CN106065901B - 风力涡轮机、其轴承以及减少润滑剂泄露到轴承外的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机的轴承(10)，其中轴承(10)采用润滑剂润滑以便减少轴承(10)的磨损和疲劳，密封轴承(10)使得最小化泄漏到轴承(10)的润滑剂的量，并且轴承(10)包括通风设备(20)，其具有至少一个压力补偿孔(21)以便在密封的轴承(10)和周围环境之间赋予压力补偿。通风设备(20)还包括压缩机单元(23)，其与压力补偿孔(21)连接。因此，压缩介质可选择性地吹送通过压力补偿孔(21)以确保压力补偿孔(21)大体上保持未阻塞，使得与周围环境相比的轴承(10)内的过压得以最小化并且润滑剂到轴承(10)外的泄漏得以减少。本发明还涉及一种包括这样轴承(10)的风力涡轮机并且涉及一种减少润滑剂泄漏到风力涡轮机的轴承(10)外的方法。

Description

风力涡轮机、其轴承以及减少润滑剂泄露到轴承外的方法

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机的轴承，其中该轴承包括通风设备。此外，本发明涉及一种具有这样轴承的风力涡轮机并且涉及一种减少润滑剂泄漏到这样轴承外的方法。

背景技术

将润滑剂到轴承外的泄漏有利地保持尽可能低，以便确保所期望量的润滑剂保持在轴承内。如果发生不受控的泄漏，则轴承内润滑剂的水平可变得低的。如果轴承在低润滑剂水平下操作，则可能因磨损和疲劳而对轴承造成有害损坏。

另外，升高的润滑剂泄漏率可由于清洁并填充风力涡轮机处的润滑剂容纳器的增加的维修活动而导致额外维修成本。尤其，海上风力涡轮机上润滑剂的泄漏可导致显著升高的维修成本。

通常，密封风力涡轮机的轴承使得定期泄漏出的润滑剂的量得以最小化。理想地，没有或只有非常少的润滑剂泄漏到风力涡轮机的密封的轴承外。但是，实际上，可能发生的是升高量的润滑剂可泄漏到轴承外。这至少部分地归因于与周围环境的压力相比的轴承内侧的过压。轴承内侧的过压可由与周围环境相比的轴承内侧升高的温度引起。例如，如果具有四米的轴承直径的轴承的温度从15摄氏度升高到55摄氏度，则轴承内侧的压力可能增加0.14 bar。为减少与周围环境的压力相比的轴承内侧的过压，需要从轴承释放大约八升的空气。

已示出的是，轴承内侧甚至相对小的过压（例如0.l bar）可随时间导致显著泄漏。这可以是通过将润滑剂缓慢压到该密封的轴承的密封件唇部下方的情况。轴承内侧升高的过压（例如0.2 bar或更高）可在相对短时间内甚至导致润滑剂的显著泄漏。

在现有技术中，通常已接受该润滑剂泄漏。为最小化泄漏量，已试图最小化轴承内侧的过压。

因此，存在用于提供减少润滑剂泄漏到风力涡轮机的轴承外的改善构思的期望。

发明内容

此目标通过根据本发明的风力涡轮机、其轴承以及减少润滑剂泄露到轴承外的方法解决。在优选实施方案中详细说明书有利实施例和修改。

根据本发明，提供一种风力涡轮机的轴承，其中所述轴承采用润滑剂润滑以便减少所述轴承的磨损和疲劳。此外，密封所述轴承使得最小化泄漏到所述轴承外的润滑剂的量。所述轴承包括通风设备，其具有至少一个压力补偿孔以便在密封的轴承和周围环境之间赋予压力补偿。此外，所述通风设备包括压缩机单元，其与压力补偿孔连接，使得压缩介质可选择性地吹送通过压力补偿孔以确保所述压力补偿孔大体上保持未阻塞。因此，与周围环境相比的轴承内的过压得以最小化，其导致润滑剂到轴承外的泄漏的减少。

本发明的关键方面在于，向具有压力补偿孔的常规轴承添加压缩机单元。压缩机单元的目的和目标是确保压力补偿孔不被润滑剂部分地或完全地堵塞。换句话说，压缩机单元确保压力补偿孔持续且可靠地能够满足其提供轴承内侧的压力和轴承外侧的压力均衡的方式的目的。因此，轴承内侧甚至小的过压的风险得以最小化。由于轴承内侧的过压是润滑剂泄漏到轴承外的主要原因之一，因此避免轴承内侧的过压的可靠工作机构导致改善的（即，减少的）润滑剂泄漏率。

