WO2011101982A1 - 回転機械の起動方法、及び、風力発電装置の起動方法 - Google Patents

回転機械の起動方法、及び、風力発電装置の起動方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method of starting a rotating machine, and more particularly to a method of starting a rotating machine installed in a cold environment, such as a wind turbine.
  • a wind power generator installed in a cold environment is generally provided with a heater for heating lubricating oil.
  • the heater heats the lubricating oil and then the lubricating oil pump is operated to start the lubricating system.
  • US Patent Application Publication No. US2009 / 0191060A1 discloses a technique for avoiding damage to a lubricating oil pump by providing a heater in a discharge pipe that discharges the lubricating oil from the speed increaser to the lubricating oil pump.
  • the method of supplying heated lubricating oil is not necessarily appropriate for parts having a large heat capacity such as a main bearing and a large contact area with the lubricating oil.
  • the main bearings are also cooled.
  • the heated lubricating oil is supplied to the cooled main bearing, the lubricating oil is instantaneously cooled, the viscosity of the lubricating oil is increased, and the drainage property of the lubricating oil is deteriorated. If more lubricating oil is supplied to the main bearing than the amount of lubricating oil that can be expelled from the main bearing, the possibility of lubricating oil leakage also arises.
  • an object of the present invention is to provide a starting method for coping with the problem of the decrease in the discharge of lubricating oil due to cooling by the main bearing in a rotating machine installed in a cold environment, for example, a wind turbine. is there.
  • a starting method of a rotary machine includes a main shaft, a main bearing that rotatably supports the main shaft, and a main bearing lubricating oil pump that circulates lubricating oil to the main bearing.
  • the main bearing lubricating oil pump is operated after the steps of rotating the main shaft to raise the temperature of the main bearing without raising the main bearing lubricating oil pump and the step of raising the temperature of the main bearing. Starting the supply of lubricating oil to the main bearing.
  • the number of revolutions of the main shaft be controlled. Further, when the main shaft is rotated to raise the temperature of the main bearing, it is preferable that the main bearing be lubricated by an oil bath.
  • the temperature of the main bearing is measured using a temperature sensor, and the main bearing lubricating oil pump is operated in response to the temperature measured by the temperature sensor.
  • Another aspect of the present invention is a starting method of a rotary machine comprising a main shaft, a main bearing rotatably supporting the main shaft, and a main bearing lubricating oil pump for circulating lubricating oil to the main bearing, the main bearing lubricating oil
  • the main bearing lubricating oil pump After the steps of rotating the main shaft to raise the temperature of the main bearing in a state where the first flow of lubricating oil is supplied to the main bearing by the pump and the step of raising the temperature of the main bearing, the main bearing lubricating oil pump Supplying a second flow of lubricating oil, which is greater than one flow, to the main bearing.
  • a method of starting a wind turbine generator comprising a main shaft connected to a wind turbine rotor, a main bearing rotatably supporting the main shaft, and a main bearing lubricating oil pump circulating lubricating oil to the main bearing.
  • the main bearing lubricating oil pump is operated after the steps of rotating the main shaft to raise the temperature of the main bearing without raising the main bearing lubricating oil pump and the step of raising the temperature of the main bearing. Starting the supply of lubricating oil to the main bearing.
  • the number of revolutions of the main shaft be controlled.
  • the control of the number of revolutions of the main shaft may be performed by controlling the pitch angle of the wind turbine blades of the wind turbine rotor, and even if the number of rotations of the main shaft is controlled by the control of the generator torque of the generator driven by the main shaft Good.
  • the main bearing is lubricated by an oil bath when the main shaft is rotated to raise the temperature of the main bearing.
  • the temperature of the main bearing is measured using a temperature sensor, and the main bearing lubricating oil pump is operated in response to the temperature measured by the temperature sensor.
  • the method of starting the wind turbine generator rotates the main shaft to raise the temperature of the main bearing in a state where the lubricating oil of the first flow rate is supplied to the main bearing by the main bearing lubricating oil pump.
  • the process of supplying the lubricating oil of the 2nd flow rate larger than the 1st flow rate to the main bearing with the main bearing lubricating oil pump is provided.
