CN102635513A - 对风力涡轮机的至少一个叶片变浆轴承进行润滑的方法 - Google Patents
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Abstract
一种对风力涡轮机特别是变桨风力涡轮机的至少一个叶片变桨轴承进行润滑的方法，所述风力涡轮机包括：具有多个转子叶片的转子轮毂，其中每个转子叶片由至少一个叶片变桨轴承支撑在所述转子轮毂上，所述至少一个转子叶片能够变桨；适于控制所述至少一个转子叶片变桨的转子叶片桨距控制装置。通过测量所述至少一个叶片变桨轴承的电容和/或电阻，由润滑检测装置产生至少一个指示所述至少一个叶片变桨轴承的润滑程度的润滑信息信号，来确定所述至少一个叶片变桨轴承的润滑状况；如果所述润滑信息信号指示所述至少一个叶片变桨轴承润滑不充分，启动转子叶片润滑装置，执行至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变桨轴承。
Description
技术领域
本发明涉及对风力涡轮机（特别是变浆风力涡轮机）的至少一个叶片变浆轴承进行润滑的方法，所述风力涡轮机包括：具有多个转子叶片的转子轮毂，其中至少一个转子叶片由至少一个叶片变浆轴承支撑在转子轮毂上，至少一个转子叶片能够围绕转子叶片的中心轴线变浆；以及适于控制所述至少一个转子叶片变浆的转子叶片桨距控制装置。
背景技术
现代风力涡轮机采用变桨距控制，也就是说，转子叶片能够围绕转子叶片的中心轴线旋转。因此，转子叶片通过各自的叶片变浆轴承支撑在转子轮毂上。转子叶片的旋转，或者说转子叶片桨距角的变化是由适于控制各个转子叶片变浆的转子叶片桨距控制装置控制的，也就是说，转子叶片桨距控制装置调节各个转子叶片的桨距角。转子叶片的变桨基本上取决于当前的气候条件，例如当前的风速，同时也取决于控制信号或控制参数，例如转子速度参考值以及力或力矩参考值。众所周知，轴承的适当润滑对于维持轴承的使用寿命至关重要，这需要对转子叶片一定的变浆。轴承的润滑对于整个风力涡轮机的运行都是重要的。
因此，人们提出了润滑各个轴承的多种方法。
US2010/0068055A1公开了一种对风力涡轮机叶片变浆轴承进行动态润滑的方法。该方法包括：确定与变桨活动有关的至少一个风力涡轮机运行状态或参数；根据所述运行状态或变桨活动参数确定是否需要润滑；如果确定操作是肯定的，则对变桨叶片轴承进行润滑。
润滑各个轴承的另一策略是定期注入润滑剂，在既定的时间间隔后注入一定量的润滑剂，和/或对转子叶片定期变桨。
但是，已知的轴承润滑方法没有考虑各个轴承当前的润滑程度。事实上，已知的方法经常导致轴承润滑剂的过度添加，这可能会引起过度渗漏。另一方面，也会出现轴承润滑不充分的情况。
因此，已知的润滑风力涡轮机轴承（特别是将转子叶片支撑在转子轮毂上的转子叶片轴承）的策略并不令人满意。
发明内容
因此，本发明的目的是要提供一种改进的操作风力涡轮机的方法，尤其是保证转子叶片的各个轴承都能得到良好润滑的方法。
上述目的由上面所述的方法实现，该方法的特征在于：通过测量至少一个叶片变浆轴承的电容和/或电阻，由润滑检测装置产生至少一个指示所述至少一个叶片变浆轴承润滑程度的润滑信息信号，来确定述至少一个叶片变浆轴承的润滑状况；如果所述润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承润滑不充分，则启动转子叶片润滑装置以执行至少一个动作，润滑所述至少一个叶片变浆轴承。
通过诊断系统监视各个轴承的润滑状况，所述润滑检测装置产生所述润滑信息信号，该创造性的方法考虑了一个或多个转子叶片轴承的当前润滑状况。也就是说，与现有技术相反，该创造性的方法能够确定每个或者各个或者各组轴承的当前润滑状况，在所述润滑信息信号指示需要润滑时，对各轴承进行润滑。也就是说，启动所述转子叶片润滑装置，执行至少一个动作，润滑各个轴承。因此，所述转子叶片润滑装置可以向所述至少一个轴承注入润滑剂和/或启动所述转子叶片桨距控制装置以改变所述至少一个转子叶片的桨距角。
