CN102239330A - 风力涡轮机润滑系统 - Google Patents

Abstract

风力涡轮机润滑系统(10)，其包括用于通过润滑回路(11)泵送润滑剂的泵(21)，所述泵(21)通过来自风力涡轮机的传动系的动力输出(4)被驱动，其特征在于，所述用于泵送润滑剂的泵(21)驱动至少第一液压马达(22)，所述第一液压马达将机械动力提供给第一风力涡轮机辅助部件。

Description

风力涡轮机润滑系统

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机润滑系统。

背景技术

现代风力涡轮机通常用于将电力供给到电网中。这种涡轮机通常包括转子，其具有转子毂和多个叶片。转子设定成在风力影响叶片的情况下转动。转子轴的转动直接驱动发电机转子(“直接驱动”)或通过使用变速箱驱动发电机转子。

在使用变速箱的涡轮机中，低速轴(通常为转子轴)进入变速箱中。低速轴的转动通过适当的齿轮装置转换成高速轴的转动，所述高速轴的转动驱动发电机。在变速箱中提供润滑剂(通常是可能添加有添加剂的油)以减小齿轮之间的摩擦。这样提高了效率并且减小了部件之间的磨损。润滑剂的额外的功能是使颗粒溶解并且防止腐蚀。

通常通过由变速箱中的齿轮之间接触所产生的热来加热润滑剂。因而，润滑剂需要被冷却并且通常通过包括冷却器或热交换器在内的回路循环。使用泵来将从变速箱离开的润滑剂泵送通过冷却器，并且所述润滑剂继而返回到变速箱。

在直接驱动的风力涡轮机中，转子轴直接驱动发电机转子。这种风力涡轮机中例如对于转子轴轴承会需要润滑。在这种情况下通常还需要冷却润滑剂。

JP2007224879公开了一种偏转(yawing)驱动系统，所述偏转驱动系统包括用于转动机舱的电动马达。液压泵给制动器提供液压流体以用于将机舱锁定在其适当的位置中，所述液压泵通过连接到变速箱而被驱动。

EP 0 093 461公开了一种润滑油泵，所述润滑油泵借助齿轮驱动装置而与转子轴联接。润滑油泵通过油管将润滑油供给到机壳中的轴承。在机壳的外侧上设置有用于冷却润滑油的冷却叶片。

其它的现有技术的系统可以典型地包括用于冷却润滑剂的油-空气热交换器。由电动马达所驱动的风扇提供冷却空气。可以通过另一个电动马达或液压马达驱动用于泵送润滑剂通过液压回路的泵。

电动马达的缺点是较大和较重。另外，电动马达需要电源和控制器以及额外的保护系统。液压驱动马达需要从液压动力机组由电力产生的液压动力。尤其在现代的较大的风力涡轮机中，所需要的电动机会是较重的和昂贵的。

至少对于用于泵送润滑剂通过润滑回路的泵来说，可替代的方案可使用来自变速箱的动力输出。然而，这种动力输出是较复杂的和昂贵的。

因而，需要一种节省成本的风力涡轮机润滑回路。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少部分地满足该需要的润滑回路。通过根据权利要求1所述的系统实现该目的。即，通过风力涡轮机润滑系统实现该目的，所述风力涡轮机润滑系统包括用于通过润滑回路泵送润滑剂的泵，所述泵通过来自风力涡轮机的传动系的动力输出被驱动，其特征在于，所述用于泵送润滑剂的泵驱动至少第一液压马达，所述第一液压马达将机械动力提供到第一风力涡轮机辅助部件。