  • the present invention it is possible to provide a starting method capable of coping with the problem of the decrease in the dischargeability of lubricating oil due to the cooling by the main bearing, for a rotating machine, particularly a wind turbine, installed in a cold environment.
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of a wind turbine 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the wind turbine generator 1 is mounted on a tower 2 which is in contact with a foundation 6, a nacelle 3 installed at the upper end of the tower 2, a rotor head 4 rotatably attached to the nacelle 3, and a rotor head 4 And a wind turbine blade 5.
  • the rotor head 4 and the wind turbine blades 5 constitute a wind turbine rotor.
  • a main shaft 11 for transmitting power from a wind turbine rotor to a step-up gear 13 is coupled to the rotor head 4, and the main shaft 11 is a main bearing composed of rolling bearings. It is rotatably supported by 12.
  • the other end of the main shaft 11 is connected to the input shaft of the speed increasing machine 13.
  • the output shaft of the step-up gear 13 is coupled to the rotor of the generator 14.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a lubricating oil circulation system that supplies lubricating oil to the main bearing 12.
  • the lubricating oil circulation system of the present embodiment includes an oil tank 21, a main bearing lubricating oil pump 22, a cooler 23, and a bypass pipe 24.
  • the oil tank 21 is provided with a main bearing lubricating oil tank heater 25. As described later, the main bearing lubricating oil tank heater 25 is used to heat the lubricating oil in the oil tank 21.
  • the main bearing lubricating oil pump 22 sucks the lubricating oil in the oil tank 21 and supplies it to the main bearing 12 via the cooler 23 or the bypass pipe 24.
  • the cooler 23 is for cooling the lubricating oil when the temperature of the lubricating oil is high.
  • the outlet of the cooler 23 is connected to the lubricating oil inlet 12 a of the main bearing 12.
  • the bypass pipe 24 is for bypassing the lubricating oil when the temperature of the lubricating oil is not high.
  • the bypass pipe 24 is provided with a temperature operating valve 26 that opens when the lubricating oil is lower than a predetermined temperature, and the bypass pipe 24 bypasses the lubricating oil by the operation of the temperature operating valve 26.
  • a discharge pipe 27 for discharging the lubricating oil to the oil tank 21 is connected to the lubricating oil outlet 12 b of the main bearing 12.
  • the lubricating oil is drawn out of the oil tank 21 and supplied to the lubricating oil inlet 12a of the main bearing 12 via the cooler 23 or the bypass piping 24 and a discharge pipe from the lubricating oil outlet 12b 27 returns to the oil tank 21.
  • the oil tank 21 and the main bearing lubricating oil tank heater 25 may be shared with a lubricating oil circulation system that lubricates lubricating oil to devices other than the main bearing 12 (for example, the speed increasing gear 13).
  • the lubricating oil outlet 12 b of the main bearing 12 is provided at a position separated from the lowermost portion of the main bearing 12, and the main bearing 12 stores lubricating oil at its lower portion.
  • the lubricating oil reservoir 12c is configured to be formed. That is, even if the main bearing lubricating oil pump 22 does not operate, the main bearing 12 is configured to be lubricated to a certain extent by oil bath lubrication. As described later, such a structure of the main bearing 12 contributes to the optimization of the starting procedure of the wind turbine 1.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of a configuration of a control system of the wind turbine 1. Although only the part related to the present invention in the control system of the wind turbine 1 is illustrated in FIG. 4, actually, various other devices may be mounted on the wind turbine 1. Those skilled in the art will understand.
  • the control device 30 includes a main bearing lubricating oil pump 22, a main bearing lubricating oil tank heater 25, a pitch control mechanism 31, a hydraulic pump 32, a speed increasing machine lubricating oil pump 33, and a speed increasing machine The heater 34 is controlled.
  • the pitch control mechanism 31 is a mechanism that adjusts the pitch angle of the wind turbine blades 5 of the wind turbine rotor
  • the hydraulic pump 32 is a pump that supplies hydraulic pressure to the pitch control mechanism.
  • the control device 30 controls the pitch angle of the wind turbine blade 5 using the pitch control mechanism 31.
  • the speed increasing gear lubricating oil pump 33 is a pump for circulating the lubricating oil to the speed increasing gear 13.