具有这样的通风设备的轴承的优点为至少两点：第一，其涉及润滑剂泄漏率的显著减少，其导致改善的轴承安全性和用于轴承的清洁和维护的较少维修成本。第二，具有用于减少轴承内的过压的这样通风设备的轴承还提供减少的密封件磨损。这延长密封件的寿命，其还导致改善的轴承安全性和用于轴承的清洁和维护的较少维修成本。

注意还可在轴承处仅提供压力补偿孔而不需要通风机构。所述压力补偿孔提供连接和补偿并均衡轴承内的压力和轴承附近的周围环境中的压力的可能性。然而，该解决方案的一个缺点在于，所述压力补偿孔可被油脂堵塞或阻塞。这是相当常见的，因为轴承内侧的润滑剂可容易进入压力补偿孔并在其中固化。一旦压力补偿孔被部分地或完全地阻塞，用于均衡轴承内和轴承附近的周围环境的压力的能力和效率便减少。仅提供压力补偿孔而不需要用于选择性地吹送压缩介质通过所述压力补偿孔的任何压缩机单元的优点在于，构思不太复杂且不太昂贵。

回到具有压缩机单元的通风设备，所述压缩机单元布置和构造成使得其可选择性地将压缩介质吹送到压力补偿孔中。在压力补偿孔被润滑剂（尤其被固化的润滑剂）堵塞的情况下，从外侧吹送到压力补偿孔中的压缩介质将堵塞润滑剂转移到轴承的内侧中。在压力补偿孔的清洁之后，再次使得所述压力补偿孔能够充当压力均衡装置来工作。

所述压缩机单元可例如是小空气压缩机。不期望持续地将空气从轴承的外侧吹送到内侧中，因为这可甚至导致轴承内侧的不期望的过压的情况。相反，压缩机单元应能够提供压缩空气的相对短的脉冲，其能够使最终堵塞的压力补偿孔畅通。

作为另一实例，压缩机单元可包括容器（例如箱），其至少部分地由压缩介质填充。所述容器可在风力涡轮机的维修期间填充或交换。

可重新填充或可交换箱具有避免更复杂压缩机的优点。

所述压缩机具有其不必定期维修、但能够完全自主工作的优点。

另一选项是压缩机和具有已压缩空气的容器的组合，以便加强用于吹送到压力补偿孔中的增加的压力。这具有可实现更突然空气爆炸以便清洁可能堵塞的压力补偿孔的优点。

润滑剂是引入到轴承内侧以减少彼此相互接触的轴承表面之间的摩擦的物质。润滑剂的实例是油脂，其是半固化的润滑剂。油脂通常由用矿物油或植物油乳化的肥皂制成。

所述轴承可包括一个单个压力补偿孔或其可包括多个压力补偿孔。在多个压力补偿孔的情况下，有利的是将所有压力补偿孔连接至一个或若干个压缩机单元。

如果压缩机单元未直接布置在压力补偿孔附近，则有利的是通过弹性软管和/或硬管将压缩机单元与压力补偿孔连接在一起。

本发明构思原则上可应用于风力涡轮机的任何轴承。尤其有利的是，将该构思应用于风力涡轮机的主轴承。

风力涡轮机的主轴承理解为用于支撑风力涡轮机的转子的轴承。由于工业风力涡轮机变得越来越大，因此主轴承的尺寸也增加。示例性地，具有六到七兆瓦特的额定功率的直接驱动风力涡轮机可包括具有数米的直径的主轴承。从结构观点来看，这样的大轴承的构造和提供可引起重大挑战。对于这样的大轴承来说，可需要相当大量的润滑剂，以便确保轴承以最小磨损和疲劳操作。由于在轴承内侧存在相当大量的润滑剂，因此存在相当大量的润滑剂泄漏到轴承外的潜在风险。因此，尤其有利的是，将减少泄漏润滑剂量的所描述的构思应用于风力涡轮机的主轴承。