风力涡轮机的多种部分会需要润滑，例如变速箱和轴承。润滑剂通过润滑回路被泵送到这些部分和从这些部分泵送，并且润滑剂会在通过润滑回路时在适当的冷却器或热交换器中被冷却。根据本发明，泵通过来自风力涡轮机的传动系的动力输出被驱动。同一个泵用于驱动至少第一液压马达，所述至少第一液压马达将机械动力提供到第一风力涡轮机辅助部件。该第一辅助部件可以是通常使用单独的电动马达或液压马达供给动力的任何部件。示例是偏转系统、转子桨距(rotorpitch)系统、润滑剂冷却系统、除冰系统和照明系统。在较大的风力涡轮机中使用动力输出是有吸引力的，这是由于具有专用马达的可替代的装置是昂贵的和沉重的。本发明有利地使用动力输出以驱动额外的辅助部件，由此避免使用另一个马达，从而使润滑回路非常节省成本。

在某些实施例中，风力涡轮机包括变速箱，并且所述动力输出是来自所述变速箱的动力输出。在其它实施例中，风力涡轮机是直接驱动的风力涡轮机，并且动力输出是来自转子轴的动力输出。在两种类型的风力涡轮机中，可以有利地使用根据本发明的系统，并且根据本发明的系统给适当的部件提供润滑。尤其，就包括变速箱的风力涡轮机而言，可以给变速箱提供润滑。

优选地，所述第一风力涡轮机辅助部件是润滑剂冷却系统。这样，可以在润滑回路上提供较简单的控制。随着风力涡轮机加速，用于例如变速箱的润滑剂必须越来越快地通过润滑回路泵送，而且给润滑剂提供更多的冷却。然而，在该实施例中，这两个系统通过动力输出被自动地调节；随着风力涡轮机加速，用于泵送润滑剂和用于给冷却系统提供动力的泵也自动地加速。

任选地，在该实施例中，润滑回路包括用于冷却润滑剂的液体-空气热交换器，并且所述液压马达驱动用于冷却润滑剂的风扇。在本发明的范围内，可以提供其它冷却系统和方法，例如具有额外的热泵的液态流体热交换器。然而，众所周知的、可靠的且较简单的解决方案是使用液体-空气的热交换器，其中通过风扇提供冷却空气。

优选地，在该实施例中，润滑回路还包括旁路，所述旁路用于使润滑剂绕过所述热交换器。更优选地，这种旁路包括变流阀。可以用变流阀控制通过旁路和通过热交换器(或冷却器)的润滑剂的量。有利地，这种变流阀可以具有温度控制。当润滑剂的温度升高而需要更多的冷却时，可以通过该阀调节通过旁路的流动。当需要较少的冷却时，旁路可以打开得更多。

任选地，所述用于将机械动力提供到第一辅助部件的第一液压马达布置在所述润滑回路中。不需要为液压马达提供单独的回路。可以通过用作润滑剂的同一种油驱动该马达。该实施例的优点在于该实施例是较简单的。

然而，在其它实施例中，用于将机械动力提供到第一辅助部件的液压马达布置在单独的回路中。该单独的液压回路可以任选地含有不同的流体。根据该实施例的润滑系统整体上会是略微更复杂的。然而，该润滑系统的优点是在分离的回路中可以用不同的压力水平。对于泵送润滑剂所需要的压力不同于对于驱动液压马达所需要的压力。在该实施例中，可以将这些压力水平分离，并且可以建立起用于各单独的回路的适当的压力水平。

在某些实施例中，用于泵送润滑剂的泵还驱动第二液压马达，所述第二液压马达将动力提供到第二风力涡轮机辅助部件。这样，可以避免需要第二电动(或液压)马达。第一和第二辅助部件的适当的示例可以是例如润滑剂冷却系统和偏转系统或润滑剂冷却系统和照明系统。优选地，在这些实施例中，第一和第二液压马达布置在单独的液压回路中。例如，用于驱动润滑剂冷却系统的第一液压马达设置在润滑回路自身中，而用于将动力提供到偏转系统的第二马达设置在单独的液压回路中。反过来的布置自然也是可以的。

