JP2014505199A - トランスミッションと軸受を潤滑する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、トランスミッション（１）と軸受（１'）、特に風力設備のロータ軸受、を潤滑する装置であって、トランスミッション（１）と軸受（１'）に装置の少なくとも１つの潤滑循環（３、５）が対応づけられており、その中を装置の駆動中にそれぞれ潤滑媒体が流れるものに関し、トランスミッション（１）の潤滑循環（３）と軸受（１'）の潤滑循環（５）との間の熱移送のための熱交換装置（７、５９、６１）を有しており、かつ熱交換装置（７、５９、６１）が、装置の駆動中にトランスミッション（１）の潤滑循環（３）内の潤滑媒体の温度と、軸受（１'）の潤滑循環（５）内の潤滑媒体の温度との間の差を、熱補償によって少なくとも部分的に補償する、
【選択図】図１

Description

本発明は、トランスミッションと軸受、特に風力設備におけるロータ軸受、を潤滑する装置であって、トランスミッションとロータ軸受にそれぞれ少なくとも１つの、装置の潤滑循環が対応づけられており、その中を装置の駆動中にそれぞれ潤滑媒体が流れる、ものに関する。

風力設備において、ロータおよびジェネレータの回転数を適合させるためのトランスミッションは、潤滑媒体、特にオイルによって潤滑される。風力設備のロータのロータ軸は、通常、転がり軸受として形成されているロータ軸受によって、風力設備のハウジング内に軸承されている。ロータ軸受のためにも、たとえばオイルの形式の、潤滑媒体による潤滑が設けられている。トランスミッションとロータ軸受のための潤滑媒体に課すべき、たとえば粘性と最適な駆動温度のような、様々な要請に基づいて、既知の風力設備においては２つの潤滑循環のためにそれぞれ潤滑するための独立した装置が使用される。

トランスミッションに比較してロータ軸受内ではわずかな熱しか発生せず、かつ軸受ハウジングの表面積が大きいことによって冷却がもたらされるので、ロータ軸受は、たとえば１０℃から４０℃の領域内の、低い駆動温度において回転し、トランスミッションはしばしば５０℃から８０℃の温度に達する。潤滑技術的な理由から、ロータ軸受において使用するために、高い粘性を有する潤滑媒体が使用される。しかし、たとえば冬期において、周囲温度が低い場合に、ロータ軸受の駆動温度は、元々高粘性の潤滑媒体が、ロータ軸受の最適な潤滑のために有意義であるよりも高い粘性をとるほど、低下することがある。それに対処するために、既知の設備においては、たとえばロータ軸受の潤滑循環内にヒータが設けられる。

それに対してトランスミッションにおいては、高い駆動温度に達することに基づいて、設備を駆動する場合にトランスミッションのできる限り効率的な潤滑を得るために、対応づけられた潤滑循環においてしばしば潤滑媒体の冷却が必要である。

言及された、ロータ軸受のための潤滑媒体の加熱も、トランスミッションのための潤滑媒体の冷却も、装置を必要とし、その装置を駆動する場合にエネルギ消費、特に電気エネルギの消費が行われる。

特にそのコンセプトから、電気エネルギを調達するために設けられている、風力設備においては、風力設備のできる限り高い効率を達成するためには、そのエネルギの固有消費はできる限り小さく設計されなければならない。

風力設備におけるトランスミッションとロータ軸受を潤滑するための既知の装置においては、トランスミッションと軸受にそれぞれ専用の潤滑循環が対応づけられており、装置の駆動においてその中をそれぞれ潤滑媒体が流れる。

この従来技術に基づいて、本発明の課題は、装置を駆動するためのエネルギ消費を減少させて、周囲温度が低い場合でも、トランスミッションとロータ軸受の信頼できる潤滑を保証する、トランスミッションと軸受、特に風力設備におけるロータ軸受、を潤滑する装置を提供することである。

