CN101573531A - 用于对风力涡轮机的螺距叶片轴承进行动态润滑的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种方法，包括确定与螺距行为(116－119)相关的至少一个风力涡轮机运行条件或参数；根据至少所述运行条件或螺距行为参数(116－119)来确定是否需要实施润滑；以及如果确定需要进行润滑则启动对螺距叶片轴承的润滑。所述润滑可以包括在一段时间内注入润滑油脂和在此期间内如果需要则使风力涡轮机的叶片处于旋转状态。本发明还公开一种装置，该装置包括确定风力涡轮机运行条件的部件，确定与螺距行为相关的参数的部件，根据运行条件和螺距行为参数(116－119)用于确定是否需要进行润滑的风力涡轮机主控制装置(100)，和在需要进行润滑的情况下用来启动螺距叶片轴承的润滑的部件。

Description

用于对风力涡轮机的螺距叶片轴承进行动态润滑的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对风力涡轮机的螺距叶片轴承进行动态润滑的方法，本发明还涉及执行此叶片螺距机构机构的动态润滑的装置。
背景技术
螺距叶片机构机构作用于风力涡轮机转子的叶片上，用于改变其各自迎角的角度以获得最大的风力。基于这个原因，可围绕轴承的轴线枢转地引导叶片。为了提高风延长螺距叶片机构的使用寿命，其轴承座圈轨道和齿需要润滑。
叶片的螺旋旋转随风速而改变(弱风力时需要将叶片以最小的螺旋角布置，而强风力时则需要通过旋转叶片的方式来改变螺旋角度，从而改变螺旋角-叶片角度)。基于两者原因，对螺距轴承(轴承座圈轨道和齿)进行较好的润滑是非常重要的。
风力涡轮为在不同的运行条件下工作，因此每一个风力涡轮机叶片的螺距行为(pitch activity)都是不同的。因此，每个风力涡轮机构所需的润滑油脂也不相同，并且通常没有被最优化。
现有技术中，润滑方法包括采用泵系统向轴承自动注入润滑油脂。已知的润滑油脂的注入方法往往忽视了风力涡轮机的功能和其他条件。现有技术中的润滑方法既有手动的也有自动的。
现有技术的一种手动的对风力涡轮机构进行润滑的方法，包括通过维护服务进行周期性编程的完全手动操作。所述的操作包括停止风力涡轮装置，通过人工维护手动地向该风力涡轮装置中注入润滑油脂，随后重新启动该风力涡轮装置直至下一个已程序化的维护时间。
WO03019004中公开了一种对风车转子叶片进行润滑的方式。所使用的润滑油脂箱通过输送管道连接到滚动轴承上。然后在压力的作用下，使润滑油脂离开润滑油脂箱供给到所述滚动轴承上并对其进行润滑。当所供给的润滑油脂离开所述滚动轴承则只能落入到滚动轴承下方的润滑剂腔内，该润滑油脂继续用于润滑叶片调节驱动装置。
通过使用安装在风力涡轮机内部的集中式润滑装置来实施风力涡轮机械装置的自动润滑方法。该润滑装置包括配备有PLC的泵系统，该泵系统从润滑油脂箱中将润滑油脂抽出再通过分配润滑油脂的管路将其供给到机械装置中需要进行润滑的部位。该润滑装置依据一个循环程序实施全自动润滑方法。
US6877360公开了一种用于润滑分析系统的动态润滑调节系统和方法。一控制模块包括一个处理器和若干个提供数据的检测器，所提供的数据用于处理器监控润滑流量。处理器在一个或多个流量的参数的基础上进行润滑油脂的分配。
JP63109944涉及一种向轴承中的旋转部件提供适量的油气的方法，用于控制向旋转部件的轴承的供油量。设置有对阀起作用的程序化的控制单元，该控制单元取决于旋转部件的旋转条件而工作。通过操作一段合适的时间使油供入管道中并且使程序化控制单元中的定时器停止工作，以使得阀被关闭。因此，基于规定的润滑时间和润滑间隔来实施润滑。
在系统中提供定期循环但并不具有循环性质的润滑方式被验证不具有优越性。在风力涡轮机叶片螺距机构的情况中，上述润滑方式是非常重要的，这是因为风力涡轮机具有两种不同的工作阈值，即在发电的过程中的风力涡轮机，具有以相同迎角(风速在大约0-10m/s)始终固定的叶片，或具有迎角可变化的叶片(风速在大约11-25m/s)。这两种工作阈值需要不同的润滑标准。风速是一种极不具有周期性的自然现象(也可以说风速至多是一个统计学上的现象)。
