JP5205391B2 - 風力タービンのピッチブレードの軸受を動的に潤滑する方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力タービンのブレードピッチの軸受を動的に潤滑する方法に関する。さらに、本発明は、ブレードピッチ機構のこの種の動的潤滑を行う装置に関する。

ピッチブレード機構は、風力タービンロータのブレードに作用して、これらのそれぞれの迎え角を変化させて最大パワーを達成することができる。この理由により、ブレードは、軸受によって軸の周りに枢支的に案内される。ピッチブレード機構の寿命を延長するために、そのレーストラックおよび歯部を潤滑しなければならない。

ブレードピッチの回転は、風速の関数である（風が少ないと、ブレードを最小のピッチ角に配置することが要求され、風が強いと、ピッチ角−ブレードの迎え角−を変更するためにブレードを回転させることによってピッチ角を変化させることが要求される）。両方の場合について、ピッチ軸受（レーストラックおよび歯部）に良好な潤滑を行うことが非常に重要である。

風力タービンは異なる運転条件で稼動し、その結果、ブレードのピッチアクティビティは各風力タービンについて異なる。したがって、各風力タービン機構に要求されるグリースも異なり、通常、これは最適化されていない。

先行技術の潤滑方法は、ポンプシステムという手段によって軸受にグリースを自動的に注入するステップから成る。知られている注入方法は、風力タービンのアクティビティおよび他の条件に拘わりなく時々グリースを供給するものである。知られている潤滑方法は、手動と自動のいずれかである。

風力タービン機構を潤滑するための先行技術の手動の方法は、保守サービスによって定期的にプログラムされる完全な手動操作によるものである。前記操作は、風力タービンを停止するステップと、保守員によってこの種の機構にグリースを手で注入するステップと、次のプログラムされた保守サービスを行う日まで風力タービンを始動させるステップとを含む。

ＷＯ０３０１９００４は、いかに風車のロータブレードが潤滑されるかを開示している。供給ダクトを介して転動体に連結される潤滑用グリースカートリッジが使用される。次いで、圧力下で潤滑用グリースカートリッジから前記転がり軸受に潤滑剤を押し込めて、転がり軸受を潤滑する。転がり軸受から押し込められる潤滑用グリースは、潤滑剤室の中で転がり軸受の下側へ漏出できるだけであり、その結果、ピッチ駆動装置を潤滑するためにこのグリースが依然として使用される。

風力タービン機構を潤滑するための自動の方法は、風力タービンの内側に取り付けられる集中潤滑装置を使用することによって実行される。この装置は、回路を通してカートリッジからグリースを押し出すＰＬＣが装着されているポンプシステムを含み、この回路は、潤滑すべき機構の必要な箇所にグリースを分配する。この装置は、周期プログラムに従って完全に自動化された潤滑方法を実行する。

ＵＳ６８７７３６０は、潤滑解析システムを得るために動的潤滑を調整するシステムおよび方法を開示している。プロセッサおよびセンサを有する制御モジュールが設けられ、このセンサは、流体を監視するようにプロセッサが使用するデータを提供する。プロセッサは、流体の１つまたは複数のパラメータに基づきこの流体を計量配分する。

ＪＰ６３１０９９４４は、回転部材の軸受に供給される油の量を制御できるように、軸受回転部材に適切な量のオイルエアを供給する方法に言及している。弁に影響を及ぼすプログラマブル制御ユニットが設けられ、このユニットは回転部材の回転条件に依存している。油がパイプに供給され、プログラマブル制御ユニットのタイマを適切な時間だけ運転することにより停止し、その結果、弁が閉じられる。したがって、潤滑は、規定された潤滑時間と潤滑間隔に基づいて行われる。

周期挙動を有さないシステムにおいて定期的な周期潤滑を行うことは、有利であるとは証明されていない。風力タービンのブレードピッチ機構の場合、このことは、風力タービンが２つの異なる動作閾値を有するので、すなわち、電力生成の風力タービンにあっては同じピッチ角で常に固定されるブレードを有する（約０〜１０ｍ／ｓの風）か、または変化するピッチ角のブレードを有する（約１１〜２５ｍ／ｓの風）ので一層重要である。これらの２つの動作閾値は、異なる潤滑基準を必要とする。風速とは、過度ではない周期挙動を有する現象である（風速は、最も統計的なものであると言うことができる）。

特に風力タービンシステムにおいて、周期潤滑は、例えば、望ましくないグリース消費量、限定されるピッチ軸受寿命、フォールスブリネリング作用、高コスト、長い保守時間、および環境汚染物質のような多くの不利を免れないことが分かってきた。

