一种风力发电主轴系统
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，具体涉及一种风力发电主轴系统。
背景技术
风电机组常年在野外工作，工作条件恶劣、温度和湿度变化较大、受载情况复杂，因而要求风电轴承具有良好的耐冲击性、密封和润滑性、长寿命和高可靠性。风电轴承是风电机组的重要支承部件，对整个机组的寿命、性能和可靠性起着非常重要的作用。
风电机组中主轴承受的载荷来源主要有风机叶片及轮毂的重力载荷、主轴的自重载荷、主轴轴承的支撑力和推止力、风通过叶片以及轮毂作用在主轴上的惯性载荷及气动载荷等，因此主轴需要承受径向力和风力产生的轴向力。除此之外，由于风机工作环境的特殊性，随着风速的骤变，还会产生轴向冲击。风机主轴轴承内圈通过过盈配合与风机主轴安装在一起，轴承外圈固定在机架的专用支座上，所承受的轴向力由主轴的轴肩施加在轴承内圈的端面上
在运转轴承的滚子中一般只有一部分同时承受载荷，而这部分滚子所在的区域我们称之为轴承的承载区。轴承承受的载荷大小，运行游隙的大小都会对承载区产生影响。如果承载区范围太小，滚子在实际的运转中则容易发生打滑现象。
风电齿轮箱输入轴的转速一般在10-20转/分钟,由于转速比较低，导致输入轴轴承也就是行星架支撑轴承的油膜形成往往比较难。
随着风电机组单机容量和主轴直径越来越大以及权衡考虑机组性价比，主轴轴承价格非常高。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种风力发电主轴系统。
本实用新型的技术方案如下：一种风力发电主轴系统，包括风电主轴，所述风电主轴外套设有主轴壳体，所述主轴壳体与风电主轴之间设有锥形动静压滑动轴承，所述主轴壳体上设有进油通道，所述进油通道与锥形动静压滑动轴承相连接。
所述锥形动静压滑动轴承分为轴承内圈和轴承外圈，所述轴承外圈的外层为钢环，中部为铜合金层，内表面为摩擦层和涂层。
所述锥形动静压滑动轴承上设有一个或多个进油腔和中间环槽，各个进油腔用中间环槽连接，所述进油腔与锥形动静压滑动轴承的轴承内圈与轴承外圈的配合间隙相连通。
所述锥形动静压滑动轴承与主轴壳体之间设有碟形弹簧。
所述锥形滑动轴承的外圈摩擦面为内凹微量弧形修形。
所述主轴壳体和风电主轴的端部通过端盖密封。
所述进油通道与液压控制系统相连接，所述液压控制系统包括油箱，油泵，冷却器，滤油器，二级压力控制阀，第一溢流阀和第一润滑油出口，所述油箱与油泵相连，所述油泵与冷却器相连，所述冷却器与滤油器相连，所述滤油器与二级压力控制阀相连，所述二级压力控制阀与第一润滑油出口相连，所述第一润滑油出口与进油通道相连，所述二级压力控制阀与第一润滑油出口之间连有第一溢流阀。
所述二级压力控制阀与第二润滑油出口相连，所述第二润滑油出口与齿轮箱相连，所述二级压力控制阀与第二润滑油出口之间连有第二溢流阀。
所述风电主轴的前端连接有桨毂，所述主轴壳体与安装支架为一体，所述风电主轴的后端通过螺栓和销子与行星架相连，所述行星架上设有行星轴，所述行星轴与齿轮箱相连。
