KR20130032292A - 기어 시스템의 윤활을 조절하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

기어 윤활 장치는 윤활 유체를 순환하도록 윤활 펌프를 포함한다. 윤활 펌프와 연결된 동력원은 윤활 펌프를 구동하며, 컨트롤러는 윤활 펌프의 출력을 제어한다. 기어 윤활 장치는 윤활 펌프의 하류에 배치된 압력 센서를 포함한다. 압력 센서는 윤활 유체의 압력을 측정하고, 그 압력을 나타내는 압력 표시 신호를 생성하도록 형성된다. 컨트롤러는 적어도 부분적으로 압력 표시 신호를 기반으로 윤활 펌프의 출력이 달라지도록 마련된다.

Description

기어 시스템의 윤활을 조절하는 방법 및 장치{METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONTROLLING THE LUBRICATION OF A GEAR SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 기계식 기어에 윤활을 제공하는 기술에 관한 것이다. 특히 본 발명은 매우 다양한 상태 하에서 적절한 윤활을 보장하는 기술에 관한 것으로, 기어의 정확한 작동을 담당하는 작동부(operator)가 거의 영향을 받지 않거나 또는 영향을 받지 않도록 한다.

본 명세서에는 기어휠(gearwheel)이라는 용어는 톱니바퀴가 부착되고, 회전하는 기계 부품과 관련하여 사용한다. 둘 또는 그 이상의 메싱 기어휠(meshing gearwheel)이 기어 스테이지(gear stage)를 구성한다. 본 명세서에서 보통 말하는 기어라는 용어는 제1 축과 제2 축을 갖고, 하나 또는 그 이상의 기어 스테이지 사이에 속도와 토크 변환, 및/또는 회전 축의 방향 변환을 제공하는 기계적인 시스템을 나타낸다. 기어 유닛은 적절한 기어를 포함하고, 계측, 제어 및 윤활 장치와 같은 보조의 확장 시스템을 포함할 수 있다.

풍력 터빈의 기어 유닛은 동력 및 로터 블레이드(rotor blade)의 회전에너지가 전기 에너지를 발생하는 제네레이터(generator)까지 전달하는 것에 중요한 부분으로 작동한다. 부드럽고 안정적인 기어의 작동을 보장하는 것은 풍력 터빈의 적절한 성능을 달성하는데 필수적이다. 그러한 것처럼, 기어는 수많은 다른 장치와 접하지만, 특성 및 요구가 많은 풍력 터빈에 영향을 미치는 환경 조건이 그들의 디자인이 일반적으로 매우 발전된 특별한 해결책을 필요로 하도록 의도한다.

풍력 터빈에서 기어의 제1축은 로터 어셈블리(rotor assembly)에 연결되고, 제2축은 제네레이터에 연결된다. 기어 내에서, 적어도 하나의 기어 스테이지는 회전 운동(rotational movement)을 전달하고, 축 사이에서 의도된 속도와 토크비로 실시되도록 제1축과 제2축 사이에 위치한다. 베어링은 가능한 거의 마찰이 없도록 축과 기어휠을 지지하기 위해 사용된다.

기어 스테이지 및 베어링은 윤활이 필요하고, 그러한 목적을 위해 기어 유닛은 일반적으로 기어 스테이지 및 베어링 사이로 윤활 유체를 순환시키도록 형성된 윤활 펌프를 포함한다. 매우 간단한 실시예로 기어의 일부 부품의 회전 운동은 윤활 펌프를 구동하기 위하여 사용된다. 장기간동안 지속적으로 서 있어야 하는 풍력 터빈에서, 상술한 윤활 펌프로 구동되는 축은 충분한 양의 윤활 유체가 중요 가동부에 도달할 수 있기 전에 기동하면 지연의 원인이 될 수 있고, 따라서 이는 추천되는 것이 아니다.

더욱 다목적의 해결책은 윤활 펌프를 구동하기 위하여 전기 모터 또는 유압식 모터와 같은 전용 동력원을 사용하는 것을 포함한다. 제어된 기동의 일부로서 동력원은 기어휠이 기동하기 전에 전환되어야 하며, 이는 그들이 처음부터 이미 적절한 양의 윤활 유체를 공급받기 위함이다. 동력원이 명확히 전환될 때를 아는 것은 풍력 터빈의 대부분에서 작동을 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함하는 기어유닛, 또는 제어유닛의 작동으로부터 이득을 얻는 기어유닛을 필요하게 만든다.

