ES2709485T3 - Un método para controlar la lubricación de una unidad de engranaje y una unidad de engranaje - Google Patents

Un método para controlar la lubricación de una unidad de engranaje y una unidad de engranaje Download PDF

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Abstract

Un método para controlar la lubricación de una unidad de engranaje, donde el método de lubricación de la unidad de engranaje se cambia entre lubricación por circulación y lubricación por salpicadura durante el funcionamiento de la unidad de engranaje, caracterizado por que se mide la temperatura del fluido lubricante, y el cambio entre la lubricación por circulación y la lubricación por salpicadura se basa en la temperatura medida del fluido lubricante.

Description

DESCRIPCION
Un metodo para controlar la lubricacion de una unidad de engranaje y una unidad de engranaje
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un metodo para controlar la lubricacion de una unidad de engranaje de tal manera que se cambia el metodo de lubricacion en funcion de la temperature del fluido lubricante. La invencion tambien se refiere a una unidad de engranaje que utiliza este metodo.
Antecedentes
En la presente descripcion se usa la expresion rueda de engranaje para hacer referencia a una parte de maquina rotatoria y dentada. Dos o mas ruedas de engranaje endentadas constituyen una etapa de engranaje. El termino engranaje como tal hace referencia en la presente descripcion a un sistema mecanico que tiene un primer arbol y un segundo arbol, entre los que una o mas etapas de engranaje proporcionan conversiones de velocidad y par y/o un cambio en la direccion de un eje de rotacion. Una unidad de engranaje comprende un engranaje propiamente dicho y puede comprender sistemas de aumento auxiliares, tales como disposiciones de instrumentacion, control y lubricacion.
Un sistema de lubricacion de una unidad de engranaje comprende habitualmente una bomba de lubricacion que esta dispuesta para hacer circular fluido lubricante, tal como aceite, a traves de una etapa de engranaje o unas etapas de engranaje de la unidad de engranaje y a traves de los cojinetes de la unidad de engranaje. Como la viscosidad del fluido lubricante, especialmente en el caso de los aceites lubricantes, suele depender mucho de la temperatura, la bomba de lubricacion debe disenarse y operarse de manera que la bomba de lubricacion no se dane, incluso si el fluido lubricante esta fno y, por lo tanto, su viscosidad es relativamente alta.
Debido a esta alta viscosidad del fluido lubricante fno, especialmente cuando se pone en marcha una maquinaria que comprende la unidad de engranaje, la viscosidad del fluido lubricante a menudo necesita rebajarse calentando el aceite lubricante. Este calentamiento del fluido lubricante normalmente se logra equipando el sistema de lubricacion de la unidad de engranaje con precalentadores.
El uso de los precalentadores y unas especificaciones de diseno solidas para la bomba de fluido lubricante, entre otros, plantea la complejidad y coste de una unidad de engranaje.
Otro tipo de metodo de lubricacion usado en las unidades de engranaje cerradas es la lubricacion por salpicadura. En la lubricacion por salpicadura, el diente de rueda de engranaje se sumerge en una bandeja de lubricante y se transfiere el lubricante a las ruedas de engranaje endentadas a medida que giran las ruedas.
La publicacion DE 32 31 016 desvela una solucion donde la lubricacion por circulacion y la lubricacion por salpicadura se usan en la misma unidad de engranaje. En esta solucion, el cambio de la lubricacion por circulacion a la lubricacion por salpicadura tiene lugar por medio de un dispositivo de control cuando se corta el suministro de corriente a la unidad de engranaje. De esta manera, las ruedas de engranaje de la unidad de engranaje permanecen lubricadas incluso durante un fallo de alimentacion electrica.