在实施例中，其中设置单个液压马达，并且该单个液压马达布置在同一个润滑回路中，可以有利地使用单头齿轮泵。在所有布置(单个液压回路或单独的液压回路)中，可以使用双头齿轮泵。齿轮泵的优点是准确地控制其产生的流动。另外，齿轮泵可以通过来自例如风力涡轮机变速箱的动力输出被较容易地驱动。双头齿轮泵能够输送两个分离的流动，并且从而尤其在存在有两个单独的液压回路的时候使用。而且，如果使用单个液压回路，但是该单个液压回路含有单独的分支，则适于使用双头齿轮泵。除了齿轮泵以外，也可以使用其它类型的泵。

附图说明

以下将参照附图仅以非限制性示例的方式说明本发明的特殊实施例。其中：

图1示出现有技术的风力涡轮机变速箱润滑系统的示意图；

图2示出另一个现有技术的风力涡轮机变速箱润滑系统的示意图；

图3示出根据本发明的风力涡轮机润滑系统的第一实施例的示意图；

图4示出根据本发明的风力涡轮机润滑系统的第二实施例的示意图；

图5示出根据本发明的润滑系统的第三实施例的示意图；

图6示出根据本发明的润滑系统的第四实施例的示意图；以及

图7示出根据本发明的润滑系统的第五实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出现有技术的风力涡轮机变速箱润滑系统10的示意图。风力涡轮机的传动系包括低速轴2、变速箱1和高速轴3。来自变速箱1的动力输出4驱动泵12。泵12通过润滑回路11将润滑剂输送到变速箱1和从变速箱1输送润滑剂。润滑剂在出口17处离开变速箱并且在入口18处进入变速箱。回路11还包括过滤器12和液体-空气(或油-空气)热交换器14。通过风扇16提供冷却空气，所述风扇16由单独的电动马达15驱动。

图2示出另一个现有技术的润滑系统。该润滑系统与图1中所示的润滑系统非常类似，相同的附图标记指示相同的部件。在该实施例中，泵12(其泵送润滑剂通过回路11)不由来自变速箱的动力输出驱动。代替地，泵12由单独的马达19驱动。该马达19可以是电动马达或液压马达。

图3示出根据本发明的风力涡轮机润滑系统的第一实施例的示意图。同样，相同的附图标记指示相同的部件。在该实施例中，来自变速器1的动力输出4驱动双头齿轮泵21。双头齿轮泵21包括两个齿轮部分21a和21b。齿轮泵21的部分21a泵送润滑剂通过回路11，所述回路11从变速箱出口17延伸到变速箱入口18。回路11还包括适当的过滤器13和热交换器14。

齿轮泵21的部分21b对流体加压并且泵送流体通过单独的回路20。该单独的回路20可以包括与回路11相同的流体(润滑剂)，但是也可以包括不同的流体。齿轮泵21将所述流体加压到使得该流体可以驱动第一液压马达22的水平，所述第一液压马达22继而给风扇16供给动力。风扇16在热交换器14中提供冷却空气流。

润滑剂循环到变速箱和从变速箱循环，并且穿过热交换器14，以便使润滑剂冷却。在图3中所示的实施例中，回路11还包括旁路24，所述旁路24使润滑剂绕过热交换器。变流阀23调节通过旁路的流体的量(以及通过热交换器的流体的量)。该阀23受到适当的温度控制。如果润滑剂的温度升高，则需要更多的冷却。因此，阀23必须处于更加关闭的位置，所述更加关闭的位置禁止流动通过旁路，并且促进流过热交换器。

根据本发明的风力涡轮机并不需要用于设置冷却风扇的单独的电动马达。根据本发明的风力涡轮机也不需要用于泵送润滑剂通过回路的马达。通过来自变速箱的动力输出提供用于替换这些马达的动力。本发明提供的另一个优点是润滑剂循环和冷却在某种程度上自动地由动力输出4控制。如果风力涡轮机的速度越高，则润滑剂需要通过回路泵送得越快，并且润滑剂另外需要更多的冷却。由于通过动力输出4驱动泵21，所述动力输出4在风力涡轮机加速时加速，自动地提供更多的动力以用于泵送润滑剂和用于驱动冷却风扇16。