指示润滑程度的润滑信息信号是基于各个轴承的电容和/或电阻的测量结果产生的。各个轴承的电容和/或电阻的测量结果允许得到关于各个轴承当前润滑状态的适当信息，也就是说，可以在最大程度上估计各个轴承的润滑状态。
所述至少一个叶片变浆轴承的润滑状况优选通过确定润滑剂的量而确定，尤其是位于至少一个叶片变浆轴承的相对彼此运动的至少两个部件之间润滑剂的涂覆厚度h。这一原理的基础是，将被润滑轴承的电容C假定为平行板电容器的电容C。因此，所述轴承的结构接触点的彼此相对移动的两个部件之间，或者例如，外齿圈或内齿圈与滚动部件例如滚珠等之间的润滑剂厚度h由公式（i）表示：
其中
表示真空介电常数，
表示相对介电常数或润滑剂的相对介电常数，A表示润滑剂覆盖的面积。
轴承的电容C由电容C i 和电容C o 确定，其中C i 表示内齿圈和滚动部件之间的电容，C o 表示外齿圈和滚动部件之间的电容，参见公式（ii）
因此，第一个示例性测量方案利用交流电压信号确定润滑的轴承的互相接触的部件的电容C。电容C可以在各个轴承运行时或没有运行时或者在轴承的各个部件运动时或静止时确定。
根据另一个示例性测量方案，将轴承看做是润滑剂存在时电容C和电阻R的结合体。将一个已知电阻R与各个轴承并联连接，提供恒定的直流电压。该已知电阻R用来确定电路中的电流。使用直流电压至关重要，因为轴承的电容C是非极性的，因此对直流电是无效的。所以，可能的电压下降只能是轴承的电阻R引起的。这样，控制轴承的电阻R能够确定润滑剂的量，尤其是轴承各部件的两个接触点之间的润滑剂的厚度h。
当电容C和/或电阻R接近各自的参考值时，这指示轴承的润滑剂不充分，或者说轴承的各部件之间只有少量的润滑剂，那么启动转子叶片润滑装置。
也可以对所述润滑信息信号进行处理，从而使得所述润滑信息信号能够指示所述至少一个叶片变浆轴承的磨损程度。确定各轴承的磨损程度是可能的，因为由于摩擦和磨损导致润滑剂中出现的颗粒，尤其是导电颗粒，引起测量变量的变化，也就是电容C和电阻R的变化。轴承的接触点间的或者例如外齿圈和滚动部件间的导电颗粒产生对测量信号的干扰。测量信号的这种变化（即颗粒的影响）可以通过已知的平均技术进行平衡。因此，关于各轴承接触点之间颗粒的信息能够指示各个轴承的磨损程度，因为接触点间颗粒数量的增加导致电阻R减小。这样，通过处理所述润滑信息信号可以得到关于各个轴承使用寿命的信息。
在本发明的另一个实施例中，所述转子叶片润滑装置为执行至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承考虑了至少一个内部参数和/或至少一个外部参数。从至少一个附加参数中得到的信息可以用来限制或者禁止变桨润滑或者调整润滑策略，例如基于至少一个运行参数改变变桨运动轨迹。这样，可以对各个轴承进行精确、恰当地润滑。
因此，液压油的温度和/或压力、和/或转子轮毂和/或发电单元转子的速度、和/或桨距角、和/或发电单元例如风力涡轮机的发电机产生的电力可被认为是内部参数；风速、和/或环境温度、和/或环境压力、和/或空气密度可被认为是外部参数。当然，也可以利用其它内部和/或外部参数，以及风力涡轮机控制系统的内部状况。
优选地，所述润滑信息信号和/或关于所述转子叶片润滑装置的至少一次先前操作的润滑参数被存储于存储单元中，从而所述转子叶片润滑装置在执行所述至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承时至少部分地考虑存储单元中存储的数据。这样，历史数据和结论可得到考虑。也就是说，所述转子叶片润滑装置适于将当前状态与至少一个先前操作进行比较，如果先前的状态类似的话。如此一来，当前的润滑程序可以得到优化。