La publicacion GB 2201200 desvela un metodo para lubricar medios de engranaje para una instalacion de energfa eolica que comprende las etapas de mantener la lubricacion en funcionamiento mediante un sistema de circulacion de aceite con lubricacion por inyeccion, enfriandose al mismo tiempo el aceite. En esta solucion, la altura normal del nivel de aceite en la cubierta del medio de engranaje aumenta a la altura necesaria para la lubricacion por salpicadura cuando la velocidad del medio de engranaje cae por debajo de un valor ajustable.
La publicacion EP 2 251 566 A1 desvela un dispositivo y un metodo de lubricacion de engranajes de velocidad creciente donde, en primer lugar, se calienta el aceite lubricante en un recipiente de aceite y despues el aceite se calienta a una temperatura predeterminada, una bomba se pone en marcha para hacer circular el aceite del recipiente de aceite a traves de unas lmeas hacia un enfriador de aceite y de vuelta al recipiente de aceite. Despues de un tiempo predeterminado, se inicia una lubricacion por circulacion de engranajes y cojinetes cambiando la circulacion de aceite en consecuencia y se activa la rotacion del arbol de entrada.
Sumario
En la solucion de acuerdo con la presente invencion, se mide la temperatura del fluido lubricante y cuando la temperatura del fluido lubricante esta por debajo del valor preestablecido, la unidad de engranaje se lubrica mediante lubricacion por salpicadura. Cuando el fluido lubricante se calienta durante el funcionamiento de la unidad de engranaje y la temperatura del fluido lubricante alcanza el mismo u otro valor preestablecido, el metodo de lubricacion se cambia a la lubricacion por circulacion.
En una solucion de acuerdo con la presente invencion, tambien puede haber dos temperaturas de fluido lubricante preestablecidas en las que se basa el cambio de la lubricacion de la unidad de engranaje. En este caso, tanto la lubricacion por salpicadura como la lubricacion por circulacion pueden usarse simultaneamente cuando la temperatura del fluido lubricante esta entre los dos valores de temperature preestablecidos.
Con una solucion de acuerdo con la presente invencion, el metodo de lubricacion por salpicadura se usa para calentar el fluido lubricante a una temperatura adecuada y, por lo tanto, reducir la viscosidad del fluido lubricante a un nivel adecuado antes de cambiar a una lubricacion por circulacion. De esta manera, los elementos del sistema de lubricacion por circulacion pueden disenarse de manera menos robusta, ya que el intervalo de variacion para la viscosidad del fluido lubricante es mucho menor que en sistemas similares de la tecnica anterior. Ademas, puesto que el calentamiento del fluido lubricante se logra con energfa del funcionamiento de la unidad de engranaje, puede eliminar la necesidad de precalentadores separados para calentar el fluido lubricante, lo que hace que el sistema de lubricacion sea menos complejo.
Otras ventajas obtenidas con una solucion de acuerdo con la presente invencion incluyen:
• en comparacion con la lubricacion por salpicadura pura, la solucion de acuerdo con la presente invencion mejora la eficiencia de la unidad de engranaje,
• la presente invencion permite el uso de la unidad de engranaje en condiciones climaticas de funcionamiento mas amplias, especialmente en condiciones de fno,
• la presente invencion permite el calentamiento del fluido lubricante con energfa mecanica en lugar de energfa electrica y, por lo tanto, reduce los costes de funcionamiento de la unidad de engranaje,
• la presente invencion prolonga la vida util del fluido lubricante al prolongar el penodo de cambio de fluido requerido y, por lo tanto, tambien reduce los costes de funcionamiento de la unidad de engranaje, y
• la presente invencion reduce la formacion de espuma del fluido lubricante que se ha verificado que reduce las cualidades de lubricacion y transferencia de calor de un fluido lubricante.
En la presente invencion, la lubricacion se cambia ventajosamente mediante un sistema de control de lubricacion automatico, en el que se programan los valores de temperatura de fluido lubricante preestablecidos, siguiendo el sistema de control automatico la temperatura del fluido lubricante en funcion de las mediciones de temperatura de los sensores de temperatura.