本实用新型采用的锥形动静压轴承的外圈由三部分构成，轴承外圈为钢可以增加整个轴承的刚性和强度，铜合金可以减小弹性模量，容易弹性变形，减小轴承偏载，有自适应功能，轴承的外圈摩擦面采用内凹微量弧形修形，油膜不易泄漏，锥形动静压轴承相比于滚动轴承体积更小，成本更低。二级压力控制阀可以控制产生中压和高压两种油压，能根据风速的大小选择合适的油压，确保轴承有合适的承载力。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的结构示意图；
图3是本实用新型的结构示意图；
图4是图3的侧面图；
图5是锥形动静压滑动轴承的结构示意图；
图6是锥形动静压滑动轴承外圈的结构示意图；
图7是锥形动静压滑动轴承外圈的结构示意图；
图8是锥形动静压滑动轴承内圈的结构示意图；
图9是锥形动静压滑动轴承外圈与内圈摩擦面的结构示意图；
图10是液压控制系统的结构示意图；
图11是锥形动静压滑动轴承油膜的压力曲线的示意图；
图中：1-风电主轴，2-主轴壳体，3-锥形动静压滑动轴承，4-碟形弹簧，5-行星架，6-行星轴，7-齿轮箱，8-桨毂，9-安装支架，10-端盖，11-进油通道，12-钢环，13-铜合金层，14-摩擦层和涂层，15-轴承内圈，16-油箱，17-油泵，18-冷却器，19-滤油器，20-二级压力控制阀，21-第一润滑油出口，22-第一溢流阀，23-进油腔，24-第二润滑油出口，25-第二溢流阀，26-外圈摩擦面，27-内圈摩擦面，28-螺栓。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1-4所示，一种风力发电主轴系统，包括风电主轴1，所述风电主轴1外套设有主轴壳体2，所述主轴壳体2与风电主轴1之间设有两个锥形动静压滑动轴承3，所述主轴壳体2上设有进油通道11，所述进油通道11与锥形动静压滑动轴承3相连接。所述主轴壳体2和风电主轴1的端部用端盖10密封。所述锥形动静压滑动轴承3与主轴壳体2之间可以设有碟形弹簧4，碟形弹簧4起到自动调节轴承油隙的作用。所述风电主轴1的前端连接有桨毂8，所述主轴壳体2与安装支架9为一体，所述安装支架9为圆形法兰。所述风电主轴1的后端通过螺栓28或销轴与行星架5相连(对于半直驱机组)，所述行星架5上设有行星轴6，所述行星轴6与齿轮箱7相连，所述齿轮箱7与发电机相连接。所述风电主轴1的后端或者与发电机法兰相连接(对于直驱机组)。装配时，先在风电主轴1上安装左侧的锥形动静压滑动轴承3，再装上主轴壳体2，再装上右侧的锥形动静压滑动轴承3，最后装上行星架5。风电主轴1为由高强度球墨铸铁或者高强度合金钢铸成的空心短轴，直径大、重量轻、刚度大，风电主轴1两端由锥形动静压滑动轴承支撑，轴承外圆支撑在主轴壳体上，并有碟形弹簧4预紧减振，轴承间隙由设计计算和风载荷确定。
如图5-9所示，所述锥形动静压滑动轴承3为低速锥形动静压滑动轴承，所述锥形动静压滑动轴承3分为轴承内圈和轴承外圈，轴承内圈和轴承外圈相互配合使用，所述轴承外圈的外层为钢环12，中部为铜合金层13，内表面为摩擦层和涂层14。摩擦层采用摩擦材料，例如可以是巴氏合金、聚四氟乙烯、复合材料等；涂层为增加摩擦性能的涂层，譬如钼基材料(二硫化钼)、聚四氟乙烯之类的，用于防止油膜过薄时产生的过度摩擦而造成的磨损，或者当液压系统出现故障时，能起到保护摩擦层的作用，轴承内圈采用合金钢制造而成。轴承外圈的内表面具体方案可以为：1.铝锌合金为摩擦材料，钼基材料为涂层或者聚四氟乙烯为涂层；2.巴氏合金为摩擦材料，聚四氟乙烯为涂层。轴承外圈为钢可以增加整个轴承的刚性和强度，铜合金是为了减小弹性模量，容易弹性变形，减小轴承偏载，有自适应功能。锥形动静压轴承能承受轴向力和径向力。