如果所述至少一个润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承润滑不充分，尤其在所述转子叶片润滑装置已经执行至少一个动作以润滑所述至少一个轴承后，所述润滑检测装置产生至少一个警告信号，这也是可能的。所述警告信号提示了各轴承当前润滑状况不充分，因此，所述轴承的操作和/或状态会或者可能会受到负面影响。所述警告信号可被风力涡轮机控制系统记录并使用，也可以通过相应的通信装置传送到控制风力涡轮机操作的控制中心。
进一步地，可以想到，如果所述至少一个润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承润滑不充分，尤其在所述转子叶片润滑装置已经执行至少一个动作以润滑所述至少一个轴承后，所述润滑检测装置产生一个终止信号以终止所述风力涡轮机的操作。这样，所述风力涡轮机得到了保护，免受损坏，因为如果所述润滑检测装置已经检测出所述至少一个轴承润滑不充分，风力涡轮机的操作会被终止。
此外，本发明涉及风力涡轮机，特别是变浆风力涡轮机，其尤其适于执行上文所述的方法。所述风力涡轮机包括：具有多个转子叶片的转子轮毂，其中每个转子叶片由至少一个叶片变浆轴承支撑在所述转子轮毂上，所述至少一个转子叶片能够围绕转子叶片中心轴线变桨；适于控制所述至少一个转子叶片的桨距角的转子叶片桨距控制装置；以及润滑检测装置。通过测量所述至少一个叶片变浆轴承的电容和/或电阻，所述润滑检测装置适于产生至少一个指示所述至少一个叶片变浆轴承的润滑程度的润滑信息信号，由此，当所述润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承未被充分润滑时，启动转子叶片润滑装置，所述转子叶片润滑装置适于执行至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承。因此，所述转子叶片润滑装置和所述转子叶片桨距控制装置适于互相通信。
优选地，所述转子叶片润滑装置适于向所述至少一个叶片变浆轴承注入额外的润滑剂和/或启动所述转子叶片桨距控制装置以改变所述至少一个转子叶片的桨距角，从而润滑所述至少一个叶片变浆轴承。这样，通过注入额外量的润滑剂或额外地或可选地改变各个桨距角，也就是围绕所述转子叶片的中心轴线旋转所述转子叶片以及各个轴承一定范围，各轴承得到了保护，避免了润滑不充分。
所述风力涡轮机可包括适于存储润滑信息和/或与所述转子叶片润滑装置的至少一次先前操作有关的操作数据的存储单元，其中所述转子叶片润滑装置和所述存储单元适于互相通信。这样，在执行各轴承的润滑前，先前润滑动作的历史数据可以得到考虑。从而当前的润滑程序得到了优化。
另外，如果所述至少一个润滑信息指示所述至少一个轴承润滑不充分，特别是在所述转子叶片润滑装置已经执行了至少一个动作以润滑所述至少一个轴承后，所述润滑检测装置适于产生至少一个警告信号，这也是可能的。这样，如果至少一个轴承润滑不充分，这一情况可由各个控制系统、监视基站、维护人员等发现。
进一步地，如果所述至少一个润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承润滑不充分，特别是在所述转子叶片润滑装置已经执行至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承后，所述润滑检测装置适于产生一个终止信号以终止所述风力涡轮机的操作。这样，如果至少一个轴承润滑不充分，风力涡轮机的操作就会被终止，因此，轴承本身以及整个风力涡轮机被损坏的风险得到了消除。
附图说明
以下内容参考附图对本发明做了详细描述，附图中：
图1示出了本发明一个实施例的风力涡轮机的原理图；
图2示出了该创造性的方法的方框流程图；
图3示出了标记出电容的转子叶片轴承的原理图。
具体实施方式
