风力发电机的轴承保护方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机的轴承保护方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 风力发电机的叶轮驱动与之联接的发电机转子的转子轴转动，发电机的定子主轴 与塔筒底座连接。在发电机转子的转子轴与定子主轴之间设置有滚动轴承，以满足传递载 荷的要求，及支撑定子与转子之间的相对运动，以实现电能量转换的目的。
[0003] 轴承是整个风力发电机中能量传递系统中非常重要的部件，由于常年受到变载荷 及强阵风的冲击，轴承又是风力发电机中最薄弱的环节之一。
[0004] 实际应用中发现，在冬季或高寒低温地区，风力发电机的轴承很容易因磨损而失 效。
[0005] 轴承的寿命关系到整台发电机的寿命，轴承一旦失效，无法在空中更换，因此，一 旦轴承失效，更换成本巨大。
[0006] 有鉴于此，在低温环境下，如何减缓风力发电机的轴承磨损，降低轴承失效率，是 本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种风力发电机的轴承保护方法及装置，该方法及装置能够 在低温环境下，减缓风力发电机的轴承磨损，降低轴承失效率，从而节省成本。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机的轴承保护方法，所述风力发 电机的定子主轴与发电机转子的转子轴之间设置有轴承，所述定子主轴、所述轴承及所述 转子轴形成所述风力发电机的轴系；在所述轴系的径向与所述轴承对应的位置设置热源； 所述轴承保护方法包括：
[0009] 当所述风力发电机连续停机预定时间，且环境温度在预设温度范围内时，启动所 述热源以沿所述轴系的径向建立温度场，所述温度场的温度自所述转子轴、所述轴承至所 述定子主轴依序升高，并通过对所述温度场的控制，使所述轴承的润滑脂达到设定流态化 温度；
[0010]再启动所述风力发电机。
[0011] 可选的，在所述定子主轴的内腔壁面对应于所述轴承的位置设置电热源。
[0012] 可选的，所述温度场的控制方法如下：
[0013] 通过对所述电热源输出热流密度的控制，先使所述定子主轴的内腔壁面升温至预 设壁温区间，再使所述定子主轴的内腔壁面温度维持在该预设壁温区间。
[0014] 可选的，所述电热源输出热流密度的上限值为
式中：
[0015] q为电热源输出热流密度的上限值；
[0016] λ为定子主轴材质的导热系数；
[0017] U1为定子主轴内腔壁面恒壁温控制的设定值；
[0018] to为定子主轴内表面的初始温度；
[0019] a为定子主轴材质的热扩散率；
[0020] T1为第一时间变量。
[0021 ]可选的，所述温度场的控制方法如下：
[0022] 通过对所述电热源输出热流密度的控制，对所述定子主轴的内腔壁面进行变温控 制，所述定子主轴的内腔壁面温度的上限值为其能够承受的最大值。
[0023] 可选的，所述电热源输出热流密度的上限值为
式中：
[0024] q为电热源输出热流密度的上限值；
[0025] λ为定子主轴材质的导热系数；
[0026] U2为定子主轴内腔壁面温度的上限值；
[0027] to为定子主轴内表面的初始温度；
[0028] a为定子主轴材质的热扩散率；
[0029] τ2为第二时间变量。
[0030] 可选的，所述电热源的额定功率设为
式中：
[0031] A为电热源与定子主轴内腔壁面的接触面积；
[0032] τ为加热时长；
[0033] P为定子主轴材质的密度；
[0034] c为定子主轴材质的比热容；
[0035] λ为定子主轴材质的导热系数；
[0036] U为定子主轴内腔壁面的上限温度；
[0037] to为定子主轴内腔壁面的初始温度。