그러나, 그러한 경우에도 적절한 윤활 방법을 발견하는 것은 쉽지 않다. 예를 들어, 기어 내에서 -40 내지 +85 도 이상 범위의 온도 변화가 발생할 수 있고, 이는 윤활 유체의 점도에 상당한 영향을 미친다. 점도의 변화는 윤활 유체가 윤활 통로를 통하여 유동하는 방법에 영향을 미치게 되고, 상호 간에 관련되어 운동하는 금속 부품 사이에서 윤활 필름을 유지하는 능력에 영향을 미치게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력 터빈의 작동에 영향을 미치는 여러 요인을 극복할 수 있는 기어 시스템의 윤활을 조절하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 목적은 효과적이고 유리한 방법으로 기어의 윤활을 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적으로는 윤활의 제어가 기계 및 계측장치에 대한 합리적인 투자를 통해 달성될 수 있도록 보장하는 것이다. 본 발명의 추가적인 목적으로는 윤활 제어가 기어 유닛의 다른 제어 기능들과 쉽게 병합될 수 있도록 보장하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적으로는 다양한 크기에서 기어의 윤활 제어 방법을 쉽게 조절(scaling)할 수 있다는 것이다.

본 발명의 이러한 또는 다른 유리한 목적은 윤활 펌프의 하류에 윤활 유체 압력 센서를 위치함으로써 달성되고, 적어도 부분적으로 윤활 펌프의 출력을 변경하는 측정된 압력을 사용함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 기어 윤활 장치는 이 장치에 대한 독립항의 특징부에서 설명된 특징에 의해 특정된다.

본 발명에 따른 방법은 방법에 대한 독립항의 특징부에서 설명된 특징에 의해 특정된다.

윤활 펌프를 작동하는 것은 펌프의 출구에서 윤활 유체의 압력이 증가하는 것의 주원인이 된다. 만약 상태가 동일하게 유지되면, 상승하는 압력이 윤활 유체가 윤활 펌프 하류의 윤활 통로를 통하여 이동하는 도중에 발생하는 유체 저항에 의해 균형이 유지되어 평형 상태가 곧 도달되고, 윤활 펌프로부터 정상 배출 유동을 초래하게 된다. 정상 상태 조건 하에서, 압력 펌프 하류의 고정된 장소에서 얻어지는 압력 측정값은 동일하게 유지된다.

일반적인 윤활 유체의 점도는 온도와는 반비례한다. 윤활 유체가 운동하는 기계 부품과 접촉하는 곳에서 기어의 상승하는 내부 온도는 윤활 유체를 가열하는 원인이 된다. 결과적으로 윤활 유체의 점도는 감소하고, 접촉하는 금속 부품 사이에서 윤활 필름을 유지하는 윤활 유체의 능력은 약해진다. 또한, 윤활 통로 내에서 유동 저항이 감소하는 것으로 관찰된다. 후자는 압력 측정값이 낮아지기 쉬울 것이며, 비록 압력 측정에서부터 윤활 펌프의 제어된 출력까지 피드백이 있을지라도 마찬가지이다.

점도를 변화시키는 원인이 무엇인지에 관계없이 마찬가지이다: 압력 측정을 통한 적절한 피드백은 압력 변화를 보상하기 위한 윤활 펌프의 출력을 야기할 수 있다. 예를 들어, 만약 노화 및/또는 불순물 유입은 윤활 유체의 점도를 변화하는 원인이 되고, 그로 인한 윤활 능력의 변화는 적어도 부분적으로 측정된 압력을 의도된 값으로 유지하기 위한 시도로 출력을 변경하는 윤활 펌프에 의해 제거될 것이다.

압력으로 제어되는 윤활 펌프의 관측된 출력(또는 압력 피드백을 사용하는 결과로써 윤활 펌프로부터 주어지는 관측된 제어 신호)은 윤활 펌프 상태의 지표로 사용되어 질 수 있다. 예를 들어, 만약 기어 유닛에 존재하는 복수의 서로 다른 특성이 동일하게 유지되나 윤활 펌프의 출력이 현저히 변경된다면, 이는 윤활 유체, 지지대 또는 윤활 통로의 파손에 대한 문제를 의미할 수 있다. 측정된 압력이 상승하지 않고도 윤활 펌프에서 선정된 출력의 현저한 증가는 또한 윤활 펌프 또는 동력원에 문제를 나타낼 수 있다.