注意，风力涡轮机可还包括一个以上的主轴承。由于风力涡轮机增加的尺寸和作用在主轴承上增加的力，两个或甚至两个以上主轴承可以是有吸引力的解决方案。在风力涡轮机包括一个以上的主轴承的情况下，一个、若干个或所有主轴承可构造为具有根据本发明的通风设备的轴承。

所述轴承原则上可以是任何类型的轴承。示例性地，所述轴承是在至少两个滚道之间包括多个滚动元件的滚动元件轴承。

滚动元件轴承具有在成本、尺寸、重量、承载能力、耐用性、精确摩擦之间良好折衷的优点。此外，滚动元件轴承代表很成熟的技术。尤其在风力涡轮机的主轴承的背景中，滚动元件轴承沿用已久。滚动元件轴承的实例是滚珠轴承或锥形滚柱轴承。

适于配备有本发明通风设备的轴承的另一具体实例是密封滑动轴承，因为这样的轴承还暗示至少部分填充有润滑剂的容积。

在本发明的有利实施例中，压缩介质大体上由氮气和氧气组成。

换句话说，压缩介质大体上由压缩空气组成。使用空气吹送到压力补偿孔中的优点在于，空气是可获得的并且对在轴承内侧使用的组件无害。替代地，其它气体（诸如惰性气体）还可可能地被吹送到压力补偿孔中。

在另一有利的实施例中，压缩介质吹送到压力补偿孔中的时间跨度保持小的，这意味着其短于十秒， 尤其短于五秒。

将压缩介质吹送到压力补偿孔中的短的时间跨度是有利的，因为压力补偿孔因此能够充当用于在大部分时间期间均衡压力的装置并且仅允许用于清洁压力补偿孔的短的时间。

还注意，有利的是仅将少量压缩介质吹送到压力补偿孔中。例如，增压空气的量在例如2秒的短时间期间可在0.5升的范围内。

在任何情况下，增压空气的量和空气吹送到压力补偿孔中的时间跨度必须经挑选以便其足以去堵塞所述压力补偿孔。然而，增压空气的量应保持尽可能低以防止轴承内侧的过压。只要清洁序列结束并且压力补偿孔畅通，则在清洁序列之前和/或由于所述清洁序列（即，由于压缩空气注入到轴承中），可能已存在的最终过压可然后经由压力补偿孔释放。

在另一有利实施例中，通风设备还包括压力变换器以便监测轴承内的压力。

压力可由压力变换器间歇地监测。

有利地，持续监测压力。压力变换器可相对于压力补偿孔定位在不同地点处，从而呈现轴承内侧的压力在轴承的任何周向位置处大体上相等。

在另一有利实施例中，通风设备还包括两通阀，其布置成使得所述阀在压力补偿孔的清洁期间关闭，以便可将最大压力施加到至少部分阻塞的压力补偿孔；并且所述阀在压缩机单元的非活动状态期间打开，以便可实现密封的轴承和周围环境之间的最大压力补偿。

尤其，所述两通阀（其是方向控制叶片的实例）可液压、电力或气动地激活。这确保对通风设备的远程和/或自动控制的可能性。清洁序列的远程控制和远程激活在海上风力涡轮机处是非常有利的，并且可能甚至为必需的。

在包括二通阀的实施例中，所述二通阀有利地布置在压缩机单元和压力补偿孔之间的位置处，其中压缩机单元和压力补偿孔之间不呈现直接连接。所述两通阀可例如定位在降压装置中，所述降压装置从连接压缩机单元和压力补偿孔的连接装置转向。所述降压装置具有以受控方式让过压流出轴承的目的。所述两通阀在压缩机单元的激活期间（即，在将空气吹送到压力补偿孔中期间）关闭，以便对其进行清洁。然而，所述两通阀在剩余时间期间打开，因为在该时间期间降压装置需要打开，以便确保空气从轴承到周围环境中的自由流动。