所述锥形动静压滑动轴承3的轴承外圈上设有一个或多个进油腔15和中间环槽，各进油腔15通过中间环槽相互连通，所述进油腔15与锥形动静压滑动轴承3的轴承内圈与轴承外圈的配合间隙相连通。
采用复合轴承结构的好处：相对于径向圆柱轴承，当主轴受到弯矩时，圆柱轴承受到偏载载荷，主轴和轴承的间隙一边大一边小，高压油容易泄漏，油膜压力不容易建立，耗能也大；本实用新型的轴承外圈的中间层是铜合金，弹性模量比较小，易弹性变形，使得轴承偏载变小。
所述锥形滑动轴承3的外圈摩擦面26采用内凹微量弧形修形。弧形按轴承变形最佳值设计。轴承受力后会产生变形，内部进油膜也需要空间。轴承受载变形后正好成一直线，内部的油膜不易从中漏出。
大型滚动轴承价格非常高昂，而动静压滑动轴承相对价格低廉得多。用锥形动静压滑动轴承能节省空间，比滚动轴承体积小，使得主轴系统总体体积小。可以和风电齿轮箱可以共用同一套液压系统。
如图10所示，所述进油通道11与液压控制系统相连接，所述液压控制系统包括油箱16，油泵17，冷却器18，滤油器19，二级压力控制阀20，第一溢流阀22和第一润滑油出口21，所述油箱16与油泵17相连，所述油泵17与冷却器18相连，所述冷却器18与滤油器19相连，所述滤油器19与二级压力控制阀20相连，所述二级压力控制阀20与第一润滑油出口21相连，所述第一润滑油出口21与进油通道11相连，所述二级压力控制阀20与第一润滑油出口21之间连有第一溢流阀22。液压控制系统可以以风电齿轮箱箱体为油池，也可以外挂油箱，高压齿轮泵做油泵，冷却器为空冷或者水冷，过滤器同风电常规过滤器，二级压力控制阀为电控，符合风电标准，二级压力控制阀控制两种油压(高压和中压)，在控制阀进油口产生一个高压油和一个中压油，用于在风电机组启动时或工作时提供动静压轴承；在高风速时用高压油润滑轴承，在低风速时用中压油润滑轴承。在控制阀出油口每个润滑油口带节流，带溢流阀，产生一个低压油，在机组在正常运行时润滑齿轮箱的轴承和齿轮。当风电机组受到高风速影响时，二级压力控制阀20会产生高压油通过进油通道11进入锥形动静压滑动轴承3的进油腔，之后再进入轴承外圈和轴承内圈之间形成油膜起到抗冲击、润滑的作用。当风电机组受到低风速影响时，二级压力控制阀20会产生中压油，这样轴承外圈和轴承内圈的配合间隙大小合适，可以防止在运转中发生打滑现象，降低能耗。所述二级压力控制阀20与第二润滑油出口24相连，所述第二润滑油出口24与齿轮箱7相连，所述二级压力控制阀20与第二润滑油出口24之间连有第二溢流阀25，第二溢流阀25还可产生低压油，在机组在正常运行时润滑齿轮箱7的轴承和齿轮。
如图11所示，锥形动静压滑动轴承3油膜的承载力满足：
P＝F2＝F+F1，
P1＝Psinβ，
P2＝Pcosβ，
P为锥形动静压滑动轴承的油膜的承载力，
P1为锥形动静压滑动轴承的油膜的轴向力，
P2为锥形动静压滑动轴承的油膜的径向力，
F为静压力，
F1为锥形动压滑动轴承承载力，
F2为锥形动静压滑动轴承的油膜的承载力，
式中：L为轴承宽度；A为修正系数，A＝A1A2；A1为轴承压力端泄系数，0.9≤A1≤1.0；A2为轴承弹性变型修正系数，一般取A2＝1.0；Ψ＝e/δ为轴承相对偏心率；ω为压强幅值，
