力，并檢測(cè)軸承20的溫度是否高于該預(yù)定溫度閾值。

步驟s5：如果在步驟s4中確定第一噴射頭121a的噴射時(shí)間大于該預(yù)定時(shí)間閾值，或者第一儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力低于第一預(yù)定壓力，且軸承20的溫度高于該預(yù)定溫度閾值，則控制第一開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉并控制第二開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟，同時(shí)使第二壓縮機(jī)運(yùn)行，使儲(chǔ)存在第二儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣被供應(yīng)至第二噴射頭121b，以對(duì)動(dòng)軸10進(jìn)行冷卻，進(jìn)而冷卻軸承20，同時(shí)第一壓縮機(jī)轉(zhuǎn)而對(duì)第一儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存壓縮空氣，待第一儲(chǔ)氣罐被充滿(第一儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力大于第二預(yù)定最大壓力)時(shí)，第一壓縮機(jī)停止。

步驟s6：確定第二噴射頭121b的噴射時(shí)間是否大于該預(yù)定時(shí)間閾值，檢測(cè)第二儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力是否低于所述第一預(yù)定壓力，并檢測(cè)軸承20的溫度是否高于該預(yù)定溫度閾值。

如果確定第二噴射頭121b的噴射時(shí)間大于該預(yù)定時(shí)間閾值，或者第二儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力低于所述第一預(yù)定壓力，且軸承20的溫度高于該預(yù)定溫度閾值，則控制第二開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉并返回步驟s3，控制第一開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟，同時(shí)使第一壓縮機(jī)運(yùn)行，使儲(chǔ)存在第一儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣被供應(yīng)至第一噴射頭121a，以對(duì)動(dòng)軸10進(jìn)行冷卻，進(jìn)而冷卻軸承20，同時(shí)第二壓縮機(jī)轉(zhuǎn)而對(duì)第二儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存壓縮空氣，待第二儲(chǔ)氣罐被充滿(第二儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力大于第二預(yù)定最大壓力)時(shí)，第二壓縮機(jī)停止。本發(fā)明通過(guò)利用由壓縮機(jī)制備的壓縮空氣對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)軸進(jìn)行冷卻，進(jìn)而冷卻軸承，并使用于噴射壓縮空氣的噴射頭121直接指向形成于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)軸10的凹入部，可使該凹入部得到充分冷卻，進(jìn)而有效地冷卻動(dòng)軸10和軸承20。

另外，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，控制器可基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的軸承溫度和/或動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速而自動(dòng)調(diào)整噴射頭121的噴氣方向和/或噴氣量。例如，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，當(dāng)軸承溫度比較高時(shí)，除了上述的通過(guò)交替使用壓縮機(jī)來(lái)充分地對(duì)動(dòng)軸10進(jìn)行冷卻進(jìn)而冷卻軸承20之外，還可以使控制器響應(yīng)于軸承溫度較高，而自動(dòng)調(diào)整噴射頭121的噴氣量使較多的壓縮空氣用于冷卻，該控制策略可疊加到上述的控制步驟中或單獨(dú)使用。

另外，如上文所述的通過(guò)提高流體相對(duì)于待冷卻部件的速度，能夠顯著提高對(duì)流換熱效率，本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可使控制器基于動(dòng)軸10的轉(zhuǎn)速，而自動(dòng)調(diào)整噴射頭121的噴氣方向和/或噴氣量，例如，當(dāng)動(dòng)軸10的轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可調(diào)整噴射頭121的噴氣方向使壓縮空氣在動(dòng)軸10的周向方向上的速度分量(與動(dòng)軸內(nèi)壁11的旋轉(zhuǎn)方向相反)增大和/或使噴射頭121的噴氣量增大，從而增強(qiáng)冷卻效果。

圖7示出了采用仿真驗(yàn)證壓縮空氣冷卻軸系的所得到的溫度云圖，設(shè)定空氣流速為10m/s，動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為14rpm/s，噴射頭121、122與橫梁的角度為60度。可以從圖7中得出，冷卻前，軸系的最高溫度(軸承處)為362開(kāi)爾文(相當(dāng)于89攝氏度)，冷卻后，軸系的最高溫度(軸承處)為354開(kāi)爾文(相當(dāng)于81攝氏度)，通過(guò)壓縮空氣的噴射，軸系的最高溫度冷卻后比冷卻前降低了8度。

本發(fā)明通過(guò)利用壓縮空氣對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)軸進(jìn)行冷卻，并使用噴射壓縮空氣的噴射頭直接朝向形成于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)軸的凹入部，可使該凹入部得到充分冷卻，進(jìn)而有效地冷卻軸承部分。

另外，本發(fā)明在用于噴射壓縮空氣的噴射頭在保持靜止的情況下，利用壓縮空氣通過(guò)對(duì)流傳熱對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)軸進(jìn)行冷卻，冷卻后的動(dòng)軸進(jìn)而冷卻設(shè)置在動(dòng)軸和定軸之間的軸承，在動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的作用下，可使壓縮空氣充分且均勻地噴射到動(dòng)軸上，進(jìn)而使整個(gè)軸承得到充分且均勻的冷卻。

另外，本發(fā)明通過(guò)將噴射壓縮空氣的噴射頭設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的靜止部件上并使噴射頭設(shè)置在動(dòng)軸的凹入部附近，使軸系冷卻裝置安裝便利、節(jié)省空間，同時(shí)可以在軸系冷卻裝置保持不動(dòng)的情況下對(duì)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)軸進(jìn)行充分且針對(duì)性強(qiáng)的冷卻，進(jìn)而可以有效地降低軸承的溫度。

此外，本發(fā)明通過(guò)使用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上壓縮空氣供應(yīng)裝置進(jìn)行輪換地冷卻動(dòng)軸進(jìn)而冷卻軸承，可以使制備壓縮空氣的壓縮機(jī)不會(huì)持續(xù)工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而大大增加壓縮機(jī)的壽命，進(jìn)而減小維修或更換次數(shù)，同時(shí)使用儲(chǔ)氣罐來(lái)儲(chǔ)存足量的壓縮空氣，可確保均勻且充足的壓縮空氣可用于冷卻軸系。

雖然已經(jīng)顯示和描述了示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行修改，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。