El fluido lubricante usado en la solucion de acuerdo con la presente invencion es, ventajosamente, aceite lubricante. En la parte caracterizadora de la reivindicacion 1 se desvelan con mayor precision los rasgos caractensticos del metodo de acuerdo con la presente invencion, y en la parte caracterizadora de la reivindicacion 7 se desvelan con mayor precision los rasgos caractensticos de la unidad de engranaje de acuerdo con la presente invencion. En las reivindicaciones dependientes se desvelan otros rasgos ventajosos.
Breve descripcion de las figuras
El ejemplo de realizacion de la invencion y sus ventajas se explican con mayor detalle a continuacion a modo de ejemplo y con referencia al dibujo adjunto, en el que
la figura 1 muestra una vista en seccion esquematica de una unidad de engranaje de acuerdo con la presente invencion.
Descripcion de la realizacion
La figura 1 muestra una vista en seccion esquematica de una unidad de engranaje de acuerdo con una realizacion ventajosa a modo de ejemplo de la invencion.
La unidad de engranaje desvelada en la figura 1 es una unidad de engranaje planetario que comprende dos etapas de engranaje planetario. La primera etapa de engranaje planetario comprende un portador de ruedas planetarias 101, un anillo de engranaje 102, unas ruedas planetarias 103 y un arbol de engranaje solar 104. La segunda etapa de engranaje planetario comprende un portador de ruedas planetarias 105, un anillo de engranaje 106, unas ruedas planetarias 107, y un arbol de engranaje solar 108. El portador de ruedas planetarias 101 de la primera etapa de engranaje planetario constituye una parte de una estructura de interfaz mecanica dispuesta para recibir la potencia mecanica de un motor primario adecuado. Por lo tanto, el portador de ruedas planetarias 101 de la primera etapa de engranaje planetario se hace girar por el motor primario. El anillo de engranaje 102 es estacionario. El arbol de engranaje solar 104 de la primera etapa de engranaje planetario esta conectado al portador de ruedas planetarias 105 de la segunda etapa de engranaje planetario. Por lo tanto, el portador de ruedas planetarias 105 de la segunda etapa de engranaje planetario se hace girar por el arbol de engranaje solar 104 de la primera etapa de engranaje planetario. El anillo de engranaje 106 es estacionario. El arbol de engranaje solar 108 de la segunda etapa de engranaje planetario puede conectarse, por ejemplo, a un rotor de un generador. En la unidad de engranaje mostrada en la figura 1, el arbol de engranaje solar 108 de la segunda etapa de engranaje planetario esta flotando en el soporte de las ruedas planetarias 107 de la segunda etapa de engranaje planetario. El arbol de engranaje solar 104 de la primera etapa de engranaje planetario esta flotando en el soporte de las ruedas planetarias 104 de la primera etapa de engranaje planetario y en el soporte del portador de ruedas planetarias 105 de la segunda etapa de engranaje planetario. Sin embargo, tambien es posible que uno o ambos arboles de engranaje solar esten montados sobre cojinetes.
En la realizacion de la figura 1, el anillo de engranaje estacionario 102 forma parte del bastidor de la primera etapa de engranaje, y el anillo de engranaje estacionario 106 forma parte del bastidor de la segunda etapa de engranaje. Cabe senalar que, dentro del contexto de la presente invencion, los anillos de engranaje estacionarios 102 y 106 pueden encerrarse dentro de los bastidores de las etapas de engranaje, o estos anillos de engranaje pueden ser anillos de engranaje rotatorios, por lo que deben encerrarse en los bastidores. Por lo tanto, el bastidor de la unidad de engranaje, que en la realizacion de la figura 1 comprende las partes de bastidor 111, 112 y 113 ademas de los anillos de engranaje 102 y 106, puede fabricarse como una sola entidad, en un solo moldeo, por ejemplo. Este tipo de pieza de bastidor unica para la unidad de engranaje mejora la resistencia estructural del bastidor, y permite una mejor transmision de las fuerzas desde dentro de la unidad de engranaje al bastidor de la unidad y desde allf a las estructuras de sujecion mecanica externas adecuadas.