일부 추가 정보는 윤활 펌프를 제어할 때 압력 측정값을 높이기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 만약 온도 측정으로 윤활 유체가 극히 냉각된 것으로 보이면,(그리고 그로 인해 정체되면) 윤활 유체는 펌프 출구와 측정 지점 사이에서 극히 높은 유동 저항을 받기 때문에 윤활 펌프의 출력이 상대적으로 높더라도 의외로 낮은 압력 측정값을 초래할 수 있다. 매우 높은 점도를 갖는 유체에 대항하여 불필요하게 저항하는 것으로부터 윤활 펌프를 유지하기 위하여, 윤활 펌프 하류의 윤활 유체에서 측정된 압력으로 계산된 제어 알고리즘으로 윤활 펌프의 출력을 제어하는 것이 유리할 것이나 측정된 온도와 같은 다른 정보 또한 사용될 수 있다.

본 명세서에서 나타내는 발명의 바람직한 구성은 첨부된 청구항의 적용범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서에서 동사 "포함하다" 는 설명되지 않은 구성의 존재를 배제하지 않는 의미로 사용된다. 종속항에 사용된 설명된 특징은 명쾌하게 진술되지 않았어도 상호간에 자유롭게 결합할 수 있다.

발명의 특징으로 고려되는 중요한 특징들은 특히 첨부된 청구항에서 기재된다. 다만 추가적인 목적 및 그것에 의한 이득을 포함하는 발명 그 자체, 구조 및 작동 방법 모두는 동봉된 도면과 연계하여 후술할 발명의 상세한 설명으로부터 이해될 수 있다.

본 발명에 따르면, 효과적이고 유리한 방법으로 기어의 윤활을 제어할 수 있는 기어 시스템의 윤활을 조절하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한, 제1 기설정 값 또는 제2 기설정 값을 이용하여 윤활 펌프의 출력을 변경하여 기계 및 계측 장치에 합리적으로 윤활을 제공하도록 제어할 수 있다.

또한, 동력원을 전기모터로 마련하여 쉽고 유연하게 윤활을 제어할 수 있다.

도 1은 기어 유닛의 일부 부품의 개요도이고,
도 2는 피/아이 레귤레이터의 바람직한 사용을 도시한 도면이고,
도 3은 발명의 구성을 방법 측면에서 도시한 도면이고,
도 4는 발명의 다른 구성을 방법 측면에서 도시한 도면이다.

도 1은 풍력 터빈을 위한 기어 유닛과 같은 기어 유닛(100)의 확실한 부품의 개요도이다. 기어(101)는 로터 및 각각의 제네레이터와 같은 외부 기계적인 시스템에 연결되기 위한 제1축(102)과 제2축(103)을 포함한다. 기어(101)에는 적어도 하나의 기어 스테이지(104)가 제1축(102)과 제2축(103) 사이에 위치한다. 축은 베어링으로 지지되며, 이러한 베어링(105)은 하나의 예로 보여진다.

기어 외에도 적절한 기어 유닛은 기어 윤활 장치를 포함한다. 기어 윤활 장치의 부품은 개략적으로 기름통 또는 저장소(108)에서 들어오는 것으로 보이는 윤활유(107)와 같은 윤활 유체를 순환시키기 위한 윤활 펌프(106)이다. 저장소의 사용방식은 특히 드라이 섬프 방식(dry sump solution)라 불리는 방식으로, 윤활되는 기계 부품 바로 하부에서 큰 용량을 차지하는 기름통이 불필요하게 된다. 본 발명에서는 특별히 드라이 섬프 기어(dry sump gear)로 설계되나, 웨트 섬프 방식(wet sump solution)과 연계하여 적용될 수 있다.