本発明の目的は、ピッチブレード機構の軸受装置の潤滑を改善する方法を提供することである。より詳細には、本発明による風力タービンのブレードピッチ軸受を動的に潤滑する方法は、
ａ）ピッチアクティビティに関係のある風力タービンの運転条件またはパラメータのうちの少なくとも１つを決定するステップと、
ｂ）少なくとも運転条件またはピッチアクティビティパラメータに応じて潤滑が必要とされるかどうかを決定するステップと、
ｃ）潤滑が必要であると決定される場合にピッチブレードの軸受の潤滑を実行するステップと
を含む。

潤滑が必要であると決定されると、潤滑モードを選択するステップから成るさらなるステップを行うことができる。前記潤滑モードは、少なくとも風力タービンの運転条件またはピッチアクティビティに従ってある時間中ずっとグリースを注入するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、潤滑モードは、グリース注入中ずっと風力タービンのブレードを回転させるステップをさらに含み、その結果、グリースが軸受に入ることができる。換言すれば、軸受の潤滑を改善するのに必要な場合にはピッチ角を変更する。

運転条件は、風力タービンの運転現場および風速から選択されるパラメータのうちの少なくとも１つまたは複数を含むことができる。他方では、ピッチアクティビティに関係のあるパラメータは、風力タービンのピッチブレード機構によるブレード回転および風力タービンが作動している時間から選択されるパラメータのうちの少なくとも１つまたは複数を含むことができる。ピッチアクティビティに関係のある前記パラメータは、１つまたはいくつかのカウンタによって決定することができる。

本発明は、さらに、風力タービンのブレードピッチ軸受を動的に潤滑する装置に関する。本発明による装置は、リザーバからグリースを押し出す１つまたはいくつかの電動ポンプと、潤滑すべきピッチブレードの軸受の箇所までグリースを吐出するポンプに連結される少なくとも１つの分配器とを備える。

また、この装置には、風力タービンの運転条件を決定する手段と、ピッチアクティビティに関係のあるパラメータを決定する手段と、運転条件およびピッチアクティビティパラメータに応じて潤滑が必要とされるかどうかを決定する風力タービンの主制御装置と、潤滑が必要とされる場合にピッチブレードの軸受の潤滑を実行する手段とが設けられてもよい。

したがって、ブレードピッチ機構の軸受の潤滑が風力タービンの主制御装置を介して動的にかつ中心的に行われる。主制御装置は、コンピュータ制御ユニットを含み、このコンピュータ制御ユニットは、例えば風力タービンの運転条件（運転現場、風速）、および／またはピッチアクティビティに関係のあるパラメータ（ブレード回転、風力タービンが作動している時間等）に関しての情報を受け取ることによって風力タービンの状態をその都度監視する。したがって、主制御装置は、前記情報から適切な出力指令を送って、特定の潤滑モードを実行するように作動する。

装置は、少なくとも最小量のグリースが前記リザーバに存在することを感知する手段、およびポンプの下流のグリース遮断を検出する手段をさらに含むことができる。

本発明により本明細書において説明された方法および装置は、同じ目的のために使用される先行技術の方法および装置よりも多くの利点を提供する。前記利点には、例えば最適化されたグリース消費量（グリースは必要とされるもののみが供給され、注入されるグリースの量が最適化される）、ピッチ軸受寿命の増大、フォールスブリネリング作用の低減（軸受が回転していない時に、ベアリングボールとレーストラックが直接接触しており、グリースが全く存在しない場合に問題が生じる恐れがある）、ならびに保守の時間およびコストの低減、ならびに環境汚染物質の低減がある。

本発明によれば、潤滑は、先行技術の方法のように周期的なプログラムによって命令されないが、それ自体の主制御装置によって各風力タービンに対して動的に制御され、最適化される。上で述べたように、本発明による潤滑は、動的な方式であり、それにより、必要ならピッチ軸受の潤滑を改善するようにブレードピッチ運動を行うことをさらに可能にする。
本発明による風力タービンのピッチブレードの軸受を動的に潤滑する方法についての特定の実施形態が、添付の図面を参照して非限定的な例のみによって次に説明される。

ブロックダイヤグラムを図式で示す図である。また、本発明による装置の一部も示す。

説明される実施形態において、本発明の方法は、風力タービンのピッチブレードの軸受を動的に潤滑する装置によって実行される。

本発明の装置は、一連のカウンタ１１０〜１１３、および電動ポンプ１３０に接続される風力タービンの主制御装置１００を備えている。

主制御装置１００は、前記カウンタ１１０〜１１３から入力データ１１４を受け取り、このカウンタ１１０〜１１３は、ピッチアクティビティに関連しているパラメータをカウントすることによって風力発電機のアクティビティを数値的に定量化する。また、主制御装置１００は、風力タービンの運転条件１１６〜１１９についての入力データ１１５も受け取る。