La unidad de engranaje de la figura 1 tambien tiene un sistema de lubricacion para lubricar los engranajes de las etapas de engranaje. En la realizacion de la figura 1, el sistema de lubricacion comprende un tanque de fluido lubricante, que en este caso es un tanque de aceite lubricante 121, una bomba de aceite lubricante 122, una canalizacion de lubricacion 123-125 para introducir el aceite lubricante en la unidad de engranaje, una canalizacion de lubricacion 126, 127 para drenar el aceite lubricante de la unidad de engranaje, y unas valvulas controlables 128, 129 para controlar la cantidad de aceite lubricante de la unidad de engranaje. El sistema de lubricacion tambien puede comprender otros elementos conocidos por los expertos en la materia, tales como un elemento de enfriamiento de lubricacion 130, un elemento de filtro de aceite lubricante 131 y un elemento de precalentamiento de aceite lubricante (no mostrado), por ejemplo.
El sistema de lubricacion de la figura 1 puede, y casi siempre lo hace, comprender tambien una lubricacion dispuesta para los cojinetes 109 y 110. La lubricacion de los cojinetes 109 y 110 no se muestra en la figura 1 por motivos de simplicidad.
El sistema de lubricacion tambien comprende unos sensores de temperatura A-C para medir la temperatura del aceite lubricante. El sensor de temperatura A mide la temperatura del aceite lubricante localizado dentro del bastidor o la carcasa de la primera etapa de engranaje, el sensor de temperatura B mide la temperatura del aceite lubricante localizado dentro del bastidor o la carcasa de la segunda etapa de engranaje, y el sensor de temperatura C mide la temperatura de los aceites lubricantes localizados dentro del tanque de aceite lubricante 121.
Cuando la unidad de engranaje de la figura 1 se opera mientras que el aceite lubricante esta fno, es decir, la temperatura del aceite lubricante esta por debajo del valor de temperatura preestablecido, o se pone en marcha, solo se usa la lubricacion por salpicadura para lubricar las etapas de engranaje de la unidad de engranaje. Esto se logra elevando el nivel de aceite lubricante dentro de los bastidores de las etapas de engranaje hasta una altura donde el nivel de aceite lubricante cubra las partes inferiores de las ruedas de engranaje 102 y 106. La elevacion del nivel de aceite dentro de los bastidores de las etapas de engranaje puede lograrse introduciendo aceite lubricante desde el tanque de aceite lubricante 121 a traves de los canales de aceite lubricante 123, 124 y 125 con la bomba de aceite lubricante 122, mientras que las valvulas controlables 128 y 129 localizadas en los canales de aceite lubricante 126 y 127 estan cerradas. Opcionalmente, especialmente en situaciones donde la unidad de engranaje se opera en condiciones de fno, la cantidad de aceite lubricante adecuada para la lubricacion por salpicadura puede introducirse dentro de la unidad de engranaje antes de cortar el funcionamiento de la unidad de engranaje, de manera que la lubricacion por salpicadura puede usarse inmediatamente despues de reanudar el funcionamiento de la unidad de engranaje.
Cuando la temperatura del aceite lubricante dentro de los bastidores de las etapas de engranaje, temperatura que se mide con los sensores de temperatura A y B, se eleva a un primer valor de temperatura preestablecido debido al calor creado por el funcionamiento de la unidad de engranaje, la lubricacion por circulacion se inicia poniendo en marcha la bomba de aceite 122 y abriendo las valvulas controlables 128 y 129 al menos parcialmente. La temperatura del aceite lubricante dentro del tanque de aceite lubricante 121 se mide con el sensor de temperatura 3, y el aceite lubricante en el tanque de aceite puede calentarse durante el funcionamiento de la unidad de engranaje con un precalentador separado o con el calor recibido de la unidad de engranaje en funcionamiento, por ejemplo. La medicion de temperatura del aceite lubricante en el tanque de aceite 121 tambien se usa para garantizar una viscosidad adecuada del aceite lubricante para la bomba de aceite lubricante 122.