  • the speed increasing gear heater 34 is provided at the lower portion of the speed increasing gear 13, and the lubricating oil in the speed increasing gear 13 It is a heater that heats The speed increasing machine heater 34 heats the lubricating oil that lubricates the speed increasing machine 13.
  • the main bearing 12 is provided with a main bearing temperature sensor 35, and the control device 30 monitors the temperature of the main bearing 12 using the main bearing temperature sensor 35.
  • the main bearing 12 is heated using the heat generated by the operation of the main bearing 12 itself.
  • the main bearing 12 generates heat due to the rotation loss of the inner ring and the rolling elements, and also generates heat when the oil seal for sealing the lubricating oil of the main bearing 12 slides on the main shaft 11.
  • the main shaft 11 is rotated at low speed during the start-up sequence of the wind turbine 1 to cause the main bearing 12 to generate heat, thereby heating the main bearing 12.
  • lubricating oil is accumulated in the lower part of the main bearing 12, and the main bearing 12 has a structure that allows lubrication by an oil bath to some extent. It is. If lubrication is performed by an oil bath, damage to the main bearing 12 due to oil shortage can be avoided as long as the main shaft 11 is rotated at low speed. The inventor has confirmed that an oil film can be formed by rotating the main shaft 11 at a low speed, even at a low temperature of -40.degree.
  • FIG. 5 is a table showing an example of the start-up procedure of the wind turbine 1.
  • the wind turbine 1 is completely stopped in a very cold environment (for example, -40 ° C.). That is, it is assumed that the main bearing lubricating oil pump 22, the hydraulic pump 32, and the speed increaser lubricating oil pump 33 are stopped, and the power supply to the main bearing lubricating oil tank heater 25 and the speed increasing machine heater 34 is stopped.
  • the lubricating oil in the oil tank 21 is completely cooled, and the temperature of the main bearing 12 also becomes very low.
  • the wind turbine blade 5 is set to the feather state (the angle of attack is minimum), and the wind turbine rotor is set to the idle state (the brake on the wind turbine rotor is released).
  • the operation of the hydraulic pump 32 and the speed increasing gear lubricating oil pump 33 is started.
  • the pitch control of the wind turbine blade 5 using the pitch control mechanism 31 can be performed.
  • the lubricating oil is kept at a desired temperature (for example, 10 ° C.) by using the main bearing lubricating oil tank heater 25 and the step-up gear heater 34.
  • the pitch control mechanism 31 shifts the pitch angle of the wind turbine blade 5 to a pitch angle that can receive a little wind energy from the feather state, and rotation of the wind turbine rotor is started.
  • the main shaft 11 rotates, and the temperature of the main bearing 12 rises due to the heat generation of the main bearing 12 itself.
  • the main bearing lubricant pump 22 is not activated even if the rotation of the wind turbine rotor is started.
  • the main bearing 12 is lubricated to some extent by the oil bath.
  • control is performed so that the number of revolutions of the main shaft 11 does not become too fast (for example, 1 to 5 rpm). This is to avoid a local rapid temperature rise, to reduce the risk of becoming out of control such as overspeed, and to avoid the risk of damage to the main bearing 12.
  • pitch control of the wind turbine blades 5 is performed, whereby the rotation speed of the wind turbine rotor, that is, the rotation speed of the main shaft 11 is controlled.
  • the generator 14 is set to no load (i.e., the generator torque is zero) while the wind turbine rotor is being rotated.
  • the generator torque does not have to be zero. Rather, it is also possible to control the number of revolutions of the main shaft 11 by actively controlling the generator torque.
  • the main shaft 11 and the wind turbine rotor may be rotated by causing the generator 14 to function as a motor.
  • the generator 14 is made to function as a motor, drive power is supplied from the electric power system, and control based on a motor drive command (torque, command value of rotational speed) is performed. Also, both generator torque control and pitch angle control may be performed.
  • the timing at which operation of the main bearing lubricating oil pump 22 is initiated is determined in response to the temperature of the main bearing 12 measured by the main bearing temperature sensor 35. For example, when the temperature of the main bearing 12 measured by the main bearing temperature sensor 35 exceeds a predetermined reference temperature, the operation of the main bearing lubricating oil pump 22 is started. Instead, operation of the main bearing lubricating oil pump 22 may be started when a predetermined waiting time has elapsed after the start of rotation of the wind turbine rotor. Even in this case, if the waiting time is set appropriately, the operation of the main bearing lubricating oil pump 22 can be started after the main bearing 12 is heated to an appropriate temperature.