主制御装置１００は、前記入力データ１１４および前記入力データ１１５を受け取り、次いで風力タービンのピッチブレードの軸受が潤滑を必要とするかどうかを決定する。もちろん、異なる数のカウンタと条件を設け、プログラムすることもできる。

１つの例では、カウンタ１１０は、ピッチ運動により生じるブレード回転数をカウントするために設けられる。もう１つのカウンタ１１１は、風力タービンが電力生成中にある時間数をカウントするために設けられる。さらなるカウンタ１１２は、風力タービンがブレードを同じピッチ角で常に固定した状態で電力生成中にある時間数をカウントするために設けられる。

潤滑が必要であると決定された場合、出力指令１２２が、それに接続されるポンプ１３０を運転することができるように主制御装置１００により送られる。次いで、ポンプ１３０は、リザーバ（図示せず）から過圧弁１３５およびダクト１３６を通して主分配器１３７および副分配器１３８にグリースを吐出することができるように運転される。分配器１３７および分配器１３８は、ブレードピッチ機構のピッチ軸受の給脂箇所１３９および給脂箇所１４０にグリースを吐出する。

潤滑が必要でないと決定された場合、いかなるポンプ１３０も運転されない。

潤滑モードは、主制御装置１００によって潤滑が必要であると決定される場合に選択することができる。潤滑モードは、カウンタ１１０〜１１３からのピッチアクティビティについての入力データ１１４、および／または風力タービンの運転条件からの入力データ１１５に従って決められた時間中ずっとピッチ軸受にグリースを注入するステップと、グリースがブレードピッチ軸受に入ることができるように必要ならグリース注入の間中ずっと風力タービンのブレードを回転させるステップとから成ることができる。

潤滑時にそれぞれのグリース注入工程が持続する時間の長さを判定するためにタイマが設けられる（図示せず）。各時間は、異なるプログラムされた潤滑方策に関して規定され、異なる条件（風力タービンの運転条件、および／またはピッチアクティビティに関係のあるパラメータ）を考慮して特定の潤滑方策により、必要である決められたグリース量を注入できるように計算される。

カウンタ１１０〜１１３からの入力データ１１４は、風力タービンの運転条件からの入力データ１１５と密接に関連している。この意味で、地理的エリアによって、異なる（より高い、より低い、より一定の、より変化する）風速、温度、および他の気象条件が発生する場合があり（雨、空気密度、多少明確にされた風の鉛直分布）、それにより、風力タービンの運転を変更させる。例えば、風速に応じてブレードピッチ角を変化しなければならない（風速ａ＜１０ｍ／ｓの場合、ブレードピッチ角は常に固定され、風速ａ＞１１ｍ／ｓの場合、ブレードピッチ角は絶えず変更される）。これらの条件は、カウンタ１１０〜１１３によって定量化される。この意味で、長時間ずっと同じピッチ角でブレードを固定させると、一定の箇所からグリースが消失することがあり、その結果、摩耗に帰する（フォールスブリネリング作用）ので危険な場合がある。本発明の方法の上述の潤滑モードに従ってグリース注入中ずっと風力タービンのブレードを回転させることによって、グリースがどこででも必要な場所に進入する。

風力タービンの主制御装置１００は、潤滑を動的に制御するためのソフトウェアプログラムを有する。風力タービンの運転を管理し制御するメインプログラムが設けられ、このメインプログラムは潤滑を動的に制御することができるサブプログラムを含む。そのサブプログラムは、風力タービンの各サイトおよびタイプにセットされるパラメータを編集し改変することができるようにパラメータで表示される。サブプログラムは、使用すべき潤滑方策を規定し、異なる風力タービンの運転パラメータを組み合わせる。