トランスミッションと軸受、特に風力設備におけるロータ軸受、を潤滑するための本発明に係る装置において、装置が、トランスミッションの潤滑循環と軸受の潤滑循環との間で熱を移送するための熱交換装置を有し、装置の駆動中に熱交換装置が、トランスミッションの潤滑循環内の潤滑媒体の温度と軸受の潤滑循環内の潤滑媒体の温度との間の差を、熱補償によって少なくとも部分的に補償することによって、装置の駆動中に熱がトランスミッションに対応づけられた潤滑循環からロータ軸受に対応づけられた潤滑循環へ伝達される。このようにして、ロータ軸受の潤滑循環の潤滑媒体は、周囲温度が低い場合でも、潤滑のために好ましい、特に比較的高い温度をとる。同時に、トランスミッションの潤滑循環の潤滑媒体から熱を逃がすことによって、そこの潤滑媒体は潤滑技術的に好ましい、特に高すぎない温度領域内で駆動されることが、得られる。本発明に基づく解決は、エネルギ的に特に好ましい。というのは、トランスミッションの潤滑循環内で望まれない熱が、ロータ軸受の潤滑循環内の潤滑媒体を望まれるように加熱するために利用されるからである。逆に、ロータ軸受潤滑循環を介して風力設備の熱いトランスミッションが冷却される場合に、高い温度における熱補償も可能である。

本発明の一態様においては、熱交換装置は、分離装置、好ましくは、分離装置の第１の側に配置された熱交換器の第１の領域を、分離装置の第２の側に配置された熱交換器の愛２の領域から分離するための仕切り壁、を備えた熱交換器を有しており、かつ分離装置が第１の領域と第２の領域を熱的に互いに結合する。第１の領域内で、潤滑媒体の１つが案内可能であって、熱伝達のために分離装置の第１の側に接触する。一方の潤滑媒体から熱交換器の分離装置への熱伝達によって、熱は潤滑媒体から分離装置へ、あるいはその逆へ、伝達することができる。

本発明の一態様においては、他方の潤滑媒体が第２の領域内で案内可能であり、熱伝達の目的で分離装置の第２の側に接触するので、分離装置から他方の潤滑媒体への熱伝達が行われ、分離装置を通る熱通過が生じる。従って生じる熱通過が、２つの潤滑媒体の間の熱移送を許すが、それらの潤滑媒体は熱交換器によって互いに対して流体密に仕切られている。

本発明の一態様においては、熱効果器の第２の側に接触する他方の潤滑媒体は、対応づけられた潤滑循環と流体を案内するように接続されており、特に対応づけられた潤滑循環内を流れる他方の潤滑媒体は、完全に熱交換器を介して案内されている。それによって、他方の潤滑循環がトランスミッションに対応づけられている限りにおいて、駆動中にトランスミッションに生じる熱は少なくとも部分的に他方の潤滑媒体へ伝達されて、熱は、熱交換器を介して、たとえばロータ軸受の潤滑媒体を加熱するために使用することができる。

本発明の一態様においては、熱交換器の分離装置は、第２の側から熱伝導媒体、特に水−グリコール混合物、によって接触されるので、分離装置から熱伝導媒体への熱伝達が行われて、分離装置を通る熱通過が生じる。すなわち、熱伝導媒体を適切に選択することによって、できる限り効果的な熱移送が達成され、特に別体の熱伝導媒体の粘性は、潤滑媒体の粘性に対する要請に関係なく選択することができる。

本発明の一態様においては、熱移送装置は他の熱交換器を有しており、その熱交換器はその分離装置の第１の側において熱伝導媒体によって、その分離装置の第２の側においては他の熱移送流体としての他方の潤滑媒体によって接触されているので、熱伝導媒体は２つの潤滑媒体の間の熱移送を可能にするが、それらから流体密に分離されている。