  • a suitable temperature e.g. 10 ° C.
  • the main bearing 12 is heated without installing a large-capacity heater, and the problem of the drainage of lubricating oil from the main bearing 12 when starting the wind turbine 1 at low temperatures is avoided. be able to.
  • the main bearing lubricating oil pump 22 is operated at a low rotation speed to supply a small amount of lubricating oil to the main bearing 12 instead of stopping the main bearing lubricating oil pump 22 until the main bearing 12 is heated. You may In this case, it is not necessary to use the main bearing 12 having a structure capable of accumulating lubricating oil in the lower part and enabling oil bath lubrication (however, the main bearing 12 having a structure in which lubricating oil is accumulated at the lower part) is used May).
  • the flow rate of the lubricating oil supplied to the main bearing 12 before the main bearing 12 is heated is the flow rate of the lubricating oil supplied to the main bearing 12 after the standby state (that is, after the power generation operation is started) Flow rate) and adjusted so low that no lubricant leakage or damage to the main bearing lubricant pump 22 will occur.
  • the present invention relates to other rotating machines in which the heat capacity of the main bearing rotatably supporting the main shaft is large. Is also applicable.
  • the present invention is preferably applied to industrial machines such as, for example, shield machines, printing machines, and power generation turbines.

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Abstract

　主軸と、主軸を回転可能に支持する主軸受と、主軸受に潤滑油を循環させる主軸受潤滑油ポンプを備える回転機械の起動方法が提供される。当該起動方法は、主軸受潤滑油ポンプを稼働しない状態で、主軸を回転させて主軸受の温度を上昇させる工程と、主軸受の温度を上昇させる工程の後、主軸受潤滑油ポンプを稼働して主軸受への潤滑油の供給を開始する工程とを備えている。

Description

回転機械の起動方法、及び、風力発電装置の起動方法
　本発明は、回転機械の起動方法に関し、特に、寒冷環境に設置された回転機械、例えば、風力発電装置の起動方法に関する。
　再生可能エネルギーの利用促進の流れから風力発電装置は世界中に設置されるようになってきており、したがって、寒冷環境にも風力発電装置を設置することが求められるようになっている。