图3中所示的实施例的特定的优点是可以单独地调节两个液压回路(润滑剂回路11和回路20)的压力水平。对于泵送润滑剂通过回路11所需要的压力将通常低于对于给马达22供给动力所需要的压力。由于双头齿轮泵21和单独的回路20的构造，因此可以对两个回路施加适当的压力水平。

图4示出根据本发明的液压回路的另一个实施例。与图3中所示的元件相同的元件用相同的附图标记指示。而且在该所示实施例中，给变速箱1提供润滑。两个实施例之间的差异在于，在用于使润滑剂循环到变速箱和从变速箱循环的同一个回路11中包含有用于驱动风扇16的液压马达22。回路11被分成分支11a和分支11b。分支11a使润滑剂通过热交换器14(或旁路24)。分支11b使润滑剂朝向用于给风扇16供给动力的第一液压马达22循环，所述风扇16提供冷却空气。因而，用于给马达22供给动力的液压流体是用于给变速箱提供润滑的相同润滑剂。虽然图4中未示出，但是可以在分支11b中设置额外的过滤器。该实施例的优点是不需要其它的液压流体。

图5示出根据本发明的液压回路的又一个实施例。相同的附图标记指示相同的元件。如在图4中所示的实施例中，用于经由风扇16给润滑剂提供冷却的液压马达22布置在将润滑剂循环到变速箱1和从变速箱1循环润滑剂的同一个润滑回路11中。然而，在该实施例中，单头齿轮泵21用于泵送润滑剂并且同时给第一马达22供给动力。回路11没有分成独立的分支，这使得该实施例是较简单的。

图6中所示的本发明的实施例示出来自泵21的机械动力如何用于驱动冷却器风扇16和额外的辅助系统27。

使用双头齿轮泵21。该泵的一个部分21a用于通过回路11将润滑剂泵送到变速箱和从变速箱泵送润滑剂。在该同一个回路中设置用于驱动风扇16的第一液压马达22。如同在先前的实施例中，润滑剂穿过热交换器14，其中润滑剂由风扇16所产生的冷却空气冷却。如同在先前的实施例中，设置用于绕过热交换器的旁路回路24。

另一个部分21b泵送液压流体通过额外的回路20，在所述额外的回路20中设置第二液压马达25。液压马达25驱动另一个辅助系统27。该辅助系统可以是偏转系统、除冰系统、照明系统、桨距系统等。优选的辅助系统是仅在风力涡轮机转动时使用的系统，这是由于仅在这时才通过动力输出4输送动力。然而，对于诸如偏转系统的其它辅助系统来说使用所述动力也会是有利的。偏转系统用于使风力涡轮机的转子沿着主风向定向。然而，不仅在涡轮机操作时使用偏转系统，如果涡轮机已经停顿并且在起动时涡轮机没有沿着正确的方向定向，则偏转系统用于适当地指引转子。然而，此时，来自所述动力输出的动力是不可用的。解决方案是对于这些情况可以设置额外的电源。与现有技术的系统相比较，用于偏转系统的电源可以是较小的(因而是较轻的和较便宜的)，这是由于现在仅需要在特定时刻提供动力，而不是一直提供动力。

图7示出与图6中所示的实施例类似的又一个实施例。实际上图7中所示的实施例与图6中所示的实施例的不同之处在于，在额外的液压回路20中而不是在润滑剂回路11中设置用于驱动风扇16的第一马达22。在润滑回路11中设置用于驱动第二辅助系统27的第二马达25。

另一个较小的不同之处是在该实施例中没有设置用于绕过热交换器14的旁路回路。在本发明的范围内，在所有所示的实施例中可选地设置这种旁路回路。一方面，这种旁路允许更加准确地控制润滑剂的温度。另一方面，不设置旁路回路使得回路较简单。

本发明的所有实施例中所示的液压马达22可以是容积式液压马达或回转动力(rotodynamic)液压马达。可以基于多种参数选择这两种类型的马达，所述参数例如是所使用的流体的期望的流量、操作压力和粘度。