Dependiendo de la configuracion del sistema de control de lubricacion usado, la lubricacion por salpicadura puede detenerse cuando se inicia la lubricacion por circulacion cuando se alcanza el primer valor de temperatura establecido del aceite lubricante, o tanto la lubricacion por salpicadura como la lubricacion por circulacion pueden usarse simultaneamente. Durante esta lubricacion por salpicadura y por circulacion simultanea, el nivel de aceite lubricante dentro de las etapas de engranaje primera y segunda se mantiene en un nivel adecuado para la lubricacion por salpicadura controlando las valvulas controlables 128 y 129 localizadas en los canales de aceite lubricante 126 y 127 para drenar el aceite lubricante de las etapas de engranaje.
Si tanto la lubricacion por salpicadura como la lubricacion por circulacion se usan simultaneamente despues de alcanzar la primera temperatura establecida, entonces el sistema de control de lubricacion tambien esta equipado con un segundo valor de temperatura establecido para la temperatura del aceite lubricante. El segundo valor de temperatura establecido para la temperatura del aceite lubricante es mas alto que el primer valor de temperatura establecido, y cuando la temperatura del aceite lubricante alcanza este segundo valor de temperatura establecido, el sistema de control de lubricacion cambia la lubricacion de la unidad de engranaje de la lubricacion por circulacion y la lubricacion por circulacion simultaneas solo a la lubricacion por circulacion. El cambio a la lubricacion por circulacion se logra eliminando el exceso de aceite lubricante requerido para la lubricacion por salpicadura de los bastidores de las etapas de engranaje primera y segunda y, por lo tanto, reduciendo el nivel de aceite lubricante dentro de estos bastidores por debajo de los bordes inferiores de los anillos de engranaje 102 y 106 a traves del control de las valvulas controlables 128 y 129.
Los intervalos de temperatura del fluido lubricante para cambiar el tipo de lubricacion de la unidad de engranaje pueden ser, por ejemplo, los siguientes:
• cuando la temperatura del fluido lubricante esta por debajo de 5 °C, solo se usa la lubricacion por salpicadura, • cuando la temperatura del fluido lubricante es de 5 °C a 40 °C, se usan tanto la lubricacion por salpicadura como la lubricacion por circulacion, y
• cuando la temperatura del fluido lubricante esta por encima de 40 °C, solo se usa la lubricacion por circulacion. En relacion con la temperatura por encima de los intervalos cabe senalar que esos intervalos son los que se usan habitualmente en la solucion de acuerdo con la presente invencion, con una varianza de /- 5 °C. Sin embargo, las temperaturas lfmite exactas para cambiar el tipo de lubricacion de la unidad de engranaje se definen en funcion de los componentes de lubricacion seleccionados y el fluido lubricante usado. La temperatura de funcionamiento normal del fluido lubricante en este tipo de unidades de engranaje es de 30 °C a 70 °C.
El sistema de lubricacion de la figura 1 se controla ventajosamente con un sistema de control de lubricacion automatico, que sigue la temperatura del aceite lubricante a traves de los sensores de temperatura A-C y cambia el tipo de lubricacion en funcion de las temperaturas medidas y los valores de temperatura establecidos introducidos en el sistema de control de lubricacion automatico a traves del control de la bomba de lubricacion 122 y las valvulas controlables 128 y 129.
Aunque en la figura se describe la invencion tal como se aplica a una unidad de engranaje planetario, cabe senalar que la invencion puede usarse en cualquier tipo de unidad de engranaje adecuada para usar tanto lubricacion por salpicadura como lubricacion por circulacion. Estos tipos de unidades de engranaje comprenden, pero sin limitarse a, diferentes tipos de unidades de engranaje planetario y diferentes tipos de unidades de engranaje conico, por ejemplo.