本発明の一態様においては、熱移送装置は、熱交換器を通して一方の潤滑媒体または熱伝導媒体を強制的に案内するためのポンプを有している。

それとは異なり、熱移送装置は、いわゆるヒートパイプを有することもでき、そのヒートパイプはそれぞれその一方の端部において一方の潤滑循環と、他方の端部においては他方の潤滑循環と熱的に結合されている。ヒートパイプによる熱移送は、既知のやり方で、ヒートパイプのより暖かい端部における沸点の低い液体の気化を介して行われ、気化した液体は他方の、より冷たい端部において再び凝縮する。暖かい端部への液体の還流は、ヒートパイプの内側に設けられた多孔のコーティングの毛管作用によって行われる。

本発明の一態様においては、熱交換器はプレート束交換器またはパイプ束交換器として形成されている。

本発明の一態様においては、トランスミッションに対応づけられた潤滑循環とロータ軸受に対応づけられた潤滑循環との間の熱移送は、２つの潤滑循環を局所的に狭く隣接させることにより、および、または風力設備の装置を収容するハウジングの高い熱伝導率によって改良されている。このような構造的形態によって、２つの潤滑循環の間の熱移送の安価な支援が実現されている。

本発明に基づく解決の他の好ましい実施形態が、その他の下位請求項の対象である。

以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

風力設備のハウジングの内部を簡略化して示す斜視図である。 本発明に係る装置の第１の実施形態を示している。 本発明に係る装置の第２の実施形態を示している。 本発明に係る装置の第３の実施形態を示している。 本発明に係る装置の第４の実施形態を示している。

図１には、風力設備のハウジング７１（または：機械ハウジング、ゴンドラあるいはナセル）の内部を簡略化して斜視図で示している。図１を見る視線において図の右端縁に示唆される、風力設備のロータは、第１の軸７３、ロータ軸、を介してトランスミッション１と結合されている。この場合に、ロータ軸７３は、好ましくは転がり軸受として形成されている、ロータ軸受１’（または：メイン軸受）内に軸承されている。トランスミッション１は、また、第２の軸７５を介して風力設備のジェネレータ７７と結合されている。このようにしてロータ（参照符号なし）の回転運動が、第１の軸７３を介してトランスミッション１へ伝達されて、そのトランスミッションがロータの比較的低い回転数を、ジェネレータ７７の駆動に必要な、より高い回転数に変換し、高められた回転数によって第２の軸７５を介してジェネレータ７７を駆動する。

トランスミッション１とロータ軸受１’に、それぞれ本発明に係る装置の潤滑循環３ないし５（図２から４を参照）が対応づけられている。

図２、３および４には、トランスミッション１（図１を参照）および軸受１’（図１を参照）を潤滑するための本発明に係る装置が、風力設備におけるトランスミッション１とロータ軸受１’を潤滑する装置の例で示されている。トランスミッション１と軸受１’には、それぞれ装置の少なくとも１つの潤滑循環３と５が対応づけられており、装置の駆動においてその中をそれぞれ潤滑媒体が流れる。

図２によれば、装置は、トランスミッション１の潤滑循環３と軸受１’の潤滑循環５の間で熱を移送するための熱交換装置７を有しており、熱交換装置７は、潤滑媒体を収容するためのタンク９を有し、そのタンクが分離装置１５によって第１の領域１１と第２の領域１３に分割されている。第１の領域１１内には、トランスミッション１の潤滑循環３用の潤滑媒体が収容可能であって、第２の領域１３内には、ロータ軸受１’の潤滑循環５用の潤滑媒体が収容可能である。熱交換装置７のこのような分離装置１５は、タンク９の底に対して好ましくは垂直に延びて、タンクを２つの領域１１と１３に分割する。

