风力发电机组及其主轴承冷却系统、冷却控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电机组冷却设备领域，尤其涉及一种风力发电机组及其主轴承冷却系统、冷却控制方法。
【背景技术】
[0002]风力发电机组的大型化已逐步成为趋势，在风力发电机组的大型化中必然带来其主轴承的大型化，使得主轴承的载荷急剧增大，给主轴承的安全可靠运行带来许多挑战。其中主轴承的运行温度是其可靠运行的重要因素。为了确保风力发电机组主轴承的合理寿命，除了在设计、制造加工和装配上充分考虑相关要求外，应该将该主轴承的现场运行温度控制在合理范围，才能避免主轴承的过早失效而给发电公司带来巨大的经济损失。
[0003]论文《电机轴承风冷散热》提出了将发电机后风扇的叶片适当加长加宽来把轴承的热量带走的技术方案。但是一般风力发电机组采用双轴承结构，设置于其后端的风扇可能将后轴承的热量带走，但是对前轴承的散热效果有限。
[0004]另外一种方式是采用蒸发冷却的方式来冷却轴承，也即通过在轴承上设置液体冷却管路，利用冷却介质的蒸发来冷却轴承。这种方式虽然能降低轴承的温度，但是结构复杂，冷却介质还存在泄漏的风险。
[0005]再一种方式是采用加装散热片的方式对轴承散热。但是这种轴承冷却方式浪费材料，对散热材料的利用率低，当轴承发热量较大时，散热效果较差。
[0006]还有一种方式是使用新型的轴承的内圈结构，通过内圈上的孔将热量通过自然对流的方式将热量散发，这种方式没有进行强制散热冷却，散热效果有限。
[0007]综上所述，现有的轴承冷却方式冷却效果差，对保证轴承可靠性的效果不佳。
【发明内容】
[0008]本发明的实施例提供一种风力发电机组及其主轴承冷却系统、冷却控制方法，以解决风力发电机组的主轴承冷却效果不佳的问题。
[0009]为达到上述目的，本发明的实施例提供一种风力发电机组主轴承冷却系统，包括:半导体冷却部，其具有吸热的冷端和放热的热端，冷端与被冷却的主轴承连接;供电控制部，其与半导体冷却部连接，向半导体冷却部供电并控制半导体冷却部。
[0010]进一步地，供电控制部包括电源和与电源连接的控制器，半导体冷却部与控制器连接。
[0011]进一步地，风力发电机组主轴承冷却系统还包括导电滑环，导电滑环具有转动端和固定端，转动端与半导体冷却部连接，固定端与电源连接。
[0012]进一步地，风力发电机组主轴承冷却系统还包括检测主轴承温度的检测部，检测部与控制器连接并将检测的温度信息传递给控制器。
[0013]进一步地，检测部包括温度传感器，温度传感器检测主轴承的外圈温度。
[0014]进一步地，半导体冷却部包括多个半导体热电偶，多个半导体热电偶串联或并联形成多级热电堆。
[0015]进一步地，多级热电堆为三级热电堆，第一级热电堆包括一个半导体热电偶，第二级热电堆包括两个半导体热电偶，且第一级热电堆的半导体热电偶与第二级热电堆的半导体热电偶之间并联;第三级热电堆包括三个半导体热电偶，且第三级热电堆的半导体热电偶与第二级热电堆的半导体热电偶之间串联，第三级热电堆的半导体热电偶与第二级热电堆的半导体热电偶之间设置有电绝缘导热层。
[0016]根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，包括机舱、连接在机舱上的定轴、设置在定轴内的主轴承、穿设在主轴承内的动轴，该风力发电机组还设置有上述的主轴承冷却系统。
[0017]进一步地，主轴承冷却系统的半导体冷却部的冷端固定设置在动轴的内壁面上。
[0018]根据本发明的另一方面，提供一种冷却控制方法，该冷却控制方法用于控制上述的风力发电机组主轴承冷却系统，其包括如下步骤:采集主轴承外圈的温度信息；比较温度信息和第一预设温度值T1，若温度信息大于第一预设温度值T1且持续时间大于第一预设时间tl，则向半导体冷却部供电。
[0019]进一步地，在向半导体冷却部供电时，使半导体冷却部1持续运行第二预设时间t2，之后还包括如下步骤:采集主轴承外圈的温度信息；比较温度信息和第二预设温度值T2，若温度信息小于第二预设温度值T2且持续时间大于第三预设时间t3，则终止向半导体冷却部供电。
[0020]本发明的实施例的风力发电机组主轴承冷却系统利用半导体冷却部对风力发电机组的主轴承进行冷却，利用供电控制部对半导体冷却部进行控制，可以实现自动智能地对风力发电机组的主轴承进行冷却，且此种冷却方式可靠性高，冷却效果好，无噪音，无振动。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的实施例的风力发电机组的结构示意图；
[0022]图2为本发明的实施例的多级电热堆的原理示意图；
[0023]图3为本发明的实施例的冷却控制方法的流程图。
[0024]附图标记说明:
