JP2015521267A

JP2015521267A - 風力タービン用ギアボックスの潤滑方法

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Publication number: JP2015521267A
Application number: JP2015515439A
Authority: JP
Inventors: レイマンディルク
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2015-07-27
Anticipated expiration: 2033-05-02
Also published as: JP6185572B2; WO2013182355A1; EP2672112A1; EP2855928B1; US9458833B2; CN104364519A; EP2855928A1; US20150139820A1; CN104364519B; ES2701788T3

Abstract

本発明は、風力タービン用ギアボックスの潤滑方法を提供する。ギアボックスは、少なくとも１つはすべり軸受である軸受に支承された複数のギア及びシャフトを備える。ギアボックスは更に潤滑システムを備える。潤滑システムは、ギア及び軸受に潤滑油を供給する機械式ポンプ及び電動ポンプを備え、機械式ポンプと電動ポンプの容積容量の差は、最大で４０％である。潤滑方法は、少なくとも１つの弁を制御するステップを含む。このステップは、ギアボックスの始動時に、電動ポンプにより軸受に潤滑油を供給するステップと、ギアボックスの正常作動時に、電動ポンプ及び機械式ポンプにより軸受及びギアに潤滑油を供給するステップと、電力供給の喪失時に、機械式ポンプにより軸受のみに潤滑油を供給するステップと、を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、風力タービン用ギアボックスの潤滑方法に関する。より詳細には、本発明は例えば送電系統連係の喪失時や電動ポンプが故障した場合等、緊急時における風力タービン用ギアボックスの潤滑方法に関する。

風力タービン用ギアボックス内のギア及び軸受等の回転部分を、風力タービンの作動中に潤滑することは非常に重要である。こうした部分が潤滑されない、または潤滑が不十分であると、このような回転部分の損傷及び故障につながる。特にギアボックス内のギア及びシャフトを支承する軸受、より詳細にはすべり軸受は、良好な潤滑状態に対して特に感応性が高く、故障を防ぐために常に十分な潤滑油を供給する必要がある。

正常作動時には、風力タービン及びギアボックスが既知の方法で設計されている場合、電動ポンプにより潤滑油が連続的に回転部分に供給される。通常このようにして、回転部分に対して適切な量の潤滑油が供給される。しかし、例えば送電系統連係の喪失時または電動ポンプが故障した場合には、正常に作動するための潤滑油の供給が、もはやギアボックス内の回転部分、特に軸受に対して十分に行なわれない可能性がある。

本発明は、風力タービン用ギアボックスの潤滑方法を提供する。

ギアボックスは、軸受に支承された複数のギア及びシャフトを備える。これらの軸受の少なくとも１つはすべり軸受である。更にギアボックスは潤滑システムを備える。潤滑システムは、ギア及び軸受に潤滑油を供給する機械式ポンプ及び電動ポンプを備える。機械式ポンプと電動ポンプの容積容量の差は、最大で４０％である。潤滑方法は、少なくとも１つの弁を制御するステップを含み、このステップは、
−ギアボックスの始動時に、電動ポンプにより軸受に潤滑油を供給するステップと、
−ギアボックスの正常作動時に、電動ポンプ及び機械式ポンプにより軸受及びギアに潤滑油を供給するステップと、
−電力供給の喪失時に、機械式ポンプにより軸受のみに潤滑油を供給するステップと、を実行する。

本発明の実施形態による方法の利点は、例えば送電系統連係の喪失時または単に電動ポンプが故障した場合等、電動ポンプが正常に作動しないいかなる場合にも、常に潤滑油を十分に軸受に供給し、より詳細には少なくとも１つのすべり軸受に潤滑油を供給し、供給される潤滑油の量が低減し過ぎることによるすべり軸受の破損を防止することである。