동력원(109)는 윤활 펌프(106)와 연결되며, 이는 윤활 펌프를 구동한다. 쉽고 유연한 제어를 하기 위한 목적으로, 흔히 전기 모터가 동력원(109)로 선택되나, 이는 예를 들어 유압식 모터, 전후로 움직이는 액추에이터, 또는 서로 다른 출력들로 윤활 유체를 펌핑하는 윤활 펌프(106)로 사용할 수 있는 어떠한 다른 동력원일 수 있다.

동력원(109)의 작동은 컨트롤러에 의해 순차적으로 제어된다. 본 명세서에서 사용하는 용어 "컨트롤러"는 보통 동력원(109)에 의해 적극적으로 윤활 펌프(106)를 원하는 상태로 구동할 수 있는 독립체로 제공되며, 이는 후자가 원하는 출력을 갖도록 윤활유체를 펌핑하기 위함이다. 간단히, 이것은 결국 윤활 펌프의 출력을 제어하는 컨트롤러로 설명할 수 있으며, 이는 제어 장치의 기본 정보가 컨트롤러에 속하기 때문이다. 컨트롤러는 윤활 펌프 및/또는 동력원과 연결된다. 이러한 연결의 본질 및 목적은 후술한다.

도면 1에서의 바람직한 구성으로 컨트롤러는 제어 유닛(110)과 구동 유닛(111)을 포함한다. 이 중에서, 구동 유닛(111)은 동력원(109)에서 적절한 양이 구동력(operating power)으로 전달되도록 형성되며, 이는 동력원(109)이 순차적으로 윤활 펌프(106)를 구동하는 결과로서 그것에 원하는 출력을 전달하도록 하기 위함이다. 만약, 동력원(109)이 전기 모터이면, 예로서 구동 유닛(111)은 가변 주파수 드라이버(variable frequency drive)일 수 있다.

제어 유닛(110)은 구동 유닛(111)에 동력원(109)에서 구동력의 전달을 조절하는 제어 명령을 하도록 형성된다. 예를 들어, 가변 주파수 드라이버는 제어 명령을 제어 유닛(110)으로부터 아날로그 전압 레벨(analog voltage level) 또는 디지털 제어 단어(digital control words)의 형식으로 보낼 수 있다.

제어 명령을 형성하는 것은 적어도 부분적으로 컨트롤러(제어 유닛:110)가 윤활 장치로부터 얻는 피드백 정보를 기반으로 한다. 특히, 도면 1의 기어 윤활 장치는 윤활 펌프에 의해 펌핑되는 윤활 유체를 고려하여 윤활 펌프(106) 하류에 배치된 압력센서(112)를 포함한다. 압력센서(112)는 윤활 유체의 압력을 측정하고 그 압력을 나타내는 압력 표시 신호를 생성하도록 형성된다. 압력센서(112)에서 컨트롤러(여기서는: 제어유닛(110))까지의 연결장치는 컨트롤러에서 압력 표시 신호의 전달을 가능하게 하고, 마지막으로 압력센서(112)가 위치한 지점에서 윤활 유체의 압력을 연속적으로 인식한다. 본 발명의 구성에 따르면, 컨트롤러는 적어도 부분적으로 압력센서(112)에서 보내는 압력 표시 신호를 기반으로 하여 윤활 펌프(106)의 출력을 변경시킨다.

압력센서(112)의 실제 물리적 구현은 본 발명의 본질적인 것이 아니다. 윤활 유체의 압력을 측정하기에 적합한 압력센서는 압력을 측정에 대한 선행기술로 개시되어 있다. 압력센서(112)의 정확한 위치는 또한 본 발명의 중요한 점이 아니나, 그것이 윤활 펌프(106)의 하류에 위치하고, 운동하는 기계 부품 상부에 근본적으로 자유 공간(free space)으로서 윤활 유체가 제공되는 지점의 상류에 위치하면 충분하다. 일반적으로 압력센서(112)는 윤활 펌프(106)가 작동하는 결과로서 운동하는 윤활 유체로 완전히 채워진 채로 유지하는 통로 내부에 위치하여야 한다. 하나 또는 그 이상의 온도 센서가 사용될 수 있다. 만약 둘 또는 그 이상의 온도센서가 있다면, 압력 표시 신호를 획득하는 것은 평균값 또는 차이를 계산하거나, 다른 방식을 통해 시스템의 다른 부품들로부터 압력 측정값을 고려하는 것과 같은 산술 연산을 포함할 수 있다.