[0025]1、半导体冷却部；11、冷端；12、热端；13、电绝缘导热层;2、主轴承;3、供电控制部；31、电源;32、控制器;4、导电滑环;5、温度传感器;6、机舱;8、动轴。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明实施例的风力发电机组及其主轴承冷却系统、冷却控制方法进行详细描述。
[0027]如图1所示，风力发电机组包括机舱6、连接在机舱6上的定轴、设置在定轴内的主轴承2和穿设在主轴承2内的动轴8等。其中，主轴承2的外圈安装在定轴孔内，与定轴一起保持静止，主轴承2的内圈安装在动轴8上，随动轴8—起转动。动轴8与转子支架和叶轮系统相连，随着叶轮系统旋转。在风力发电机组的工作过程中，主轴承2会产生发热现象，使得主轴承的运行温度超过其适合的工作温度范围，造成主轴承2寿命降低、可靠性降低。为了确保主轴承2可以在合适的温度范围内工作，需要对主轴承2进行冷却。在本实施例中，采用风力发电机组主轴承冷却系统对主轴承2进行冷却。
[0028]根据本发明的实施例，风力发电机组主轴承冷却系统包括半导体冷却部1和供电控制部3。其中，半导体冷却部1具有吸热的冷端11和放热的热端12，冷端11与被冷却的主轴承2连接，根据热传导原理，利用半导体冷却部1的冷端吸收主轴承2的热量，使其温度降低实现对主轴承2的有效冷却，进而保证主轴承2的工作温度在一个合适的范围内，以确保其使用寿命。供电控制部3与半导体冷却部1连接，向半导体冷却部1供电，以使其工作，并控制半导体冷却部1。
[0029]在本实施例中，利用半导体冷却部1有针对性地对风力发电机组的主轴承进行冷却，确保主轴承2可以被有效冷却，进而确保主轴承2的工作温度。
[0030]具体地，半导体冷却部1的冷端11固定设置在动轴8的内壁面上。由于动轴8与主轴承2的内圈过盈配合，主轴承2的外圈与内圈之间通过转动体连接，因此通过热传导原理，半导体冷却部1的冷端11能够吸收主轴承2的外圈的热量，并对主轴承2进行冷却。
[0031]半导体冷却部1的冷却原理是:将一个P型半导体元件和一个N型半导体元件连接形成一个热电偶。当其通电时，热电偶一端的电流方向是从N极到P极(N-P)，此端温度降低，且吸收热量，形成半导体冷却部1的冷端11。热电偶的另一端的电流方向是从P极到N极(P-N)，此端温度升高，且放出热量，形成半导体冷却部1的热端12。通过供电控制部3向半导体冷却部1供电，并控制半导体冷却部1在需要时制冷，以在其冷端11形成低温区，使主轴承2的热量向半导体冷却部1的冷端11传递，进而使主轴承2的温度降低，实现对主轴承2的有效冷却。
[0032]如图2所示，半导体冷却部1包括多个半导体热电偶，多个半导体热电偶串联或并联形成多级热电堆。多级热电堆具有更大的制冷量，可以更加有效地冷却主轴承2。
[0033]在本实施例中，多级热电堆为三级热电堆，其第一级包括一个半导体热电偶，第二级包括两个半导体热电偶，且第一级的半导体热电偶与第二级的半导体热电偶之间并联，两级之间工作电压相同，由于级间既要导热又要导电，所以不需要级间电绝缘。第三级包括三个半导体热电偶，且第三级的半导体热电偶与第二级的半导体热电偶之间串联，两级之间的工作电流相同。为保证多级热电堆能够正常工作，第三级的半导体热电偶与第二级的半导体热电偶之间设置有电绝缘导热层13，以在确保能够进行热传导的情况下隔绝电流。电绝缘导热层13的导热系数大，能够减少级间传热温差所引起的损失。
[0034]优选地，在本实施例中，多级热电堆为多个，且沿动轴8的周向均匀布置，以实现最好的冷却效果。
[0035]如图2所示，第三级的三个半导体热电偶中，处于中间的一个半导体热电偶的N极上连接正极，P极上连接负极。
[0036]在本实施例中，供电控制部3包括电源31和与电源31连接的控制器32，半导体冷却部1与控制器32连接。电源31用于对半导体冷却部1进行供电。其可以是蓄电池、太阳能电池板或其他能够提供电能的部件。由于该冷却系统应用于风力发电机组中，因此，电源31可以是风力发电机组的供电系统。
[0037]控制器32用于对半导体冷却部1进行控制。控制器32可以是单独设置的单片机、微型计算机(PC)等。在本实施例中，控制器32为风力发电机组的主控制器，其为PLC控制器(可编程控制器)。该控制器32用于控制是否向半导体冷却部1供电和供电的电流大小。在本实施例中，控制器32为风力发电机组的主控系统的PLC控制器，其放在机舱6的主控柜内是整个系统的大脑，根据事先固化在PLC控制器内的程序来判断来自温度传感器5的温度数值，并根据阈值和时间来决定是否给电源31发指令或发送不同的指令来给多级热电堆供电或断电，从而自动地启动或停止多级热电堆。
[0038]由于该半导体冷却部1设置在风力发电机组的动轴8上，而电源31设置在风力发电机组的机舱6内，为了实现转动部分与固定部分的能量传递，风力发电机组主轴承冷却系统还包括导电滑环4，导电滑环4安装在风力发电机组的转子制动横梁上。导电滑环4具有转动端和固定端，转动端与半导体冷却部1连接，固定端与电源31连接，以便将电源31的电能传递到半导体冷