　寒冷環境に風力発電装置を設置する場合における検討事項の一つは、風力発電装置の運転が停止されたときに潤滑システムの潤滑油が冷却される点である。風力発電装置の運転が停止されて潤滑油が冷却されると、潤滑油の粘度が増大し、潤滑油の循環性が悪くなる。潤滑油の粘度が過度に増大すると、潤滑システムを構成する機器（例えば、潤滑油ポンプ等）や配管に負担がかかり、機器の故障や潤滑油の漏れの原因になり得る。このような問題は、特に、極寒環境にある風力発電装置を起動させる場合に特に深刻である。
　このような問題に対処するために、寒冷環境に設置される風力発電装置には、一般に、潤滑油を加熱するヒーターが設けられる。風力発電装置の起動時には、ヒーターによって潤滑油を加熱してから潤滑油ポンプが稼動され、潤滑システムが起動される。例えば、米国特許出願公報ＵＳ２００９／０１９１０６０Ａ１は、増速機から潤滑油ポンプに潤滑油を排出する排出管にヒーターを設けることにより、潤滑油ポンプの損傷を回避する技術を開示している。
　しかしながら、発明者の検討によれば、主軸受のような熱容量が大きく潤滑油との接触面積が大きい部品については、加熱した潤滑油を供給する手法は必ずしも適切ではない。風力発電装置の運転が停止されると、主軸受も冷却される。冷却された主軸受に加熱した潤滑油が供給されると、潤滑油が瞬時に冷却されて潤滑油の粘度が上昇し、潤滑油の排出性が悪くなる。主軸受から排出可能な量の潤滑油よりも多い潤滑油が主軸受に供給されると、潤滑油の漏れが発生する可能性も生じる。
　このような問題を回避するための一つの手法としては、主軸受を加熱するヒーターを設けることも考えられる。しかしながら、ヒーターを設ける手法においては、風力発電装置の主軸受の熱容量が大きく、また、熱容量が大きなナセル台板への熱伝達が避けられないことが問題になる。ヒーターによって主軸受を必要温度まで加熱するには、加熱容量が莫大なヒーターを取り付ける必要があり、また、莫大な加熱時間が必要になる。このような状況においては、主軸受をヒーターによって加熱することが現実的でない場合も起こりえる。上述の問題は、熱容量が大きい軸受を有する他の回転機械（例えば、シールド機、印刷機械、発電用タービン等の産業機械）にも当てはまる。
米国特許出願公報ＵＳ２００９／０１９１０６０Ａ１
　したがって、本発明の目的は、寒冷環境に設置される回転機械、例えば、風力発電装置において、主軸受による冷却による潤滑油の排出性の低下の問題に対処するための起動方法を提供することにある。
　本発明の一の観点では、主軸と、主軸を回転可能に支持する主軸受と、主軸受に潤滑油を循環させる主軸受潤滑油ポンプを備える回転機械の起動方法が提供される。当該起動方法は、主軸受潤滑油ポンプを稼働しない状態で、主軸を回転させて主軸受の温度を上昇させる工程と、主軸受の温度を上昇させる工程の後、主軸受潤滑油ポンプを稼働して主軸受への潤滑油の供給を開始する工程とを備えている。
　主軸受の温度を上昇させる工程においては、主軸の回転数が制御されることが好ましい。また、主軸を回転させて主軸受の温度を上昇させる際に、主軸受が油浴によって潤滑が行われることが好ましい。
　一実施形態では、主軸受の温度を上昇させる工程において主軸受の温度が温度センサーを用いて測定され、温度センサーによって測定された温度に応答して主軸受潤滑油ポンプが稼働される。
　本発明の他の観点では、主軸と、主軸を回転可能に支持する主軸受と、主軸受に潤滑油を循環させる主軸受潤滑油ポンプを備える回転機械の起動方法であって、主軸受潤滑油ポンプによって第１流量の潤滑油を主軸受に供給した状態で、主軸を回転させて主軸受の温度を上昇させる工程と、主軸受の温度を上昇させる工程の後、主軸受潤滑油ポンプによって第１流量より大きい第２流量の潤滑油を主軸受に供給する工程とを備えている。
　本発明の更に他の観点では、風車ロータに接続された主軸と、主軸を回転可能に支持する主軸受と、主軸受に潤滑油を循環させる主軸受潤滑油ポンプを備える風力発電装置の起動方法が提供される。当該起動方法は、主軸受潤滑油ポンプを稼働しない状態で、主軸を回転させて主軸受の温度を上昇させる工程と、主軸受の温度を上昇させる工程の後、主軸受潤滑油ポンプを稼働して主軸受への潤滑油の供給を開始する工程とを備えている。
　主軸受の温度を上昇させる工程においては、主軸の回転数が制御されることが好ましい。主軸の回転数の制御は、風車ロータの風車翼のピッチ角を制御することによって行われてもよく、主軸によって駆動される発電機の発電機トルクの制御によって主軸の回転数が制御されてもよい。
　主軸を回転させて主軸受の温度を上昇させる際に、主軸受が油浴によって潤滑が行われることが好ましい。
　一実施形態では、主軸受の温度を上昇させる工程において主軸受の温度が温度センサーを用いて測定され、温度センサーによって測定された温度に応答して主軸受潤滑油ポンプが稼働される。
　当該風力発電装置の起動方法では、主軸受への潤滑油の供給が開始された後、風力発電装置による発電が開始される。