本発明の実施形態によれば、潤滑方法は更に、ギアボックスの始動時に、機械式ポンプによりギアに潤滑油を供給するステップを含む。

本発明の実施形態によれば、潤滑方法は複数の弁を備えてよく、潤滑方法は複数の弁を制御するステップを備えてよい。

本発明の実施形態によれば、少なくとも１つの弁を制御するステップは電気的に駆動されてよい。

本発明の他の実施形態によれば、少なくとも１つの弁を制御するステップは、圧力により駆動されてよい。

本発明の更なる実施形態によれば、少なくとも１つの弁を制御するステップは、電気的なフェールセーフ方式で駆動されてよい。

本発明のまた更なる実施形態によれば、潤滑システムが複数の弁を備える場合、弁を制御するステップは、部分的に圧力により駆動され及び部分的に電気的に駆動されてよい。

異なる図面で使用された同一の符号は、同一、類似または相似の素子を指すことを注意されたい。
本発明の実施形態による潤滑システムの実施例の概略図である。本発明の実施形態による潤滑システムの実施例の概略図である。本発明の実施形態による風力タービン用ギアボックスの、潤滑方法のステップを示す概略図である。本発明の実施形態による風力タービン用ギアボックスの、潤滑方法のステップを示す概略図である。本発明の実施形態による風力タービン用ギアボックスの、潤滑方法のステップを示す概略図である。本発明の更なる実施形態による潤滑システムの実施例の概略図である。本発明の更なる実施形態による潤滑システムの実施例の概略図である。本発明の更なる実施形態による風力タービン用ギアボックスの、潤滑方法のステップを示す概略図である。本発明の更なる実施形態による風力タービン用ギアボックスの、潤滑方法のステップを示す概略図である。本発明の更なる実施形態による風力タービン用ギアボックスの、潤滑方法のステップを示す概略図である。本発明の更なる実施形態による風力タービン用ギアボックスの、潤滑方法のステップを示す概略図である。

記載では、異なる実施形態を参照して本発明を説明する。従って異なる図面を参照する。これらの図面は制限的であることを意図しておらず、本発明は請求項によってのみ制限されることを理解されたい。従って、図面は説明を目的としており、図中のいくつかの素子のサイズは、明確であることを目的として拡大される場合がある。

「備える」という語句は、いかなる形でも本発明を制限するとは解釈されない。請求項で使用された「備える」という語句は、その後に記述された手段に限定されることを意図しておらず、他の素子、部分またはステップを排除するものではない。

請求項及び明細書で使用された「接続される」という語句は、別段の指定がない限り、「直結」に限定されると理解される必要がない。従って、部分Ｂに接続されている部分Ａは、部分Ｂに直結されている部分Ａに限定されず、部分Ａと部分Ｂとの間の間接接続をも含み、換言すると、部分Ａと部分Ｂとの間に中間部分が存在する場合をも含む。

本発明の全ての実施形態が、本発明の全ての特徴を備えるとは限らない。以下の明細書及び請求項においては、請求項に記された実施形態の何れもが、いかなる組合せにおいても使用可能である。

本発明は、風力タービン用ギアボックスの潤滑方法を提供する。ギアボックスは、少なくとも１つはすべり軸受である軸受に支承された複数のギア及びシャフトと、ギア及び軸受に潤滑油を供給する機械式ポンプ及び電動ポンプを備えた潤滑システムとを備える。機械式ポンプと電動ポンプの容積容量の差は、最大で４０％である。潤滑方法は、少なくとも１つの弁を制御するステップを含み、このステップは、
−風力タービン用ギアボックスの始動時に、電動ポンプにより軸受に潤滑油を供給するステップと、
−風力タービン用ギアボックスの正常作動時に、電動ポンプ及び機械式ポンプにより軸受及びギアに潤滑油を供給するステップと、
−電力供給の喪失時に、機械式ポンプにより軸受のみに潤滑油を供給するステップと、を実行する。

本発明の実施形態による方法の利点は、例えば送電系統連係の喪失時または電動ポンプが故障した場合等、電動ポンプに問題が発生したいかなる場合にも、軸受けが破損することを防止するために、ギアボックス内の軸受に依然として十分な潤滑油が供給されることである。

本発明は、異なる実施形態を参照して以下に説明される。これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするためのみを目的としており、いかなる形でも本発明を制限することを意図していないと理解されなければならない。

図１及び図２は、本発明の実施形態によるギアボックス１０用の潤滑システム１を示す。潤滑システム１は、潤滑油タンク２、機械式ポンプ３及び電動ポンプ４を備える。機械式ポンプ３と電動ポンプ４の容積容量の差は、最大で４０％である。これは、機械式ポンプ３と電動ポンプ４の容積容量の合計が例えば１００Ｌである場合、機械式ポンプ３の容積容量は最小で３０Ｌ、最大で７０Ｌとしてよく、電動ポンプ４の容積容量はそれに対応して、最大で７０Ｌ、最小で３０Ｌとしてよいことを意味する。好適には、機械式ポンプ３と電動ポンプ４の容積容量を等しく、例えば５０Ｌとしてよい。潤滑油タンク２は、ギアボックス１０内のギアＧ及び軸受Ｂを潤滑する潤滑油を備える。本発明の実施形態により、ギアボックス１０内の軸受Ｂの少なくとも１つは、すべり軸受としてよい。実施形態により、ギアボックス１０内の軸受Ｂのうち１つを上回る軸受を、すべり軸受としてよい。また本発明の更なる実施形態により、ギアボックス１０内の全ての軸受Ｂを、すべり軸受としてもよい。

