TW201727054A

TW201727054A - 風力發電系統

Info

Publication number: TW201727054A
Application number: TW106101028A
Authority: TW
Inventors: Shingo Inamura; Takahiko Sano; Kazuhiro Ozeki
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2017-08-01
Also published as: TWI637107B; WO2017122337A1

Abstract

目的在於提供一種可應對潤滑脂或油的漏出之風力發電系統。為解決上述問題，其特徵為，具備：葉片(1)，承受風而旋轉；及輪轂(2)，支撐葉片(1)；及軸承(3)，支撐輪轂(2)的荷重；及潤滑脂收納空間(9)，和軸承(3)相接並且收納潤滑脂或油；及潤滑脂滯留處(10)，連通至潤滑脂收納空間(9)；及輸送手段(12)，將滯留於潤滑脂滯留處(10)的潤滑脂或油輸送至潤滑脂收納空間(9)。

Description

風力發電系統

本發明有關風力發電系統，特別是有關對主軸鄰近的軸承的潤滑脂(grease)或油的漏出進行應對者。

風力發電系統，身為可再生能源的要角，正廣泛推展導入。風力發電系統中，透過由葉片所構成之輪轂的旋轉而對主軸傳遞旋轉動力，令發電機旋轉，藉此進行發電運轉。在主軸設置有軸承，支撐主軸的旋轉運動。為了將主軸以旋轉荷重來支撐，軸承多會使用滾動軸承，為使該軸承的潤滑性能充分發揮係封入有潤滑脂或油。因此必須設置密封構造，避免軸承中封入的潤滑脂或油洩漏，並且避免異物從外部侵入。作為軸承潤滑用的潤滑脂或油之洩漏防止方法，一般而言，有迷宮(labyrinth)構造、油封等密封機構，有將它們單獨或組合加以實施之方法。

此處，針對風力發電裝置中的軸承的潤滑機構，專利文獻1中有所記載。專利文獻1中記載，作為複合滑動軸承的潤滑機構，係設計成在內環於其內徑面的中央部位有給油溝、及穿設和該給油溝連通而將內環於徑方向貫通之給油孔，從前述給油溝經由給油孔供給潤滑油至供外環滑動之軸承墊片的滑動面。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：國際公開2013-191163號公報

風力發電系統，於發電運轉中，葉片或輪轂在旋轉面外也可能承受力，這樣的傾斜也會傳遞至主軸或稱為增速機之傳動系統(drivetrain)。在此情形下，潤滑脂或油會從規定的潤滑脂收納空間漏出。此處，專利文獻1有關潤滑油的給油，針對從潤滑脂收納空間漏出的潤滑脂或油之應對並未提及。

鑑此，本發明中是以提供一種可應對潤滑脂或油的漏出之風力發電系統為目的。

為解決上述問題，本發明之風力發電系統，其特徵為，具備：葉片，承受風而旋轉；及輪轂，支撐前述葉片；及軸承，支撐前述輪轂的荷重；及潤滑脂收納空間，和前述軸承相接並且收納潤滑脂或油；及潤滑脂滯留處，連通至前述潤滑脂收納空間；及輸送手段，將滯留於前述潤滑脂滯留處的前述潤滑脂或油輸送至前述潤滑脂收納空間。

按照本發明，便可提供一種可應對潤滑脂或油的漏出之風力發電系統。

1‧‧‧葉片

2‧‧‧輪轂

3‧‧‧軸承

4‧‧‧主軸

5‧‧‧增速機

6‧‧‧軸承箱

7‧‧‧軸承護圈

8‧‧‧密封機構

9‧‧‧潤滑脂收納空間

10‧‧‧潤滑脂滯留處

11‧‧‧間隙

12‧‧‧潤滑脂擠出機構

13‧‧‧潤滑脂或油的流向

14‧‧‧旋轉方向

15‧‧‧導引構件(相向部)

16‧‧‧傾斜部

17‧‧‧固定主軸

18‧‧‧導引構件(壁面部)