본 발명의 구성에 따르면 컨트롤러, 즉, 윤활 펌프(106)의 출력을 변경하는 장치의 작동은 윤활 유체의 측정된 압력을 몇몇의 기설정된 목표 압력으로 도달하도록 구동하는 것을 목적으로 한다. 다시 말하면, 컨트롤러를 유지하는 것을 목적으로 하는 윤활 펌프(106) 하류의 윤활 유체를 위한 몇몇의 기설정된 압력 값이 존재한다.

그러한 목적을 뒷받침하는 근거는 만약 윤활 유체가 고정된 순단면을 갖는 통로 시스템 내에서 주어진 압력을 생산하는 출력으로 펌핑된다면, 통로 시스템은 윤활되는 기어 및 베어링으로 운동하는 부품 사이에 윤활 필름이 적절히 형성되는 것을 보장하도록 충분한 양의 윤활 유체를 전달할 수 있다. 윤활 유체의 점도의 동적인 변화는(예를 들어 온도의 변화로 인한 결과로서) 자동적으로 고려되며, 이는 저점도의 유체는 낮은 유체 저항을 가질 수 있기 때문이다. 결론적으로 채널 내부에 낮은 압력을 생성하는 경향이 될 수 있고, 이는 압력 피드백으로 윤활 펌프의 출력이 증가하는 원인이 될 수 있기 때문이다. 이와 같이, 윤활 필름을 유지하는 저점도 유체의 감소한 용량은 운동하는 부품으로 전달될 수 있는 윤활 유체의 단위 시간당 금액이 증가함으로써 보상될 수 있다.

제어 유닛(110)의 유리한 구현은 도면 2에 나타난 것처럼 피/아이 레귤레이터(201)(proportional and integrative regulator : P/I regulator)를 포함한다. 압력센서(112)로부터 획득한 압력 표시 신호와 메모리로부터 읽히는 목표 압력값의 차이는 차이 계산 장치(difference caculator, 202)에 의해 계산되고, 상기 차이는 피/아이 레귤레이터의 입력값을 나타낸다. 피/아이 레귤레이터의 사용은 동적으로 반응하고, 측정값과 목표값 사이의 차이량 및 차이의 크기가 최근에 어떻게 변화했는지에 대한 변천과정을 고려하는 제어기능을 실행하는 하나의 방법이다.

도면 3은 윤활 유체의 측정된 압력의 변화량을 보상하도록 컨트롤러에 의해 실행되는 간단하고 전형적인 제어방법에 대한 개요도이다. 상술한대로 컨트롤러는 압력센서(112)로부터 압력 표시 신호를 연속적으로(또는 정기적으로) 받는 것을 요점으로 한다. 스텝 301에서 컨트롤러는 측정된 압력이 제1 기설정 값보다 낮은지 여부를 조사하며, 이는 허용 압력의 최저 한계로서 특정될 수 있다. 측정된 압력이 제1 기설정 값보다 낮은 것에 대한 응답으로서, 콘트롤러는 스텝 302에서 윤활 펌프의 출력을 높인다. 만약 압력이 제1 기설정 값보다 낮지 않으면, 컨트롤러는 스텝 303 를 조사하도록 진행하며, 제2 기설정 값으로 정의된 최고 한계보다 높은지 여부를 판단한다. 측정된 압력이 제2 기설정 값보다 높은 것에 대한 응답으로서, 콘트롤러는 스텝 304에서 윤활 펌프의 출력을 낮춘다. 만약 최저 한계도 최고 한계도 초과하지 않는다면, 컨트롤러는 스텝 303에서 직접 스텝 301로 돌아간다.

어떻게 정교한 제어를 의도하는 지에 따라, 즉 구조 및 구동(111) 및 동력원(109)의 작용에 의해 허용되는 제어 가능성이 무엇인지에 따라, 윤활 펌프(106)의 순차적이고 계속적인 출력 제어가 실행될 수 있다. 순차적 제어는 콘트롤러가 일련의 적어도 3개의 다른 값으로부터 윤활 펌프의 출력을 선택하도록 마련된 것을 의미한다. 계속적 제어는 콘트롤러가 윤활 펌프의 출력을 연속적으로 변경시키는 것을 의미한다. 디지털 제어는 모든 경우에 사실상 근본적으로 순차적이며, 이는 가능한 제어 워드에 의해 형성된 여러 공간의 별개의 특징 때문이다. 다만, 현실적인 목적에 비추어, 순차적 제어라는 용어는 인접 제어 명령의 사용으로부터 초래되는 출력의 차이가 명확히 구별될 수 있을 정도로 큰 경우에는 보류되는 것이 일반적이며, 예를 들어 마찰과 같은 제어불가한 요인에 의한 변동으로부터 초래되는 경우이다.