本発明の実施形態により、図１に示すように、潤滑システム１はギアボックス１０の内側に位置してよい。他の実施形態により、図２に示すように、潤滑システム１はギアボックス１０の外側に位置してもよく、換言すれば、潤滑システム１は外付けの潤滑油タンク２を備えてもよい。図１及び図２の実施例においては、潤滑システム１は更に、潤滑油流を制御する弁５、及びこの弁５を制御する制御システム（図示されず）を備える。

風力タービン用ギアボックス１０の始動時に、電動ポンプ４は軸受Ｂに潤滑油を供給する（図３参照）。このステップの間、本発明の実施形態により機械式ポンプ３は作動しない。弁５は、潤滑油のみが軸受Ｂに供給されるよう制御される。潤滑油流は、図３の太線により表示される。本発明の実施形態によれば、弁５を制御するステップは圧力により駆動されてよい。その場合、電動ポンプのみが潤滑油を供給しているため、圧力は弁５を開放するほど高いものではなく、従って潤滑油は軸受Ｂへのみ流れる。本発明に他の実施形態により、弁５を制御するステップは電気的に駆動されてよい。その場合、潤滑油が軸受Ｂへのみ流入可能であり、ギアＧへは流入不可能であるよう、弁５が閉鎖状態に留まるよう制御される。本発明の更なる実施形態により、弁５を制御するステップは電気的なフェールセーフ方式で駆動されてよい。これは、電力喪失のいかなる場合でも、潤滑油流は軸受Ｂへのみ可能であり、ギアＧへは不可能であるような正しい位置を弁５が取ることを意味する。

正常作動時に、潤滑油は機械式ポンプ３及び電動ポンプ４の双方により、ギアＧ及び軸受Ｂの双方に供給される（図４参照）。従って制御システムは、潤滑油流がギアＧへも可能であるよう弁５を開放すべく制御する。潤滑油流は再度、図４の太線により表示される。既述のように、弁５を制御するステップは、圧力により駆動されても、電気的に駆動されても、または電気的なフェールセーフ方式で駆動されてもよい。

正常作動時に、送電系統連係喪失が発生するか、または他のある理由で電動ポンプ４が正常に作動しなくなった場合には、タービンそしてギアボックス１０もが静止するまでに、例えば数秒間の時間が必要である。この場合本発明の実施形態により、制御システムが弁５を駆動し、潤滑油流を潤滑油タンク２から機械式ポンプ３を経由して軸受Ｂへ流入可能とし、ギアＧへは流入不可能であるよう弁５を閉鎖する（図５の太線により表示される）。

図６及び図７は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態によれば、潤滑システム１は前出の実施形態において既述された潤滑システム１と類似しているが、潤滑油流を制御するために、１つのみの弁５に替えて複数の弁５ａ乃至５ｆを備える。上記の実施形態に関しても同様に、潤滑システム１はギアボックス１０の内側に位置してよく（図６参照）、またはギアボックス１０の外側に位置してもよい（図７参照）。

風力タービン用ギアボックス１０の始動時に、本発明の実施形態により、電動ポンプ４は軸受Ｂに潤滑油を供給する（図８参照）。このステップにおいて制御システムは、弁５ａ及び５ｂを開放し、潤滑油が潤滑油タンク２から軸受Ｂへと、電動ポンプ４を経由して流れるよう弁５ａ乃至５ｆを制御する（潤滑油流は、図８の太線で示される）。

本発明の他の実施形態により、風力タービン用ギアボックス１０の始動時に、潤滑油が更に機械式ポンプ３により、ギアＧに供給されてもよい。この状態は図９に示される。この場合制御システムは、弁５ａ乃至５ｃ及び弁５ｅを開放し、潤滑油流が軸受Ｂ及びギアＧへと流入可能であり、弁５ｄ及び５ｆが閉鎖されるよう、弁５ａ乃至弁５ｆを制御する。

正常作動時に、潤滑油はギアＧ及び軸受Ｂの双方に供給される。従って制御システムは、弁５ａ乃至５ｆが全て開放され、潤滑油が潤滑油タンク２から機械式ポンプ３及び電動ポンプ４を経由してギアＧ及び軸受Ｂへと流入可能であるよう、弁５ａ乃至５ｆを全て開放すべく弁５ａ乃至５ｆを制御する。これは図１０に示されており、太線が潤滑油流を表す。風力タービン用ギアボックスが正常に作動している限り、これらの弁５ａ乃至５ｆは開放されたままであり、正常に作動するために、常にギアＧ及び軸受Ｂに十分な潤滑油が供給される。