19‧‧‧機艙

20‧‧‧塔架

21‧‧‧貫通孔

22‧‧‧框架

23‧‧‧開口部

[圖1]風力發電系統的外觀示意全體圖。

[圖2]實施例1之風力發電系統當中，輪轂與主軸的連接關係示意圖。

[圖3]實施例1之風力發電系統當中，軸承周邊的構造示意圖。

[圖4]實施例1之風力發電系統當中，軸承周邊及潤滑脂及油的輸送方法示意圖。

[圖5]實施例1之風力發電系統當中，軸承周邊及潤滑脂及油的輸送方法示意圖。

[圖6]實施例1之風力發電系統當中，輸送潤滑脂及油的潤滑脂擠出機構示意圖。

[圖7]實施例2之風力發電系統當中，輪轂與主軸的連接關係示意圖。

以下，利用圖1~圖7說明用以實施上述本發明之合適的實施形態。下述僅為實施例，其主旨並非意圖讓發明內容被解釋成限定於該特定態樣。

實施例1

利用圖1至圖6說明實施例1。如圖1所示，風力發電系統，概略由承受風而旋轉之葉片1、及供葉片1緊固而支撐之輪轂2、及將輪轂2可旋轉地支撐之機艙(nacelle)19、及支撐機艙19的荷重之塔架(tower)20所構成。機艙19，相對於塔架20係在水平面內可旋轉地受到支撐，因應風向而令其旋轉驅動。藉由此構成，能夠因應風向來改變機艙19的朝向，葉片1能夠效率良好地接收到風。

圖2為用來說明輪轂2與主軸4的連接機構之圖，相當於圖1中以虛線圍繞之部位。如該圖所示，本實施例中的風力發電系統，具有：葉片1；及輪轂2，支撐葉片1，並且承受風而與葉片1共同旋轉；及主軸4，連接至輪轂2，並且伴隨輪轂2的旋轉而旋轉；及增速機5，連接至主軸4而使旋轉速度增速。主軸4係藉由軸承3而可旋轉地受到支撐。軸承3，支撐輪轂2的荷重。在增速機5，雖未圖示但連接有發電機，藉由以增速機5而提升了旋轉速度之旋轉動力來使發電機的轉子驅動，做發電運轉。

圖3至圖5，為用來說明軸承3周邊的構造之圖。圖3為以圖2的虛線圍繞之軸承3的詳細圖。圖4為從圖3的A-A之截面觀察時之圖。又，從圖4的B-B之截面觀察時之圖即為圖3。圖5為從圖4的C-C之截面觀察時之軸承3周邊的構造。軸承3相對於主軸為略對稱，針對相反側亦同樣地配置。承受風而旋轉的主軸4，是藉由一個或複數個軸承3而可旋轉地受到支撐。軸承3，被收納於軸承箱6，藉由軸承護圈7而被固定，以免在主軸4的軸方向(圖3中的左右方向)發生移位。藉由此構造，即使主軸4旋轉也不會軸晃盪而可圓滑地旋轉。

在軸承護圈7設置油封等之密封機構8，防止潤滑脂或油的洩漏。具體而言，係配置成覆蓋下述間隙11。為了對軸承3供給潤滑脂或油，備有潤滑脂收納空間9，其和軸承3相接並且收納潤滑脂或油。潤滑脂或油係為了抑制主軸4與軸承3之摩擦而設置。伴隨此，可達成主軸4的圓滑的旋轉。潤滑脂滯留處10設於軸承護圈7內，透過同樣設於軸承護圈7內之間隙11而與潤滑脂收納空間9連結。間隙11還設於相對於潤滑脂滯留處10而言和潤滑脂收納空間9相反側。為了防止潤滑脂從還設於和此潤滑脂收納空間9相反側之間隙11漏出，設有前述密封機構8。

此外，潤滑脂滯留處10相對於間隙11而言具備分別朝內徑側及外徑側延展之空間，以免間隙11當中從靠近潤滑脂收納空間9之側逐漸侵入至潤滑脂滯留處10之潤滑脂直接漏出至比軸承箱6還外部。