도면 4는 간단한 계속적 제어 방법의 예를 도시한 것으로 단 2개의 구별되는 단계를 포함한다. 스텝 401에서는 압력 표시 신호와 목표 값 사이의 차이를 계산하고, 스텝 402에서는 윤활 펌프의 출력이 압력 표시 신호가 목표 값에 근접하도록 하기 위하여 변동된다.

도면 1에서의 바람직한 장치는, 컨트롤러가 분리된 역할을 하는(적어도 이론적으로) 제어유닛(110)과 구동유닛(111)을 포함하며, 제어유닛(110)이 단지 압력 피드백보다 다른 종류의 제어 기능을 담당하게 하는 것이 해결책으로 일반적이다. 결합 구조로 제어 유닛과 구동 유닛의 기능을 수행하는 것도 가능하며, 입력 신호로서 압력 표시 신호(또는 이로 인한 간단한 파생물)를 받고 동력원에서 출구에 적절한 양으로 구동력을 제공한다. 진보한 가변 주파수 컨버터 드라이버(Advanced variable frequency converter drives)는 어느 정도의 프로그래밍을 할 수 있는 것으로 알려졌다. 이는 입력( 압력 표시 신호와 같은) 과 미리 프로그래밍된 목표 값을 비교하기 위하여 프로그래밍될 수 있고, 또한 다른 논리 연산을 수행하여 상기 입력으로 상기 입력에 대하여 기설정된 관계를 갖도록 전기 모터를 구동하게 된다.

도면 1의 기어 윤활 장치는 온도 센서(113)을 포함한다. 이는 윤활 펌프(106)에서 펌핑되는 윤활 유체의 온도를 측정하도록 형성된다. 온도 센서(113)는 윤활 유체의 측정된 온도를 나타내는 온도 표시 신호를 생성하도록 형성된다. 온도센서(113)에서 제어유닛(110)까지의 연결장치는 제어유닛으로 하여금 구동유닛(111)과 함게 윤활 유체의 적절한 출력을 결정할 때, 윤활 유체의 온도를 고려하도록 한다. 도면 1에서 제어유닛(110)과 구동유닛(111)을 포함하는 컨트롤러는 적어도 부분적으로 온도 표시 신호를 기반으로 하여 윤활 펌프(106)의 출력을 변경시킨다.

온도센서(113)의 물리적 현상 및 정확한 위치는 본 발명에서 중요한 요소가 아니며, 온도 센서는 윤활 펌프에 의해 펌핑되는 윤활 유체의 온도로부터 유도되는 특징과 충분히 모호하지 않은 관계를 갖는 온도를 측정할 수 있으면 충분하다. 하나 또는 그 이상의 온도 센서가 사용될 수 있다. 만약 하나 이상의 온도 센서가 있다면, 츨력으로부터 온도 표시 신호를 획득하는 것은 평균값, 차이 또는 다른 종류의 연산과 같은 계산을 포함할 수 있다.

본 발명의 구성에 있어서 컨트롤러는 낮은 압력 표시 신호를 윤활 유체가 냉각된 것으로 받아들이도록 형성된다. 만약 윤활 유체가 겨울에 시동하는 것처럼 매우 차갑다면, 상대적으로 고점도를 갖는다. 이는 결국 윤활 유체가 유동할 수 있는 통로에 높은 유동 저항으로 이어진다. 유체의 유동 저항이 커지면, 통로의 출구에서 기설정된 압력 측정값으로 얻는 통로의 입력에 들어가는 펌핑 파워가 더 커진다. 매우 냉각된 상태에서 펌핑 파워를 제한하지 않는 것은 컨트롤러가 적당한 한계를 넘어 윤활 펌프의 출력을 불필요하게 높여야 하는 상황으로 이끌 수 있으며, 이는 간단히 차갑고 끈끈한 윤활 유체가 압력 센서를 향하는 도중에 오직 유체 저항에 의해 상당한 양의 압력을 손실하기 때문이다.