[0038] 可选的，所述电热源的额定功率具体为
式中：
[0039] λ为定子主轴材质的导热系数；
[0040] a为定子主轴材质的热扩散率。
[0041] 可选的，所述轴承的润滑脂温度达到设定流态化温度后，还判断所述风力发电机 的其余启动条件是否满足：
[0042] 若所述风力发电机的其余启动条件满足，启动所述风力发电机，并在所述风力发 电机连续工作时间超过预设时间后，关闭所述温度场；
[0043] 若所述风力发电机的其余启动条件不满足，通过对所述温度场的控制，使所述轴 承的润滑脂保持在设定流态化温度。
[0044]本发明还提供一种风力发电机的轴承保护装置，所述风力发电机的定子主轴与发 电机转子的转子轴之间设置有轴承，所述定子主轴、所述轴承及所述转子轴形成所述风力 发电机的轴系;所述轴承保护装置包括：
[0045] 热源，其设置于所述轴系的径向与所述轴承对应的位置；
[0046] 检测模块，用于获取所述风力发电机的连续停机时间和环境温度；
[0047]控制模块，与所述检测模块通信连接，用于在所述风力发电机的连续停机时间达 到预定时间，且环境温度在预设温度范围内时，输出启动所述热源以建立温度场的控制信 号，所述温度场的温度自所述转子轴、所述轴承至所述定子主轴依序升高，并通过对所述温 度场的控制，使所述轴承的润滑脂达到设定流态化温度;所述轴承的润滑脂达到设定流态 化温度后，还输出轴承启动条件满足的控制信号至所述风力发电机。
[0048] 可选的，所述热源为电热源，所述电热源设置于所述定子主轴的内腔壁面对应于 所述轴承的位置；
[0049] 所述控制模块能够启动或关闭所述电热源，并能够对所述电热源输出热流密度进 行控制，以实现对所述温度场的控制。
[0050] 可选的，所述控制模块还用于在接收所述风力发电机反馈的所述风力发电机启动 信号后，在所述风力发电机连续工作时间超过预设时间时，输出关闭所述电热源的控制信 号;或在接收所述风力发电机反馈的所述风力发电机无法启动的信号后，通过对所述电热 源输出热流密度的控制，使所述轴承的润滑脂保持在设定流态化温度。
[0051] 可选的，所述电热源为电热元件，其通过交流调压电路供电产热。
[0052]可选的，所述电热元件预埋有检测所述定子主轴内腔壁面温度的温度传感器，所 述控制模块根据所述温度传感器的反馈值控制所述交流调压电路。
[0053]可选的，所述电热元件的轴向长度为所述轴承内圈的宽度的3~4倍。
[0054]可选的，所述电热源的空腔侧设置有热绝缘和电绝缘材料层。
[0055] 可选的，所述控制模块还通过对所述电热源输出热流密度的控制，使所述定子主 轴的内腔壁面温度先升温至预设壁温区间，再维持在该预设壁温区间。
[0056] 可选的，所述电热源输出热流密度的上限值为
式中：
[0057] q为电热源输出热流密度的上限值；
[0058] λ为定子主轴材质的导热系数；
[0059] U1为定子主轴内腔壁面恒壁温控制的设定值；
[0060] to为定子主轴内表面的初始温度；
[0061] a为定子主轴材质的热扩散率；
[0062] T1为第一时间变量。
[0063] 可选的，所述控制模块还通过控制所述电热源的输出热流密度，以对所述定子主 轴的内腔壁面进行变温控制，所述定子主轴的内腔壁面温度的上限值为其能够承受的最大 值。
[0064] 可选的，所述电热源输出热流密度的上限值为
式中：
[0065] q为电热源输出热流密度的上限值；
[0066] λ为定子主轴材质的导热系数；
[0067] U2为定子主轴内腔壁面温度的上限值；
[0068] to为定子主轴内表面的初始温度；
[0069] a为定子主轴材质的热扩散率；
[0070] τ2为第二时间变量。
[0071] 可选的，所述电热源的额定功率为
式中：
[0072] A为电热源与定子主轴内腔壁面的接触面积；
[0073] τ为加热时长；