分離装置１５は、図示の実施形態において、仕切り壁の形式で形成されており、その仕切り壁が第１の領域１１内に収容されている潤滑媒体の第２の領域１３内への、そしてその逆への溢流を効果的に阻止する。第１の領域１１を通して案内可能な潤滑媒体は、第１の側１７において仕切り壁１５に接触し、第２の領域１３を通して案内可能な潤滑媒体は、第２の側１９において仕切り壁１５に接触する。熱交換装置７の領域１３内の潤滑媒体の温度に対して領域１１内の潤滑媒体の温度に差がある場合の温度バランスまたは温度補償は、仕切り壁１５を熱が通過することによって実現される。風力設備を駆動する場合に、トランスミッション１の潤滑循環３内を循環する一方の潤滑媒体は、ノーマル駆動において、第２の領域１３内を循環するロータ軸受１’の潤滑循環５の潤滑媒体よりも高い温度をとる。これは、風力設備のトランスミッション１によって、きわめて低い回転数からきわめて高い回転数への変速が行われ、かつそれによって、たとえば、潤滑媒体と流体接触しているトランスミッション１の歯車に摩擦が生じた場合に、著しい損失熱が生じることによって、もたらされる。それに対して風力設備のロータおよびそれと結合された軸７３（図１を参照）の回転数が比較的低いことによって、ロータ軸受１’の潤滑循環５内の潤滑媒体の発熱は、通常、ずっと低い。

図２に示す実施形態において、トランスミッション１の潤滑循環３内の潤滑媒体の温度と軸受１’の潤滑循環５内の潤滑媒体の温度との間の差を補償するための熱移送は、まず第１の領域１１内の潤滑媒体から仕切り壁１５の第１の側１７への熱伝達、次に仕切り壁１５による熱伝導そして最後に仕切り壁１５の第２の側１９から、第２の領域１３内を流れ他方の潤滑媒体への熱伝達が行われることにより、仕切り壁１５を通る熱の通過によって行われる。それによって一方では、ロータ軸受１’の潤滑循環５のための潤滑剤の加熱が、他方では、トランスミッション１の潤滑循環３のための潤滑媒体の冷却が得られる。

通常のように、潤滑循環３ないし５は、それぞれポンプ２１を介してタンク９の対応づけられた領域１１ないし１３に接続されており、それぞれの潤滑媒体は１つまたは複数のフィルタ装置２５、２７を介して接続装置２９、３１によってトランスミッション１（図１を参照）ないしロータ軸受１’（図１を参照）へ達する。ポンプ２１および１つまたは複数のフィルタ装置２５、２７は、それぞれ対応づけられた逆止め弁３３を介して迂回することができる。トランスミッション１の潤滑循環３は、さらに、冷却装置３７およびそれに対して並列に接続されたサーモバイパス弁３５を有している。冷却装置３７に支援されて、トランスミッション１の潤滑媒体は、好ましい駆動温度に冷却することができる。並列に接続された逆止め弁３３によって、フィルタ２５の迂回が可能であるので、フィルタ２５が汚れによって部分的または完全に詰まっている場合でも、潤滑媒体の移送は、保証されている。フィルタ２５のために、約１０μｍのフィルタファイネスが、フィルタ２７のためには約５０μｍのそれが設けられている。

図２の右端に、本来の潤滑循環３から分離して配置された、付加的なフィルタ装置４３が、いわゆる「オフラインフィルタ」として設けられており、それがフィルタ３９を有し、そのフィルタが約５μｍの高いフィルタファイネスによって、トランスミッション１の潤滑循環３のための潤滑媒体の付加的な浄化を行う。このようなオフラインフィルタ４３は、ポンプ４１（これに対して並列に逆止め弁４５が配置されている）を介して、タンク９の領域１１から潤滑媒体を供給され、潤滑媒体を、その浄化後に、再び領域１１へ案内する。特に、オフショア風力設備において、高い耐久時間を達成するために、この種の付加的なフィルタ装置４３が効果的である。

図３ａに示す実施形態において、トランスミッション１（図１を参照）の潤滑循環３の潤滑媒体のための第１のタンク５５と、それとは別に、ロータ軸受１'（図１を参照）の潤滑循環５のための他の潤滑媒体用の第２のタンク５７が設けられている。第１のタンク５５は、トランスミッション１のための潤滑媒体を収容するトランスミッションケースによって形成することもでき、それによって熱交換装置の特に組み込み空間と材料を節約する構造が可能である。第２のタンク５７は、トランスミッション１のトランスミッションケースに配置することができ、その限りにおいてトランスミッションケースは、分離装置１５を形成することができる。図２に示す熱交換装置７とは異なる熱交換装置４７の仕様を別にして、潤滑循環３、５およびオフラインフィルタ４３のコンポーネントは、図２に示すものとは異ならないので、ここではその詳細を繰り返して説明することは省く。