도면 3에 방법 설명에 있어서, 윤활 유체에 대한 목표 압력을 선정하는 것은 스텝 301 및 스텝 303 에 포함될 수 있다. 예를 들어 기설정된 임계값보다 냉각된 상태의 윤활 유체를 나타내는 온도 표시 신호에 대한 응답으로서, 제2 목표 압력이 윤활 유체를 위해 선정된다. 제2 목표 압력은 제1 목표 압력보다 낮으며, 이는 기설정된 한계값보다 높은 온도를 갖도록 윤활 유체를 위해 선정된 것이다.

윤활 유체의 측정된 온도와 의도된 압력과의 적절한 관계는 실험을 통해 발견될 수 있다. 하나의 대안은 윤활 유체의 출력에 대하여 압력 기반으로 결정하는 on/off 명령으로서 온도 표시 신호를 사용하는 것이다. 달리 말하면, 컨트롤러는 온도 표시 신호로 측정된 값이 윤활 유체의 온도가 한계 내에 있다고 나타내야만, 압력 표시 신호를 기반으로 윤활 펌프의 출력을 변경시킬 것이고, 이로 인해 압력 기반 제어가 적절한 결과를 나타낼 수 있게 된다. 다른 대안으로 둘 또는 그 이상의 상호간에 대체가능한 압력 기반 제어 알고리즘을 갖는 컨트롤러를 장비하는 것이고, 온도 표시 신호에 의해 나타나는 온도에 가장 적합한 압력 기반 제어 알고리즘을 선정하는 온도 표시 신호를 사용하는 것이다.

압력(온도) 표시 신호는 기어 유닛과 윤활에서 일어나고 있는 것에 대한 중요한 직접 얻은 정보를 전달할 수 있다. 다수의 풍력 터빈의 작동 및 상태를 모니터링하는 장소에 원격 모니터링 장소가 존재하는 것은 풍력 터빈에 있어서 일반적이다. 도면 1에 기어 윤활 장치는 원격 모니터링 장소로 정보를 전송하도록 신호 출력(114)를 포함한다. 신호 출력(114)은 다양한 종류의 정보를 신호로 나타내도록 사용될 수 있고. 특히 압력 피드백보다 다른 종류의 제어 기능을 담당하는 제어 유닛(110)에 사용될 수 있다. 본 발명의 구성으로서 컨트롤러는 윤활 펌프(106)을 위해 선정된 출력에 의해 나타나는 정보를 신호 출력(114)으로 보내도록 형성될 수 있다. 게다가 또는 대안으로 센서(102,103)으로부터 보내지는 압력 또는/및 온도 표시 신호에 의해 나타나는 정보를 신호 출력(114)로 보내도록 형성될 수 있다.

신호 출력(114)로 도면 1에 나타난 연결은 양방향성을 가질 수 있고, 이는 원격 모니터링 장소와 같은 다른 장치가 컨트롤러로부터 새로운 알고리즘 및/또는 새로운 목표값 또는 윤활 유체의 압력의 한계값 등을 다운로드받을 수 있도록 하기 위함이다.

상술한 본 명세서에 의해 제공된 특정예에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 상술한 구성에 의해 제한되지 않는다.

100: 기어 유닛 101: 기어
102: 제1축 103: 제2축
105: 베어링 106: 윤활 펌프
109: 동력원 110: 제어 유닛
111: 구동 유닛 112: 압력 센서
201: 피/아이 레귤레이터

Claims (15)