正常作動時に、送電系統連係喪失が発生するか、または他のある理由で電動ポンプ４が正常に作動しなくなった場合には、タービンそしてギアボックス１０もが静止するまでに、例えば数秒間の時間が必要である。この場合本発明の実施形態により、制御システムが、潤滑油流が潤滑油タンク２から機械式ポンプ３を経由して軸受Ｂへ流入可能となるように弁５ｃ、５ｄが開放され、他の弁５ａ，５ｂ，５ｅ及び５ｆは閉鎖されたままであるよう弁５ａ乃至５ｆを駆動する（図１１参照）。これは、風力タービンそしてギアボックス１０もが静止するまで、換言すれば、もはや回転しなくなるまで、軸受Ｂ及び特に少なくとも１つのすべり軸受Ｂに十分な潤滑油を供給するために非常に重要である。このようにならなければ、換言すれば、軸受Ｂに十分な潤滑油が供給されず一方ではギアボックス１０が依然として作動している場合には、そうした状態により軸受Ｂが深刻に破損する可能性がある。

本発明の実施形態により、弁５ａ乃至５ｆを制御するステップは、電気的に駆動、電気的なフェールセーフ方式で駆動、または電気的及び圧力により駆動されてよい。

以下に、弁５ａ乃至５ｆが電気的に駆動される場合、及び圧力により駆動される場合に関して詳述する。これらの実施形態により、風力タービンの始動時に電動ポンプ４が作動し、潤滑油が弁５ａへと流入可能になる。潤滑油流に起因する圧力のために弁５ａが開放され、潤滑油流の更なる流入が可能になる。同様に、潤滑油による圧力のために、弁５ｂが開放され、潤滑油が軸受Ｂへと流入可能になる。その結果、弁５ｆは閉鎖状態に留まり、その際、実質的に潤滑油流がギアＧへと流れないように電気的に制御される。ギアボックス１０の正常作動時には機械式ポンプ３及び電動ポンプ４の双方が作動し、潤滑油が潤滑油タンク２から、それぞれ弁５ａ及び５ｃを経由して流入可能になる。潤滑油流に起因する圧力のために、弁５ａ及び弁５ｃが開放され、潤滑油流の更なる流入が可能になる。同様に、潤滑油流のために弁５ｂ及び５ｆ、並びに弁５ｄ及び５ｅがそれぞれ開放され、潤滑油がギアＧ及び軸受Ｂのそれぞれに供給可能になる。要約すると、正常作動時には潤滑油の圧力が、弁５ａ乃至５ｆの全てを開放させるのに十分な程度にまで高まり、潤滑油がギアＧ及び軸受Ｂへと流入可能になる。電動ポンプ４が作動を停止した場合、機械式ポンプ３のみが残り、ギアボックス１０の部品へ潤滑油を供給する。この場合、潤滑油の圧力により弁５ｃは開放された状態に留まり、潤滑油流の更なる流入を可能にする。同様に、弁５ｄもまた開放された状態に留まり、潤滑油が軸受Ｂへと供給可能になる。弁５ｅはその際、閉鎖されるべく電気的に制御され、潤滑油流のギアＧへの更なる流入を不可能にする。弁５ａ，５ｂ及び５ｆは、潤滑油の圧力が低すぎるために閉鎖される。

Claims

風力タービン用ギアボックスの潤滑方法であって、該ギアボックスは、少なくとも１つはすべり軸受である軸受に支承された複数のギア及びシャフトと、前記ギア及び軸受に潤滑油を供給する機械式ポンプ及び電動ポンプを備えた潤滑システムとを備え、前記機械式ポンプと電動ポンプの容積容量の差は、最大で４０％であるギアボックスの潤滑方法は、少なくとも１つの弁を制御するステップを含み、該ステップは、
−前記ギアボックスの始動時に、前記電動ポンプにより前記軸受に潤滑油を供給するステップと、
−前記ギアボックスの正常作動時に、前記電動ポンプ及び機械式ポンプにより前記軸受及びギアに潤滑油を供給するステップと、
−電力供給の喪失時に、前記機械式ポンプにより前記軸受のみに潤滑油を供給するステップと、
を実行することを特徴とする潤滑方法。
請求項１に記載の潤滑方法であって、更に、前記ギアボックスの始動時に、前記機械式ポンプにより前記ギアに潤滑油を供給するステップを含む潤滑方法。
請求項１又は２に記載の潤滑方法であって、複数の弁を制御するステップを含む潤滑方法。
請求項１〜３の何れか一項に記載の潤滑方法であって、前記弁を制御するステップは電気的に駆動される潤滑方法。
請求項１〜３の何れか一項に記載の潤滑方法であって、前記弁を制御するステップは圧力により駆動される潤滑方法。
請求項１〜３の何れか一項に記載の潤滑方法であって、前記弁を制御するステップは電気的なフェールセーフ方式で駆動される潤滑方法。
請求項３に記載の潤滑方法であって、前記弁を制御するステップは、部分的に圧力により駆動され及び部分的に電気的に駆動される潤滑方法。