图1示出了本发明一个实施例的风力涡轮机1的原理图。风力涡轮机1是变浆风力涡轮机。
多个转子叶片4通过各个轴承5（叶片变浆轴承）被支撑在转子轮毂2上。转子叶片4能够围绕它们的转子叶片中心轴线变浆或旋转，各个转子叶片4的变浆（或称俯仰，pitching），也就是各个桨距角的变化由转子叶片桨距控制装置6控制，转子叶片桨距控制装置6包括转子叶片变桨致动器（未示出）。转子叶片桨距控制装置6可以对转子叶片4进行单个或者集体变桨。
进一步地，风力涡轮机1包括润滑检测装置7。通过分别测量各轴承5的电容和/或电阻，润滑检测装置7适于产生至少一个指示各轴承5的润滑程度的润滑信息信号。
此外，设置有转子叶片润滑装置8。当所述润滑信息信号指示各轴承5润滑不充分时，转子叶片润滑装置8适于执行至少一个动作以润滑所述至少一个轴承5。
转子叶片桨距控制装置6、润滑检测装置7以及转子叶片润滑装置8能够互相通信。另外，转子叶片桨距控制装置6、润滑检测装置7以及转子叶片润滑装置8均被连接至中央控制单元9，所述中央控制单元9适于控制所述转子叶片桨距控制装置6、润滑检测装置7以及转子叶片润滑装置8。优选地，所述中央控制单元9被连接至风力涡轮机1的发电单元3。
风力涡轮机1进一步包括存储单元10，所述存储单元10适于存储润滑信息和/或关于所述转子叶片润滑装置8的至少一个前次操作的操作数据。所述存储单元10适于与所述转子叶片润滑装置8和/或所述中央控制单元9通信。
图2示出了润滑风力涡轮机1的至少一个轴承5，尤其是至少一个叶片变浆轴承的方法。在风力涡轮机1的正常运行期间，冲向转子叶片4的风速促使轮毂2旋转，并进一步地促使发电单元3产生电力。
所述润滑检测装置7通过产生指示各轴承5的润滑程度的润滑信息信号来确定各轴承5的润滑状况。在第一步骤S1中，测量了各轴承5的电容C和/或电阻R。在接下来的步骤S2中，测量到的电容和/或电阻经过处理以确定各轴承5的润滑状况。从而，各轴承5的至少两个相对彼此运动的部件（参见图3）之间的润滑剂的量，尤其是润滑剂的涂覆厚度h，通过上面描述的方法确定。通常，可以连续或间隔地测量所述电容C和/或所述电阻R以及确定各轴承5的润滑状况。
如果所述润滑信息信号指示所述至少一个轴承5润滑不充分，在步骤S3中启动所述转子叶片润滑装置8，执行至少一个动作以润滑该轴承5，也就是相应的信号（参见箭头15, 16）被传送到所述转子叶片润滑装置8中。优选地，通过向该轴承5注入额外合适分量的润滑剂（对应于箭头15表示的信号）和/或启动所述转子叶片桨距控制装置6以改变转子叶片4的桨距角（对应于箭头16表示的信号），也就是旋转该转子叶片4以便再次将当前分量的润滑剂注入到轴承5中，从而将各轴承恰当地润滑。
参见图1所示的风力涡轮机1，所述转子叶片润滑装置8通过所述润滑检测装置7或通过所述中央控制单元9直接启动。
尤其在将转子叶片4变桨以使轴承5恰当润滑时，所述转子叶片润滑装置8考虑用于执行相应动作以润滑轴承5的至少一个内部参数和/或至少一个外部参数（参见箭头17，18）。因此，风力涡轮机1的温度和/或液压油的压力和/或转子轮毂2的速度和/或发电单元3的转子的速度和/或转子叶片4的桨距角和/或发电单元3产生的电力可被认为是内部参数（参见箭头17）；风速和/或环境温度和/或环境压力和/或空气密度可被认为是外部参数（参见箭头18）。这实质上是基于这个事实：转子叶片4的变桨影响风力涡轮机1的电力输出。所述风力涡轮机1包括用于测量各个内部和/或外部参数的各个传感器（未示出），这些传感器适于与所述中央控制单元9通信。
进一步地，所述润滑检测装置7在产生所述润滑信息信号时也考虑先前润滑信息信号和/或关于所述转子叶片润滑装置8的至少前一次操作的润滑参数。因此，所述润滑检测装置7和/或所述中央控制单元9与包含关于所述转子叶片润滑装置8的先前润滑动作的历史数据的存储单元10互相通信。