1. 풍력 터빈의 기어에 윤활을 제공하기 위한 기어 윤활 장치에 있어서,
   상기 풍력 터빈의 기어 내에서 윤활 유체를 순환시키기 위한 윤활 펌프;
   상기 윤활 펌프와 연결되며 상기 윤활 펌프를 구동하기 위한 동력원; 및
   상기 윤활 펌프 및 상기 동력원 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 윤활 펌프의 출력을 조절하는 컨트롤러;를 포함하며,
   상기 윤활 펌프에 의해 펌핑되는 윤활 유체를 고려하여 상기 윤활 펌프의 하류에 배치되는 압력 센서;를 포함하고,
   상기 압력 센서는 상기 윤활 유체의 압력을 측정하고, 상기 압력을 나타내는 압력 표시 신호를 생성하도록 형성되며,
   상기 컨트롤러는 적어도 부분적으로 상기 압력 표시 신호를 기반으로 하여 상기 윤활 펌프의 출력을 변경시키는 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 윤활 유체의 측정된 압력이 목표 압력에 도달하도록 구동하는 상기 윤활 펌프의 출력을 변경시키는 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 피/아이 레귤레이터(Proportional and integrative regulator)를 포함하고, 상기 압력 표시 신호와 압력 표시 신호의 목표 값의 차이는 피/아이 레귤레이터의 입력량을 나타내는 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 제1 기설정 값보다 낮은 상태의 상기 윤활 펌프의 측정된 압력에 응답하여 상기 윤활 펌프의 출력을 증가시키고, 제2 기설정 값보다 높은 상태의 상기 윤활 펌프의 측정된 압력에 응답하여 상기 윤활 펌프의 출력을 감소시킴으로써 상기 윤활 유체의 측정된 압력의 변화량을 보상하도록 마련된 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 일련의 적어도 3개의 다른 값으로부터 상기 윤활 펌프의 출력을 선택하도록 마련된 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 윤활 펌프의 출력을 연속적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기어 윤활 장치는 상기 윤활 유체의 온도를 측정하고, 상기 온도를 나타내는 온도 표시 신호를 생성하는 온도 센서를 포함하고,
   상기 컨트롤러는 적어도 부분적으로 상기 온도 표시 신호를 기반으로 하여 상기 윤활 펌프의 출력을 변경하는 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
   - 상기 기어 윤활 장치는 원격 모니터링 장소로 정보를 송신하기 위한 신호 출력을 포함하며,
   - 상기 컨트롤러는 상기 윤활 펌프를 위해 선정된 출력을 나타내는 정보를 상기 신호 출력으로 전송하도록 형성된 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 동력원은 전기모터이고,
   상기 컨트롤러는 구동 전기 신호를 상기 전기 모터에 전달하도록 연결된 주파수 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 윤활 장치.
10. 외부의 기계적인 시스템과 연결되기 위한 제1 축(102)과 제2 축(103),
    상기 제1 축과 상기 제2 축(102,103) 사이에 위치한 적어도 하나의 기어 스테이지(104),
    상기 제1 축과 제2 축(102, 103)을 지지하는 베어링(105), 및
    - 상기 기어 스테이지(104) 및 상기 베어링(105)으로 윤활을 제공하기 위한 청구항 제1항에 따른 기어 윤활 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 기어 유닛.
11. 선정된 펌핑 파워로 상기 기어에 윤활 유체를 순환시키는 단계,
    상기 펌핑 파워를 생성하는 상기 윤활 펌프 하류의 윤활 유체의 압력을 측정하는 단계,
    - 적어도 부분적으로 상기 압력 표시를 기반으로 하여 상기 선택된 펌핑 파워를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 기어에 윤활을 제공하는 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 선택된 펌핑 파워를 변경함으로써 목표 압력을 향하도록 상기 윤활 유체의 측정된 압력을 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 기어에 윤활을 제공하는 방법.
13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    - 상기 윤활 유체의 온도를 측정하는 단계와 상기 온도를 나타내는 온도 표시 신호를 생성하는 단계, 및
    - 적어도 부분적으로 상기 온도 표시 신호를 기반으로 하여 상기 선택된 펌핑 파워를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 기어에 윤활을 제공하는 방법.
14. 제 13항에 있어서,
    기결정된 임계값보다 냉각된 상태의 상기 윤활 유체가 나타내는 온도 표시 신호에 응답하여, 상기 기결정된 임계값보다 고온이 되도록 선정된 상기 윤활 유체의 제1 목표 압력보다 낮은 압력의 윤활 유체의 제2 목표 압력을 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 기어에 윤활을 제공하는 방법.
15. 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    선정된 펌핑 파워가 나타내는 정보를 원격 모니터링 장소로 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈의 기어에 윤활을 제공하는 방법.
    
    
    
    

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