たとえばプレート束貯蔵器またはパイプ束貯蔵器の形式の熱交換器を有することができる、熱交換装置４７は、第１の側において、トランスミッション１の潤滑循環３に接続されている導管４９と５１を介してトランスミッション１の潤滑循環３の潤滑媒体を供給される。潤滑媒体は、熱交換装置４７の熱交換器５９の分離装置１５の第１の側（図示されない）に流れつく。接続導管４９と５１は、逆止め弁５３を介して迂回することができるので、導管５１を介して熱交換器５９へ一方の潤滑媒体を供給する場合に過圧がもたらされる限りにおいて、潤滑媒体は逆止め弁５３を介して熱交換器５９を迂回しながら直接導管４９内へ達し、それによって直接冷却装置３７ないしサーモバイパス弁３５へ供給される。この場合においても、このようにしてトランスミッション１の連続的な潤滑が保証されている。熱交換器５９の分離装置１５の第２の側（図示せず）において、ロータ軸受１’の潤滑循環５の他の潤滑媒体がこの側に流れつく。このようにして、２つの潤滑媒体の間で熱補償がもたらされる。

図３ｂに示す実施形態において、熱交換器５９はトランスミッション１の潤滑循環３に対応づけられており、熱交換器５９にはトランスミッション１の潤滑循環３の潤滑媒体が流れつく。接続導管４９と５１の間の逆止め弁５３の配置は、逆止め弁５３が接続導管４９から接続導管５１へ溢流可能であることを、意味している。

図４に示す実施形態において、熱交換器５９の他に他の熱交換器６１が設けられており、それは、ポンプ２１と導管６３および６５を介して熱交換器５９と接続されている。熱交換器５９はその第１の側において、ロータ軸受１’（図１を参照）の潤滑循環５の潤滑媒体によって貫流され、熱交換器６１はその第１の側においてトランスミッション１（図１を参照）の潤滑循環３の潤滑媒体によって貫流されている。２つの熱交換器５９と６１の、それぞれ第２の側における熱的結合は、潤滑媒体から分離された、たとえば水−グリコール混合物の形式の熱伝導媒体によって行われる。それによって、トランスミッション１の潤滑循環３からロータ１’の潤滑循環５への熱移送が実現されている。熱伝導媒体は、ポンプ２１によって熱交換器５９の第１の側へ給送され、ポンプ２１の出口において、導管６５に、熱伝導媒体の圧力衝撃を回避するために補償容器６７が配置されている。

図４に単に略図で、選択的な、同様に熱伝導媒体によって貫流される他の熱交換器６９が示されており、それを介して、たとえばジェネレータのような、風力設備の他のコンポーネント、コンバータおよびパワーエレクトリックおよびパワーエレクトロニクスの他の構成要素（図示せず）を冷却することができる。他の熱交換器６９の接続は、たとえば導管６５内の（図示されない）分離箇所において破線で示す導管を介して行うことができるので、導管６５内を流れる熱伝導媒体は他の熱交換器６９を介して案内することもできる。

さらに、特に付加的な冷却装置７０を、並列に接続されたサーモバイパス弁と共に、導管６３内へ挿入することができるので、熱伝導媒体を支援する冷却が可能である。

２つの潤滑循環３と５の改良された熱的結合は、図示のすべての実施形態において、潤滑剤を収容するために設けられているタンク５５、５７（図３ａ、３ｂおよび４）ないしタンク９の２つの領域１１と１３（図２）が「タンク内タンク」解決の形式で実施されることによっても、達成することができる。すなわち、たとえばタンク５５は、タンク５７内に配置することができる（図３ａ、３ｂおよび４）ので、タンク５５の壁を介してトランスミッション１の潤滑媒体からロータ軸受１’の潤滑媒体への大面積の熱通過が可能である。