本发明还涉及一种用于发电的风力涡轮机，其中，意欲支撑所述风力涡轮机的转子的主轴承包括具有上述的通风设备的轴承。

风力涡轮机是将来自风的动能转换成转子的旋转运动的设备。此旋转运动随后用于发电。

示例性地，所述轴承包括固定的内部轴承环和旋转的外部轴承环。在此情况下，已证明有利的是旋转位于固定的内部轴承环的底部中的压力补偿孔。

替代地，所述轴承可包括固定的外部轴承环和旋转的内部轴承环。在此情况下，有利的是将压力补偿孔放置在外部轴承环的顶部中。

本发明还涉及一种减少润滑剂泄漏到风力涡轮机的轴承外的方法，其中所述方法包括如下步骤：选择性地吹送压缩介质通过轴承的压力补偿孔以便确保所述压力补偿孔大体上保持未阻塞；以及通过经由压力补偿孔赋予在密封的轴承和周围环境之间的压力补偿来最小化与周围环境相比的轴承内的过压。

所述方法的关键方面在于，压力补偿孔选择性地清洁以防由例如润滑剂部分或完全阻塞。因此，确保压力补偿孔保持打开并且能够在风力涡轮机的大体整个操作时间期间确保压力补偿。

作为实例，每三十分钟，空气在两秒期间吹送通过压力补偿孔，以便确保所述压力补偿孔大体上保持未阻塞。

注意，此方法有利地自动执行并且因此极适于处于难以接近的地点处的风力涡轮机。

在另一有利实施例中，所述方法包括另一步骤：通过压缩机单元谨慎地增强轴承内的过压，以便促进所使用润滑剂经由至少一个润滑剂排放孔从所述轴承内侧排出到周围环境中。

换句话说，该另一步骤允许所使用润滑剂更容易从轴承内侧漏出。注意，理想地，通过本发明方法轴承内的过压保持小的或甚至完全避免。因此，重力可能不足以确保所使用润滑剂的有效且可靠排出。注意，在不具有有效通风系统的风力涡轮机的常规轴承中，轴承内侧存在的过压促进将所使用润滑剂压出所述轴承。由于采用本发明系统轴承内侧的过压减少或甚至完全避免，因此所使用润滑剂经由一个或多个润滑剂排放孔的漏出通常更困难。因此，通过选择性地和谨慎地增强例如0.1 bar的受控过压，所使用润滑剂经由一个或多个润滑剂排放孔可更容易吹送到轴承外。由于限制过压且持续时间极短（例如十五到二十秒），因此其并不损害密封件且并不导致泄漏。

在极短时间期间谨慎地增强过压的另一步骤可一天重复几次，诸如例如每天四次。

在固定的内部轴承环和旋转的外部轴承环的情况下，润滑剂排放孔有利地定位在内部轴承环的顶部处。因此，润滑剂在朝向用于收集所使用润滑剂的润滑剂收集容纳器向下流动或下落通过润滑剂排放孔时受到重力的支撑。

注意，已关于轴承描述的具体实施例和细节还应用于风力涡轮机并且同样应用于减少风力涡轮机的轴承的泄漏的方法。

附图说明

现在参考附图描述仅通过实例方式的本发明的实施例，其中：

图1示出具有通风设备的风力涡轮机的轴承；

图2示出通风设备的实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出风力涡轮机的轴承10，其中轴承10包括内部轴承环11和外部轴承环12。在如图1中示出的实例中，内部轴承环11是固定的，并且外部轴承环12是可旋转的。应理解，内部轴承环11相对于风力涡轮机的吊舱和塔架是固定的，然而外部轴承环12相对于风力涡轮机的吊舱是可旋转的。相对于风力涡轮机的毂和转子叶片，外部轴承环12是固定的并且内部轴承环11是可旋转的。内部轴承环11和外部轴承环12两者都具有环形形状并且在图1的实例中以同轴方式布置。轴承可例如是滚柱轴承，诸如三滚柱轴承或双锥形轴承。

内部轴承环11包括压力补偿孔21。压力补偿孔是归属于内部轴承环11的结构特征件。压力补偿孔21的目的是在轴承10内侧和周围环境的压力之间赋予压力补偿。压力补偿孔21与连接装置22（比如弹性软管）直接连接。在连接装置22的相对端部（即，与压力补偿孔21相对）处，布置压缩机单元23。压缩机单元23是用于在几秒的脉冲长度期间提供压缩空气的脉冲的小空气压缩机。压缩机单元23由激活和无效压缩机的控制器构造。此外，通风设备20包括压力变换器25。压力变换器布置在内部轴承环11处并且能够持续监测轴承10内侧的压力。压力变换器25可尤其能够以无线方式将所确定的压力值传输到控制器单元，在该控制器单元中这些压力值被进一步处理。