在軸承3的周圍封入有潤滑用的潤滑脂或油，但在潤滑脂滯留處10一開始並未封入有潤滑脂或油。此處，風車轉子於發電運轉中等會承受風而旋轉，但因風的變動或方位角(azimuth)不同，各葉片受到的力有所差異，因此會往旋轉面外傾斜。這樣的傾斜也會傳遞至和風車轉子連接之主軸等。因風的變動或方位角不同而各葉片受到的力有所差異，造成主軸4傾斜，藉此因其他零件而造成收納空間9被壓窄、或被拉寬的情形下，潤滑脂會從收納空間9通過間隙11。在此情形下同樣地，潤滑脂或油會往潤滑脂滯留處10流動，發揮油避道之功能。又本實施例中，設置油封用的密封機構8，可更加減低潤滑脂等的漏出。

如圖4所示，軸承護圈7，具備跨越至潤滑脂收納空間9及潤滑脂滯留處10，用來將滯留於潤滑脂滯留處10的潤滑脂予以擠出之擠出機構12。符號14表示旋轉方向。而擠出機構12藉由軸承護圈7被固定，設於主軸4的外周。擠出機構12，藉由軸承護圈7被固定，因此能夠伴隨主軸4的旋轉而與潤滑脂滯留處10的底面相對地旋轉。利用該相對旋轉運動將滯留於油滯留處的油往潤滑脂收納空間9送回。此時，擠出機構12是利用輪轂2的旋轉動力將潤滑脂等送回，因此不需要追加的動力。

此處，油封等的密封機構8相對於潤滑脂滯留處10而言是設置於和潤滑脂收納空間9相反側，構成為防止潤滑脂或油漏往外部。藉由此構造，能夠防止僅未能藉由擠出機構12擠出的潤滑脂或油在密封機構8從軸承3漏出。

此外如圖5所示，擠出機構12的下端部，設置在比密封機構8還低的位置，而設計成讓滯留於潤滑脂滯留處10的潤滑脂或油無法立即往密封機構8流出之構造。此外潤滑脂滯留處10本身亦位於比導通至密封機構8的間隙11還下方，因此不會立即往密封機構8流出。藉由此構造，當主軸4旋轉時，在擠出機構12到達至潤滑脂滯留處10的潤滑脂或油所滯留之處的期間，會滯留於潤滑脂滯留處10，可防止往密封機構8側流出。

圖6為本實施例中的擠出機構12說明圖。此處，擠出機構12，為了去除滯留於潤滑脂滯留處10的潤滑脂或油，擠出機構12相對於潤滑脂滯留處10的底面而言係具有傾斜部16，並具有將藉由該傾斜部16而被去除的潤滑脂或油朝向潤滑脂收納空間9導引之導引構件。導引構件，例如理想是設有相對於主軸4的旋轉方向而言將潤滑脂引流之相向部15，且在密封機構側設有和主軸4的旋轉方向略平行之壁面部18以避免潤滑脂或油被導引往密封機構8。相向部15，可設置成從相對於主軸4的旋轉方向而言垂直之方向稍微朝與壁面部18之間的角度變大之方向傾斜(比0度大而未滿180度)。藉由傾斜部 16傾斜，能夠將潤滑脂或油以從下方抬起之方式予以舀起。然後，將舀上來的潤滑脂等藉由導引構件的壁面部18予以誘導，從相向部15送回。藉由壁面部18的存在，除能導引舀上來的潤滑脂，還能防止往非設想欲藉由相向部15送回的方向之方向流動。壁面部18，係愈接近傾斜部16側則承受口愈變廣，而呈一廣泛地納入潤滑脂等之後，朝向相向部15將厚度增加之形狀。如此一來，能夠實現將更多的潤滑脂等平順地送回。本實施例中，擠出機構12相當於用來將潤滑脂或油往潤滑脂收納空間9輸送之輸送手段。當然、此處所說的垂直或平行不須嚴謹。只要可發揮送回的功能即可。另，擠出機構12也可在軸承護圈7設有複數個。