已经发现，循环润滑，尤其是在风力涡轮机系统中的循环润滑具有许多缺点，譬如，不期望的润滑油脂消耗量、有限的叶片螺旋轴承的工作寿命、负面的渗碳作用、高消耗、长期的维护以及环境污染物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法，借助于该方法，螺距叶片机构中的轴承装置的润滑能够得以改进。更具体的是，根据本发明的用于对风力涡轮机的螺距叶片轴承进行动态润滑的方法包括以下步骤：
确定与螺距行为相关的至少一个风力涡轮机运行条件或者参数；
根据至少所述运行条件或者螺距行为参数来确定是否需要进行润滑；以及
如果确定需要进行润滑则对螺距叶片轴承进行润滑。
可以进一步执行的步骤包括：在确定需要进行润滑的情况下对润滑模式进行选择。所述的润滑模式可以包括根据至少风力涡轮机运行条件或螺距行为一时间段期间注入润滑油脂。在一些具体实施方式中，所述润滑模式中还可以包括在润滑油脂注入的过程中，使风力涡轮机的叶片旋转，以使润滑油脂进入轴承。换言之，在需要的情况下变化螺旋角，从而改善轴承的润滑。
所述运行条件可以包括至少一个或多个选自风力涡轮机工作地点和风速的参数。另一方面，有关螺距行为的参数则可以包括至少一个或多个选自风力涡轮机螺距叶片机构的叶片转数和风力涡轮机运行时间期间的参数。所述的有关螺距行为的参数可以通过一个或几个计数器确定。
本发明还涉及一种用于对风力涡轮机螺距叶片的轴承进行动态润滑的装置。根据本发明的装置包括一个或几个从储蓄箱中抽吸润滑油脂的电力泵，和至少一个与所述泵相连接的分配器，所述分配器用于将润滑油脂输送到螺距叶片轴承需要进行润滑的位置。
上述装置还具有用于确定风力涡轮机运行条件的部件、用于确定有关螺距行为(的参数的部件、根据运行条件和螺距行为参数用于确定是否需要进行润滑的风力涡轮机主控制装置、以及如果需要进行润滑的情况下用于使螺距叶片轴承润滑的部件。
因而，螺距叶片机构的轴承的润滑通过风力涡轮机的主控制装置动态地并且中心地执行。上述主控制装置包括一个计算机控制单元，该控制单元通过接收信息来时刻监控风力涡轮机的运状态，所述信息是关于，例如，风力涡轮机的运行条件(工作地点，风速)，和/或有关螺距行为的参数(叶片转数、风力涡轮机的运行时间长度，等等)。主控制装置因此可智能地作用，根据所述信息输出适当的输出指令，以实施特定的润滑模式。
上述润滑装置还可包括用于检测在所述储存器中至少具有最小量润滑油脂的部件和用于检测在泵下游处润滑油脂是否阻滞的部件。
在此描述的基于本发明的方法和装置与现有技术中用于相同目的的方法和装置相比具有很多优点，上述优点包括，譬如，优化的润滑油脂消耗量(仅根据需要提供润滑油脂并且注入润滑油脂的量是优化的)、延长了螺距叶片轴承的工作寿命、减少了负面的渗碳作用(当轴承不旋转时，当轴承滚珠和轴承座圈轨道在无润滑油脂存在的情况下直接接触时会发生问题)、还减少了维护时间和维护成本，减小了环境污染物。
基于本发明，润滑不再由现有技术中方法中的循环程序来控制，而是每个风力涡轮机由其自身的主控制装置进行动态控制并且最优化进行。如前所述，根据本发明的动态润滑是一种主动的润滑方法(取代了先前被动的润滑方法)，该方法还允许执行叶片螺旋运动，以便在需要的情况下改进叶片螺旋轴承的润滑。
附图说明
下面将参照附图描述基于本发明的用于风力涡轮机的螺距叶片轴承的动态润滑方法的具体实施例，顺便说明所述具体实施例是非限制性的例子，在附图中的模块图是用图解法示出的。所述附图同样描述了基于本发明的动态润滑装置的所有部分。
具体实施方式
在下文将要描述的具体实施例中，本发明的方法由用于对风力涡轮机螺距叶片轴承进行动态润滑的装置来执行。
本发明的装置包括风力涡轮机的主控制装置100，该主控制装置100与一系列计数器110-113以及电泵130相连接。