前面所述的实施例仅是本发明的原理的说明。可以在没有脱离所附权利要求书的范围的情况下设计其它的实施例和构造。

尤其，以下选择落入本发明的范围内：虽然在任一个附图中没有示出，但是本发明还可以应用到所谓的直接驱动的风力涡轮机，其中转子轴直接驱动发电机(而没有与变速箱相互作用)。在这种风力涡轮机中，可以从转子轴布置动力输出。

虽然在任一个附图中都没有示出，但是也可以给除了变速箱以外的其它部件提供润滑，例如轴承。

虽然在所有实施例中说明的用于泵送润滑剂的泵是齿轮泵，但是可以使用其它类型的泵(容积式泵或回转动力泵)，例如活塞泵、回旋叶片式泵、离心泵或轴流泵。

并且虽然在图3至7中所示的所有实施例中，用于泵送润滑剂的泵驱动液压马达，所述液压马达至少将机械动力提供到润滑剂冷却系统，但是这不是必要的。在本发明的范围内，可以仅给一个辅助系统(例如，除冰系统、偏转系统)供给动力，并且润滑剂冷却系统不通过泵送润滑剂的泵供给动力。在本发明的范围内，也可以使用除了图3至7中所示的那些以外的其它类型的热交换器和/或冷却系统。

在图3至7的所有实施例中，在润滑回路中设置单个过滤器。也可以在本发明的范围内使用不同的过滤装置。本领域的技术人员将能够在需要过滤器时确定需要多少过滤器，可以采用哪种类型的过滤器，以及在回路的哪个部分中最适合设置过滤器。

Claims (15)

1.风力涡轮机润滑系统(10)，所述风力涡轮机润滑系统包括用于泵送润滑剂通过润滑回路(11)的泵(21)，所述泵(21)由来自所述风力涡轮机的传动系的动力输出(4)驱动，其特征在于，用于泵送润滑剂的所述泵(21)驱动至少第一液压马达(22)，所述第一液压马达(22)将机械动力提供给第一风力涡轮机辅助部件。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述风力涡轮机包括变速箱(1)，并且所述动力输出是来自所述变速箱(1)的动力输出。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述润滑回路将润滑剂提供到所述变速箱(1)。

4.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述风力涡轮机是直接驱动的风力涡轮机，并且所述动力输出是来自转子轴的动力输出。

5.根据以上权利要求中任一项所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述第一风力涡轮机辅助部件是润滑剂冷却系统(16)。

6.根据权利要求5所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述润滑回路(11)包括用于冷却所述润滑剂的液体-空气热交换器(14)，并且所述液压马达(22)驱动用于冷却所述润滑剂的风扇(16)。

7.根据权利要求5或6所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述润滑回路(11)还包括旁路(24)，所述旁路(24)用于使润滑剂绕过所述热交换器(14)。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述旁路(24)包括变流阀(23)。

9.根据以上权利要求中任一项所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，用于将机械动力提供到第一风力涡轮机辅助部件的所述第一液压马达(22)布置在所述润滑回路(11)中。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，用于将机械动力提供到第一风力涡轮机辅助部件的所述第一液压马达(22)布置在单独的回路(20)中。

11.根据以上权利要求中任一项所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，用于泵送润滑剂的所述泵(21)还驱动第二液压马达(25)，所述第二液压马达(25)将机械动力提供给第二风力涡轮机辅助部件(27)。

12.根据权利要求11所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述第一液压马达和第二液压马达中的一个设置在所述润滑回路(11)中，而所述液压马达中的另一个设置在单独的回路(20)中。

13.根据权利要求1至9中任一项所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，用于泵送润滑剂的所述泵(21)是单头齿轮泵。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，用于泵送润滑剂的所述泵(21)是双头齿轮泵。

15.根据以上权利要求中任一项所述的风力涡轮机润滑系统，其特征在于，所述第一和/或第二液压马达是容积式液压马达或回转动力液压马达。

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