說明如上述般構成之風力發電系統中的發電時的潤滑脂的流向。發電中因風變動、或方位角不同而各葉片承受的力有所差異，葉片1及輪轂2的往旋轉面外之傾斜也會傳遞至主軸等，造成主軸4傾斜。由於此一往旋轉面外之傾斜，收納空間9會被壓窄，或被拉寬。故，潤滑脂收納空間9中收納著的潤滑脂或油，會從收納空間9通過間隙11往潤滑脂滯留處10流動。潤滑脂滯留處10位於比導通至密封機構8的間隙11還下方，因此潤滑脂或油會暫時滯留於潤滑脂滯留處10。然後，在潤滑脂或油滯留於潤滑脂滯留處10的期間，伴隨主軸4之旋轉，擠出機構12會到達至潤滑脂滯留處10。藉由擠出機構12，滯留於潤滑脂滯留處10的潤滑脂或油，會通過潤滑脂收納空間側的間隙11而被送回潤滑脂收納空間11。另一方面，未被擠出機構12擠出，而從潤滑脂滯留處10溢出的潤滑脂或油會通過密封機構8側的間隙11，而被導通至密封機構8，但藉由密封機構8會防止往外部之洩漏。

按照本實施例之風力發電系統，能夠減低潤滑脂或油的漏出，可防止因潤滑脂或油的漏出而潤滑脂/油不足而造成軸承損傷。此外，能夠減低潤滑脂或油的漏出，故可削減潤滑脂或油的消費量。又，由於潤滑脂或油的漏出減低，能夠拉長潤滑脂或油更換或補充期間，可簡化維護/維修。

實施例2

本實施例中，並非如實施例1般在旋轉的主軸設置軸承，而是在另行設於旋轉的主軸的外側之固定主軸設置軸承。另，針對和實施例1同樣的構成省略之。

圖7為用來說明輪轂與旋轉主軸的連接機構之圖，相當於圖1中以虛線圍繞之部位。如該圖所示，本實施例中的風力發電系統，具有：葉片1；及輪轂2，支撐葉片1，並且與葉片1共同旋轉；及主軸4，連接至輪轂2，並且伴隨輪轂2的旋轉而旋轉；及增速機5，連接至主軸4而使旋轉速度增速；及固定用主軸17，在主軸4的外徑側，相對於主軸4而言隔著空隙而配置；及框架22，支撐固定用主軸17並且連接至塔架20。在增速機 5，雖未圖示但連接有發電機，藉由以增速機5而提升了旋轉速度之旋轉動力來使發電機的轉子驅動，做發電運轉。又，主軸4直接連接至輪轂2內部的階差部。此外，在主軸4，具有貫通孔21以供輪轂內部的電氣機器控制用的電線或配管用。

以將主軸4的一部分予以內包之方式連接至框架22之固定用主軸17係不旋轉，在輪轂2與固定用主軸17之間設有2個軸承3，支撐葉片1及輪轂2的重量。

輪轂2，針對主軸4的軸方向，在和增速機5相反側具有開口部23。主軸4的最大徑，比開口部23的內徑還小，可藉由開口部23將主軸4搬入至輪轂2的內部。

主軸4的內外徑，針對主軸4的軸方向，為從增速機5側朝與輪轂2之連接面側擴寬之喇叭口(bellmouth)形狀，由此旋轉主軸的內外徑差所構成之主軸4的板厚，係從增速機5側愈接近與輪轂2之連接面愈變薄。且，僅在主軸4與輪轂2的螺栓緊固部鄰近呈較厚之形狀。此主軸4的輪轂側連接部鄰近的柔和的喇叭口形狀部係局部地變形，藉此，呈一針對主軸4的軸方向與徑方向雙方可吸收欠對準(mis-alignment)之構造。另，上述厚度的設定是為了進一步提高此吸收力。

軸承3，相對於主軸4而言略對稱地配置複數個，係支撐固定主軸17而非旋轉的主軸4，這點和實施例1相異。但，軸承3周邊的構造基本上和實施例1相同。外輪驅動的情形下，輪轂2相對於固定主軸17而旋轉，故軸承箱的面向在圖中係和實施例1上下相反。實施例1中說明之軸承的機構，亦可適合於外側的軸承旋轉之外輪驅動的情形，能夠和實施例1獲得同樣的效果。

此外上述各實施例中，是利用主軸4的相對於擠出機構12之相對性的旋轉運動來將潤滑脂滯留處10的潤滑脂擠出，但亦可為其他動力。例如，亦可將泵浦設置於軸承周圍(具體而言例如如同擠出機構12般，能夠跨越至潤滑脂收納空間9及潤滑脂滯留處10而具備軸承護圈7)，利用電力或油壓等外部動力來擠出至潤滑脂收納空間9。此時設置之泵浦的數量可為一個或複數個。