主控制装置100接收来自所述计数器110-113的输入数据114，所述计数器通过计算涉及螺距行为(pitch activity)的参数将风力发电机的行为用数字量化。主控制装置100还接收关于风力涡轮机运行条件116-119的输入数据115。
主控制装置100首先接收所述的输入数据114和115，然后决定风力涡轮机螺距叶片的轴承是否需要润滑。当然，可以提供不同数量的计数器和运行条件，并将它们程序化。
在一个实例中，计数器110用于计算由螺旋运动引起的叶片的转数。另一个计数器111用于计算风力涡轮机在发电状态下的小时数。还有一个计数器112用于计算在叶片始终以相同的螺旋角固定的情况下，风力涡轮机在发电状态下的小时数。
如果确定需要进行润滑，那么由主控制装置100发出输出命令122，该命令用于操作连接到其上的电泵130。随后随着电泵130的运转，通过过压阀135以及输送管136向第一级和第二级分配器137和138输送来自储存器中的润滑油脂。分配器137和138再向叶片螺旋机构中的螺距叶片轴承上的润滑点139，140输送润滑油脂。
如果确定不需要进行润滑，那么电泵130将不工作。
如果确定需要进行润滑，则可以通过主控制装置100来选择润滑模式。所述润滑模式可以是：在依据由计数器110-113所提供的与螺距行为相关的参数的输入数据114和/或来自风力涡轮机运行条件的输入数据115所决定的时间段内，向螺距叶片的轴承注入润滑油脂，并且在润滑油脂注入期间如果需要则使风力涡轮机的叶片旋转，以便使润滑油脂能够进入叶片螺距轴承。
还设置计时器(未示出)，用于确定在润滑时每次润滑油脂注入过程持续时间的长度。已经在不同的程序化了的润滑方案中定义好了每个时间期间，并且根据具体的润滑方案，在不同的条件下(风力涡轮机运行条件和/或有关螺距行为的参数)计算确定的需要注入的润滑油脂的量。
由计数器110-113所提供的输入数据114与来自风力涡轮机运行条件的输入数据115密切相关。这种情况下，根据地理区域会产生的不同风速(强的、弱的、持续的、多变的)、温度以及其他气候条件(雨水、空气密度、或多或少限定的风速轮廓线)，这都会改变风力涡轮机的运行条件。譬如，叶片螺旋角度的变化取决于风速(当风速为＜10m/s时，叶片螺旋角始终为固定的角度，当风速为＞11m/s时，叶片螺旋角是经常变化的)。这些条件已经被计数器110-113量化处理。在这种情况下，叶片长时间以同一个螺旋角固定是很危险的，原因就在于，润滑油脂可能会从接触点消失，从而导致叶片磨损(负面的渗碳作用)。依据本发明中所述的润滑模式，通过在润滑油脂注入的过程中使风力涡轮机螺距叶片旋转，润滑油脂可以进入任何需要的位置。
风力涡轮机主控制装置100具有一个用于动态地控制润滑的软件程序。用于管理和控制风力涡轮机运行的主程序包括允许动态地控制润滑的子程序。将子程序参数化以使得为每个地点和每种风力涡轮机而设置的参数都能够被编辑和修正。该子程序结合不同的风力涡轮机的运行参数定义所使用的润滑方案。
例如，需要考虑数个条件116-119的润滑方案的一个实施例如下：
第一个条件116(在该第一条件中，由叶片运动引起了1000个累计转数，从而实施润滑)，其包括操作润滑油脂泵130，从而润滑内顶齿和轴承座圈轨道30秒以上(计算时间以便供给所需量的润滑油脂)；
第二条件117，在该第二条件中，对于在风力涡轮机处于发电状态下的150个累计的小时数，润滑像在第一个条件116中那样执行；
第三个条件118，其中，如果在叶片始终固定在相同螺旋角的情况下，风力涡轮机处于发电状态累积的小时数等于10个小时，并且平均风速＜7m/s，则执行润滑，其包括操作润滑油脂泵130，从而润滑内顶齿和轴承座圈轨道30秒以上(计算时间以便供给所需量的润滑油脂)；
第四个条件119，其中，如果在螺距叶片始终固定在相同角度的情况下，风力涡轮机处于发电状态累积的小时数等于10个小时，并且平均风速＞＝7m/s，则执行润滑，其包括操作润滑油脂泵，从而润滑内部的顶齿和轴承座圈轨道15秒以上(计算时间以便供给所需量的润滑油脂)；
为了定义新的润滑方案和计数器，也可以通过增加新的条件和新类型的润滑来修正软件。