图2示出通风设备20的实施例的示意图。在该实施例中，降压装置26从连接装置22转向，以便以受控方式将过度增压空气从轴承内侧引导到周围环境中。可电激活的两通阀24定位在降压装置26处。如果激活压缩机单元23（即，增压空气被吹送到压力补偿孔21中），则两通阀24关闭。这样确保通过压力补偿孔21的有效且强大的压力脉冲。在清洁序列后（即，在压缩机单元23的无效后），两通阀24打开，以便来自轴承内侧的空气可流过连接装置22并且随后通过降压装置26进入到周围环境中。这最终导致润滑剂泄漏到轴承外的减少。

Claims (13)

1.一种风力涡轮机的轴承(10)，

其中

-所述轴承(10)采用润滑剂润滑以便减少所述轴承(10)的磨损和疲劳，并且

-密封所述轴承(10)使得减少泄漏到所述轴承(10)外的润滑剂的量，

其特征在于

-所述轴承(10)包括通风设备(20)，所述通风设备(20)具有至少一个压力补偿孔(21)以便在所述密封的轴承(10)和周围环境之间赋予压力补偿，并且 -所述通风设备(20)还包括压缩机单元(23)，所述压缩机单元(23)与所述压力补偿孔(21)连接，使得压缩介质可选择性地被吹送通过所述压力补偿孔(21)以确保所述压力补偿孔(21)保持未阻塞，因此与周围环境相比的在所述轴承(10)内的过压得以减少并且润滑剂到所述轴承(10)外的泄漏得以减少。

2.如权利要求1所述的轴承(10)，其中，所述轴承(10)是适于支撑所述风力涡轮机的转子的风力涡轮机的主轴承。

3.如权利要求1或2所述的轴承(10)，其中，所述轴承(10)是在至少两个滚道之间包括多个滚动元件的滚动元件轴承。

4.如权利要求1或2所述的轴承(10)，其中，所述压缩介质包括氮气和氧气。

5.如权利要求1或2所述的轴承(10)，其中，所述压缩机单元(23)经由弹性软管和/或硬管与所述压力补偿孔(21)连接。

6.如权利要求1或2所述的轴承(10)，其中，所述压缩机单元(23)在短于十秒的时间跨度期间将所述压缩介质吹送通过所述压力补偿孔(21)。

7.如权利要求1或2所述的轴承(10)，其中，所述压缩机单元(23)在短于五秒的时间跨度期间将所述压缩介质吹送通过所述压力补偿孔(21)。

8.如权利要求1或2所述的轴承(10)，其中，所述通风设备(20)还包括两通阀(24)，所述两通阀(24)布置成使得

-所述阀(24)在所述压力补偿孔(21)的清洁期间关闭，以便可将增加的压力施加到至少部分阻塞的压力补偿孔(21)，并且

-所述阀(24)在所述压缩机单元(23)的非活动状态期间打开，以便可实现所述密封的轴承(10)和周围环境之间的增加的压力补偿。

9.如权利要求1或2所述的轴承(10)，其中，所述通风设备(20)还包括压力变换器(25)以便监测所述轴承(10)内的压力。

10.一种用于发电的风力涡轮机，

其中，支撑所述风力涡轮机的转子的主轴承包括如先前权利要求中的一项所述的轴承(10)。

11.如权利要求10所述的风力涡轮机，

其中

-所述轴承(10)包括固定的内部轴承环(11)和旋转的外部轴承环(12)，并且

-所述压力补偿孔(21)定位在所述内部轴承环(11)的底部中。

12.一种减少润滑剂泄漏到风力涡轮机的轴承(10)外的方法，其中，所述方法包括步骤：

-选择性地将压缩介质吹送通过所述轴承(10)的压力补偿孔(21)以便确保所述压力补偿孔(21)保持未阻塞，和

-通过经由所述压力补偿孔(21)在密封的所述轴承(10)和周围环境之间赋予的压力补偿来减少与周围环境相比的所述轴承(10)内的过压。

13.如权利要求12所述的方法，

其中，所述方法包括另一步骤

-通过所述压缩机单元(23)增强所述轴承(10)内的过压，以便促进所使用的润滑剂经由至少一个润滑剂排放孔从所述轴承(10)内侧排出到周围环境中。