如果所述润滑信息信号指示所述至少一个轴承5润滑不充分，尤其在所述转子叶片润滑装置8已经执行一个动作以润滑所述轴承5后，所述润滑检测装置7进一步适于产生至少一个警告信号。在极端情况下，所述润滑检测装置7有必要产生终止信号，终止所述风力涡轮机1，以避免所述风力涡轮机1受损。
图3示出了标记出电容C i 和C o 的转子叶片轴承5的原理图。所述轴承5包括外齿圈11、内齿圈12以及在各自运行轨道上滚动的以滚珠13形式设置的滚动部件。所述轴承5包括其所有的部件，也就是说各部件均由润滑剂涂覆。所述轴承5包括几个用于测量所述轴承5的电容C的测量点14，其中轴承5的电容C由例如内齿圈12和滚珠13之间的电容C i 以及外齿圈11和滚珠13之间的电容C o 确定（参加公式（ii））。因此，所述润滑检测装置7包括各个用于获取各测量信号的电传感器（未示出），以便轴承5中的电容C i 和C o 以及从所述传感器得到的信息经过处理后得到所述润滑信息信号。
此外，所述润滑信息信号也可以经过处理以指示轴承5的磨损程度。这是可能的，因为由摩擦和磨损产生的颗粒引起所述传感器获取的各个测量信号的变化，也就是说润滑信息信号的变化取决于主要引起润滑剂电导率变化的润滑剂中的外部颗粒。
因此，该创造性的方法能够处理关于所述轴承5的润滑的所有问题，尤其是确定何时需要对至少一个轴承5进行润滑。因此，风力涡轮机1的发电单元3的发电受到的影响被最小化，因为只有在绝对必要时才对轴承进行润滑。另外，避免了由于轴承5润滑不充分而导致的对风力涡轮机1的损坏。
Claims (14)
1. 一种对风力涡轮机特别是变浆风力涡轮机的至少一个叶片变浆轴承进行润滑的方法，所述风力涡轮机包括：具有多个转子叶片的转子轮毂，其中每个转子叶片由至少一个叶片变浆轴承支撑在所述转子轮毂上，由此所述至少一个转子叶片能够变桨；适于控制所述至少一个转子叶片的变桨的转子叶片桨距控制装置；其特征在于：
- 通过测量所述至少一个叶片变浆轴承的电容和/或电阻，由润滑检测装置产生至少一个指示所述至少一个叶片变浆轴承的润滑程度的润滑信息信号，来确定所述至少一个叶片变浆轴承的润滑状况；
- 如果所述润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承润滑不充分，则启动转子叶片润滑装置，以执行至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个叶片变浆轴承的润滑状况是通过确定所述至少一个叶片变浆轴承的至少两个相对彼此运动的部件之间的润滑剂的量特别是润滑剂的涂覆厚度来确定的。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述润滑信息信号经过处理以指示所述至少一个叶片变浆轴承的磨损程度。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述转子叶片润滑装置向所述至少一个叶片变浆轴承注入额外的润滑剂和/或启动所述转子叶片桨距控制装置以改变所述至少一个转子叶片的桨距角，以便润滑所述至少一个叶片变浆轴承。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述转子叶片润滑装置为执行至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承考虑了至少一个内部参数和/或至少一个外部参数。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中液压油的温度和/或压力、和/或转子轮毂的速度、和/或发电单元的转子的速度、和/或桨距角、和/或风力涡轮机发电单元产生的电力被认为是内部参数；风速、和/或环境温度、和/或环境压力、和/或空气密度被认为是外部参数。