一旦依据条件116-119完成了任何所定义的润滑方案后，所有的计数器110-113都被置零，从而当任意一个已程序化的运行条件116-119发生时，则执行另一润滑方式，以此类推。
在此描述的基于本发明的用于对风力涡轮机螺距叶片轴承进行动态润滑的装置可以进一步包括用于检测润滑油脂阻滞的部件。上述部件被设置在泵130的下游，并且包括运行控制系统，该运动控制系统包括连接到每个主分配器137的周期检测装置141。当润滑油脂经过管道和主分配器137流动时，活塞(未示出)不断地进行循环运动，以便在润滑过程中(譬如，30秒)每个循环检测装置141都已计算预定的活塞位移量，这就意味着该装置运行正常。当活塞的预定的位移量没有被执行时，由于该装置没有正常运行，所以这种情况会被周期检测装置14所检测到，在这种情况下，一个锁定电路的报警信号会被传送到维护点，以计划一个管路修复作业并禁止受影响管路的所有类型的润滑。
本发明的装置还具有用于检测在相应的储存器中存在至少最小量的润滑油脂的部件。更具体她说，每个电力泵130的润滑油脂箱都具有一个用于指示电力泵130几乎为空的检测装置(未示出)，也就说润滑油脂箱中只有少量的润滑油脂，在这种情况下，关于润滑油脂箱几乎为空的报警信号将被传送到维护点，以酝酿重装润滑油脂箱的作业。数个甚至所有的润滑作业可以都被停止，以便增加润滑油脂箱中润滑油脂的储蓄量。

Claims (11)

1、一种对风力涡轮机螺距叶片的轴承进行动态润滑的方法，包括以下步骤：
a)确定与螺距行为(116-119)相关的至少一个风力涡轮机运行条件或参数；
b)根据至少所述运行条件或所述螺距行为参数(116-119)来确定是否需要进行润滑；以及
c)如果在b)步骤中确定需要进行润滑，则对螺距叶片轴承进行润滑。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果在b)步骤中确定需要进行润滑，则其还包括选择润滑模式的步骤。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述润滑模式包括在依据至少风力涡轮机的运行条件或螺距行为(116-119)的时间期间注入润滑油脂。
4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述润滑模式包括在润滑油脂注入的过程中使风力涡轮的叶片旋转。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述运行条件包括至少一个或多个选自风力涡轮机工作地点和风速的参数。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述与螺距行为相关的参数包括至少一个或多个选自风力涡轮机螺距叶片机构机构的叶片转数和风力涡轮机运行时间期间的参数。
7、如权利要求1或6所述的方法，其特征与螺距行为相关的参数至少由计数器(110-113)来确定。
8、一种用于对风力涡轮机螺距叶片的轴承进行动态润滑的装置，包括用以确定风力涡轮机运行条件的部件；用以确定与螺距行为相关的参数的部件；用于根据所述运行条件和与螺距行为参数(116-119)来确定是否需要实施润滑的风力涡轮机主控制装置(100)；以及在需要实施润滑的情况下用来使螺距叶片轴承进行润滑的部件。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于还包括从储存器中泵送润滑油脂的至少一个泵(130)，以及与所述泵(130)相连接的至少一个分配器(137、138)，所述分配器将润滑油脂输送到螺距叶片轴承(139)和(140)上待润滑的点。
10、如权利要求8所述的装置，其特征在于还包括用于检测在所述储存器中存在至少最小量的润滑油脂的部件。
11、如权利要求8所述的装置，其特征在于还包括用以检测在泵下游处润滑油脂阻滞情况的部件。
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