Ademas, el ejemplo espedfico proporcionado en la descripcion dada anteriormente no debe interpretarse como limitante. Por lo tanto, la invencion no se limita simplemente a las realizaciones descritas anteriormente.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un metodo para controlar la lubricacion de una unidad de engranaje, donde el metodo de lubricacion de la unidad de engranaje se cambia entre lubricacion por circulacion y lubricacion por salpicadura durante el funcionamiento de la unidad de engranaje, caracterizado por que se mide la temperature del fluido lubricante, y el cambio entre la lubricacion por circulacion y la lubricacion por salpicadura se basa en la temperature medida del fluido lubricante.
2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que se establece un valor de temperature preestablecido para el fluido lubricante, y la lubricacion por salpicadura se usa cuando las temperaturas del fluido lubricante estan por debajo del valor de temperature preestablecido, y la lubricacion por circulacion se usa cuando las temperaturas del fluido lubricante estan por encima del valor de temperatura preestablecido.
3. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que se establecen dos valores de temperatura preestablecidos para el fluido lubricante, y la lubricacion por salpicadura se usa cuando las temperaturas del fluido lubricante estan por debajo del valor de temperatura preestablecido inferior, la lubricacion por circulacion se usa cuando las temperaturas del fluido lubricante estan por encima del valor de temperatura preestablecido superior, y tanto la lubricacion por salpicadura como la lubricacion por circulacion se usan cuando la temperatura del fluido lubricante esta entre los dos valores de temperatura preestablecidos.
4. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el cambio de lubricacion por salpicadura a lubricacion por circulacion comprende el drenaje del colector de fluido lubricante de la unidad de engranaje.
5. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el cambio de lubricacion se realiza mediante un sistema de control de lubricacion automatico.
6. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el fluido lubricante es aceite lubricante.
7. Una unidad de engranaje que comprende:
- un primer arbol (101) y un segundo arbol (108) para conectar a un sistema mecanico externo,
- al menos una etapa de engranaje entre los arboles primero y segundo,
- una canalizacion (123, 124; 123, 125) para dirigir el fluido lubricante para que fluya a traves de la al menos una etapa de engranaje y los cojinetes (110; 109) del engranaje,
- una bomba de lubricacion (122) para bombear el fluido lubricante hacia la canalizacion con el fin de proporcionar lubricacion por circulacion,
- un colector de fluido lubricante para contener el aceite lubricante con el fin de proporcionar lubricacion por salpicadura,
- un sistema de valvula controlable (128, 129) para vaciar el colector de fluido lubricante con el fin de desactivar la lubricacion por salpicadura, y
estando la unidad de engranaje caracterizada por que comprende al menos un sensor de temperatura (A, B, C) para medir la temperatura del fluido lubricante y medios para cambiar la lubricacion de la unidad de engranaje entre lubricacion por circulacion y lubricacion por salpicadura en funcion de la medicion de temperatura del fluido lubricante.
8. Una unidad de engranaje de acuerdo con la reivindicacion 7, en la que los medios para cambiar la lubricacion de la unidad de engranaje comprende un sistema de control de lubricacion automatico, que cambia la lubricacion de la unidad de engranaje entre lubricacion por circulacion y lubricacion por salpicadura en funcion de la medicion de temperatura del al menos un sensor de temperatura (A, B, C).
9. Una unidad de engranaje de acuerdo con la reivindicacion 8, en la que el sistema de control de lubricacion automatico comprende un valor de temperatura de fluido lubricante preestablecido para cambiar la lubricacion de la unidad de engranaje.
10. Una unidad de engranaje de acuerdo con la reivindicacion 8, en la que el sistema de control de lubricacion automatico comprende al menos dos valores de temperatura de fluido lubricante preestablecidos para cambiar la lubricacion de la unidad de engranaje.
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