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述润滑信息信号和/或与所述转子叶片润滑装置的至少一次先前操作有关的润滑参数被存储于存储单元中，由此所述转子叶片润滑装置在执行所述至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承时至少部分地考虑了所述存储单元中存储的数据。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果所述至少一个润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承润滑不充分，尤其在所述转子叶片润滑装置已经执行了至少一个动作以润滑所述至少一个轴承后，所述润滑检测装置产生至少一个警告信号。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果所述至少一个润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承润滑不充分，尤其在所述转子叶片润滑装置已经执行了至少一个动作以润滑所述至少一个轴承后，所述润滑检测装置产生一个终止信号以终止所述风力涡轮机的操作。
10. 风力涡轮机（1），特别是变浆风力涡轮机，其尤其适于执行前述权利要求中任一项所述的方法，所述风力涡轮机（1）包括：具有多个转子叶片（4）的转子轮毂（2），其中每个转子叶片（4）由至少一个叶片变浆轴承（5）支撑在所述转子轮毂（2）上，至少一个转子叶片（4）能够围绕转子叶片中心轴线变桨；适于控制所述至少一个转子叶片（4）各自桨距角的转子叶片桨距控制装置（6）；以及润滑检测装置（7），其适于通过测量所述至少一个叶片变浆轴承（5）的电容和/或电阻，产生至少一个指示所述至少一个叶片变浆轴承（5）的润滑程度的润滑信息信号, 由此，当所述润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承（5）未被充分润滑时，所述润滑检测装置（7）适于启动转子叶片润滑装置（8），所述转子叶片润滑装置（8）执行至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承（5），其中所述转子叶片润滑装置（8）和所述转子叶片桨距控制装置（6）适于互相通信。
11. 根据权利要求10所述的风力涡轮机，其中所述转子叶片润滑装置（8）适于向所述至少一个叶片变浆轴承（5）注入额外的润滑剂和/或启动所述转子叶片桨距控制装置（6）以改变所述至少一个转子叶片（4）的桨距角，以便润滑所述至少一个叶片变浆轴承（5）。
12. 根据权利要求10或11所述的风力涡轮机，包括适于存储润滑信息和/或与所述转子叶片润滑装置（8）的至少一次先前操作有关的操作数据的存储单元（10），其中所述转子叶片润滑装置（8）以及所述存储单元（10）适于互相通信。
13. 根据权利要求10-12中任一项所述的风力涡轮机，其中如果所述至少一个润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承（5）润滑不充分，尤其在所述转子叶片润滑装置（8）已经执行至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承（5）后，所述润滑检测装置（7）适于产生至少一个警告信号。
14. 根据权利要求10-13中任一项所述的风力涡轮机，其中如果所述至少一个润滑信息信号指示所述至少一个叶片变浆轴承（5）润滑不充分，尤其在所述转子叶片润滑装置（8）已经执行了至少一个动作以润滑所述至少一个叶片变浆轴承（5）后，所述润滑检测装置（7）适于产生一个终止信号以终止所述风力涡轮机（1）的操作。
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