図２に示す実施形態において、仕切り壁として形成された分離装置１５は、一方では、機械的に安定させるため、しかしまた他方では、熱通過を増大させるために、平坦でなく、特にリブを有し、あるいは他のようなモジュラー構造をもって形成することができる。このような仕切り壁の増大された表面によって、仕切り壁を通る熱通過の改良が実現される。

さらに、すべての実施形態は、たとえばオイルから空気および／または水を除去するための分離器およびオイルからオイル泥ないしオイル老化物質を除去するための分離器のような、他のコンポーネントを搭載することができる。

Claims (9)

1. トランスミッション（１）と軸受（１'）、特に風力設備におけるロータ軸受、を潤滑する装置であって、トランスミッション（１）と軸受（１'）に装置の少なくとも１つの潤滑循環（３、５）が対応づけられており、その中を装置の駆動中にそれぞれ潤滑媒体が流れる、ものにおいて、
   装置が、トランスミッション（１）の潤滑循環（３）と軸受（１'）の潤滑循環（５）との間の熱移送のための熱交換装置（７、５９、６１）を有しており、かつ
   熱交換装置（７、５９、６１）が、装置の駆動中にトランスミッション（１）の潤滑循環（３）内の潤滑媒体の温度と軸受（１'）の潤滑循環（５）内の潤滑媒体の温度との間の差を、熱補償によって少なくとも部分的に補償する、
   ことを特徴とするトランスミッションと軸受を潤滑する装置。
2. 熱交換装置が、分離装置（１５）、好ましくは分離装置（１５）の第１の側（１７）に配置された、熱交換器（５９，６１）の第１の領域（１１）を、分離装置（１５）の第２の側（１９）に配置された、熱交換器（５９、６１）の第２の領域（１３）から分離するための仕切り壁、を備えた熱交換器（５９、６１）を有し、
   分離装置（１５）が、第１の領域（１１）と第２の領域（１３）を熱的に互いに結合し、かつ
   潤滑媒体の１つが第１の領域（１１）内で案内可能であり、かつ熱伝達の目的で分離装置（１５）の第１の側（１７）に接触する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 他の潤滑媒体が第２の領域（１３）内で案内可能であり、かつ熱伝達の目的で分離装置（１５）の第２の側（１９）に接触するので、分離装置（１５）から他の潤滑媒体への熱伝達が行われ、かつ分離装置（１５）を通る熱通過が生じる、
   ことを特徴とする請求項１と２のいずれか１項に記載の装置。
4. 熱交換器（５９、６１）の分離装置（１５）の第２の側（１９）に接触する他の潤滑媒体が、対応づけられた潤滑循環（５）と流体を案内するように接続されており、
   特に対応づけられた潤滑循環（５）内を流れる他の潤滑媒体が、完全に熱交換器（５９、６１）を介して案内されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 熱交換器（５９、６１）の分離装置（１５）が、第２の側から熱伝導媒体、特に水−グリコール混合物によって接触されているので、分離装置（１５）から熱伝導媒体への熱伝達が行われ、かつ分離装置（１５）を通る熱通過が生じる、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 熱移送装置が他の熱交換器（５９、６１）を有し、前記熱交換器がその分離壁（１５）の第１の側において熱伝導媒体により、その分離装置（１５）の第２の側（１９）において、他の熱移送流体としての他の潤滑媒体によって接触されているので、熱伝導媒体が２つの潤滑媒体の間の熱移送を可能にし、しかしそれらから流体密に分離されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 熱移送装置が、潤滑媒体の１つまたは熱伝導媒体を熱交換器（５９、６１）を通して強制的に案内するためのポンプ（２１）を有している、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 熱交換器（５９、６１）が、プレート束交換器またはパイプ束交換器として形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. トランスミッション（１）に対応づけられた潤滑循環（３）とロータ軸受（１'）に対応づけられた潤滑循環（５）との間の熱移送が、２つの潤滑循環（３、５）が局所的に狭く隣接していることにより、および、または装置を収容する、風力設備のハウジング（７１）の高い熱伝導率によって、改良されている、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。

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