潤滑方策の１つの例では、いくつかの条件１１６〜１１９を考慮することもでき、例えば、
− ブレード運動による１０００回累積回転数ごとに、３０秒（要求されるグリース量を供給するように計算された時間）にわたって内部クラウン歯部と軸受レーストラックを共に潤滑するためにグリースポンプ１３０を運転するステップから成る潤滑が行われる、第１の条件１１６、
− 風力タービンが電力生成中にある１５０時間累積時間ごとに、第１の条件１１６のように潤滑が行われる、第２の条件１１７、
− 風力タービンがブレードを同じピッチ角で常に固定した状態で電力生成中にある累積時間数が１０時間に等しく、平均風速が７ｍ／ｓよりも小さい場合には、３０秒（要求されるグリース量を供給するように計算された時間）にわたって内部クラウン歯部と軸受レーストラックを共に潤滑するためにグリースポンプ１３０を運転するステップから成る潤滑が行われる、第３の条件１１８、
− 風力タービンがピッチブレードを同じピッチ角で常に固定した状態で、電力生成中にある累積時間数が１０時間に等しく、平均風速が７ｍ／ｓ以上である場合には、風力タービンが速度を調整するためにブレードを動かしている時に１５秒（要求されるグリース量を供給するように計算された時間）にわたって内部クラウン歯部と軸受レーストラックを共に潤滑するためにグリースポンプを運転するステップから成る潤滑が行われる、第４の条件１１９
などである。

また、新しい潤滑方策およびカウンタを規定する目的で潤滑の新しい条件と新しいタイプを追加することによってソフトウェアを改変することもできる。

いったん条件１１６〜１１９に応じて規定された潤滑方策のいずれもが完成すると、カウンタ１１０〜１１３のすべてがゼロにセットされ、その結果、プログラムされた条件１１６〜１１９のいずれもが発生すると、次にもう１つの潤滑が行われる、などである。

本発明の装置には、少なくとも最小量のグリースが対応するリザーバ内に存在することを感知するための手段がさらに設けられる。より詳細には、各電動ポンプ１３０のグリース溜りには、ポンプ１３０がほとんど空であることを、すなわち、少量のグリースがリザーバ内部に存在することを示すためのセンサ（図示せず）が設けられ、この場合には、リザーバがほとんど空であることの警告信号が、グリース溜りを再装荷するためのタスクを計画できるように保守箇所に送られる。リザーバのグリース溜りを拡大して潤滑運転のいくつかまたはすべてを実行できないようにすることができる。

Claims (7)

1. ａ）風力タービンの運転条件すなわち、運転現場における風速、気温、雨、空気密度、風の垂直分布のうちの少なくとも１つ、およびピッチ操作のパラメータすなわち、ブレードの回転数、風力タービンが電力生成中の時間、ブレードのピッチ角を固定した状態での風力タービンが電力生成中の時間のうちの少なくとも１つを決定するステップと、
   ｂ）少なくとも前記運転条件および前記ピッチ操作のパラメータに応じて、軸受けの潤滑が必要とされるかどうかを決定するステップと、
   ｃ）ステップｂ）の前記決定が肯定的な場合にブレードピッチの軸受の潤滑を実行するステップと
   を含む、風力タービンのブレードピッチの軸受を潤滑する方法。
2. ステップｂ）の前記決定が肯定的な場合に潤滑モードすなわち、所定の時間中ブレードピッチの軸受にグリースを注入するモードあるいは、グリース注入中ブレードを回転させるモードのいずれか１つを選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記パラメータが、カウンタすなわち、ブレードの回転数をカウントするカウンタ、風力タービンが電力生成中の時間をカウントするカウンタ、ブレードのピッチ角を固定した状態での風力タービンが電力生成中の時間をカウントするカウンタ、のいずれか１つ以上によって決定される、請求項１または２に記載の方法。
4. 風力タービンの運転条件を決定する手段と、ピッチ操作に関係のあるパラメータを決定する手段と、運転条件およびピッチ操作のパラメータ１１６〜１１９に応じて潤滑が必要とされるかどうかを決定する風力タービンの主制御装置１００と、潤滑が必要とされる場合に前記ブレードピッチの軸受の潤滑を実行する手段とを備え、
   前記運転条件が、運転現場における風速、気温、雨、空気密度、風の垂直分布のうちの少なくとも１つであり、
   前記パラメータが、ブレードの回転数、風力タービンが電力生成中の時間、ブレードのピッチ角を固定した状態での風力タービンが電力生成中の時間のうちの少なくとも１つである、風力タービンのブレードピッチの軸受を潤滑する装置。
5. リザーバからグリースを押し出す少なくとも１つのポンプ１３０と、前記ブレードピッチの軸受の潤滑すべき箇所１３９および１４０にグリースを吐出する前記ポンプ１３０に連結される少なくとも１つの分配器１３７および分配器１３８とをさらに備える、請求項４に記載の装置。
6. 少なくとも最小量の前記グリースが前記リザーバに存在することを感知する手段をさらに備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記ポンプの下流のグリース遮断を検出する手段をさらに備える、請求項６に記載の装置。

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