　本発明の更に他の観点では、風力発電装置の起動方法が、主軸受潤滑油ポンプによって第１流量の潤滑油を主軸受に供給した状態で、主軸を回転させて主軸受の温度を上昇させる工程と、主軸受の温度を上昇させる工程の後、主軸受潤滑油ポンプによって第１流量より大きい第２流量の潤滑油を主軸受に供給する工程とを備えている。
　本発明によれば、寒冷環境に設置される回転機械、特に、風力発電装置について、主軸受による冷却による潤滑油の排出性の低下の問題に対処可能な起動方法を提供することができる。
本発明の一実施形態の風力発電装置の構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態におけるナセルの内部構造を示す上面図である。 本発明の一実施形態における主軸受に潤滑油を供給する潤滑油循環系の構成の例を示す概念図である。 本発明の一実施形態における風力発電装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における風力発電装置の起動手順を示す表である。
　図１は、本発明の一実施形態における風力発電装置１の構成を示す側面図である。風力発電装置１は、基礎６に立接されるタワー２と、タワー２の上端に設置されるナセル３と、ナセル３に対して回転可能に取り付けられたロータヘッド４と、ロータヘッド４に取り付けられる風車翼５とを備えている。ロータヘッド４と風車翼５とにより、風車ロータが構成されている。
　図２に図示されているように、ロータヘッド４には風車ロータから動力を増速機１３に伝達する主軸１１の一端が結合されており、その主軸１１は、転がり軸受で構成される主軸受１２によって回転可能に支持されている。主軸１１の他端は、増速機１３の入力軸に連結されている。増速機１３の出力軸は、発電機１４のロータに結合されている。風力によってロータヘッド４が回転すると、その回転が増速機１３によって増速されて発電機１４のロータに伝達され、発電機１４が駆動される。これにより、発電機１４から電力が得られる。
　図３は、主軸受１２に潤滑油を供給する潤滑油循環系の構成を示すブロック図である。本実施形態の潤滑油循環系は、油タンク２１と、主軸受潤滑油ポンプ２２と、クーラー２３と、バイパス配管２４とを備えている。油タンク２１には、主軸受潤滑油タンクヒーター２５が設けられる。後述されるように、主軸受潤滑油タンクヒーター２５は、油タンク２１内の潤滑油を加熱するために使用される。主軸受潤滑油ポンプ２２は、油タンク２１内の潤滑油を吸出し、クーラー２３又はバイパス配管２４を介して主軸受１２に供給する。クーラー２３は、潤滑油の温度が高い場合に潤滑油を冷却するためのものである。クーラー２３の出口は、主軸受１２の潤滑油入口１２ａに接続されている。バイパス配管２４は、潤滑油の温度が高くない場合に潤滑油をバイパスするためのものである。バイパス配管２４には、潤滑油が所定温度よりも低い場合に開く温度作動バルブ２６が設けられており、バイパス配管２４は、温度作動バルブ２６の動作により潤滑油をバイパスする。主軸受１２の潤滑油出口１２ｂには、潤滑油を油タンク２１に排出する排出管２７が接続されている。主軸受潤滑油ポンプ２２が稼動すると、潤滑油は、油タンク２１から吸い出されてクーラー２３又はバイパス配管２４を介して主軸受１２の潤滑油入口１２ａに供給され、潤滑油出口１２ｂから排出管２７を介して油タンク２１に戻る。なお、油タンク２１及び主軸受潤滑油タンクヒーター２５は、主軸受１２以外の機器（例えば、増速機１３）に潤滑油を潤滑させる潤滑油循環系と共用されてもよい。
　本実施形態では、図３に図示されているように、主軸受１２の潤滑油出口１２ｂが主軸受１２の最下部から離れた位置に設けられ、主軸受１２は、その下部に潤滑油を貯める潤滑油溜１２ｃが形成されるように構成されている。即ち、主軸受１２は、主軸受潤滑油ポンプ２２が動作しない状態でも、ある程度は油浴潤滑によって潤滑されるように構成されている。後述のように、このような主軸受１２の構造は、風力発電装置１の起動手順の好適化に寄与している。
　図４は、風力発電装置１の制御系の構成の例を示すブロック図である。図４には、風力発電装置１の制御系のうち、本発明に関連する部分のみが図示されているが、実際には、他の様々な機器が風力発電装置１に搭載されることは、当業者には理解されよう。本実施形態では、制御装置３０が、主軸受潤滑油ポンプ２２と、主軸受潤滑油タンクヒーター２５と、ピッチ制御機構３１と、油圧ポンプ３２と、増速機潤滑油ポンプ３３と、増速機ヒーター３４とを制御する。ここで、ピッチ制御機構３１は、風車ロータの風車翼５のピッチ角を調節する機構であり、油圧ポンプ３２は、ピッチ制御機構に油圧を供給するポンプである。制御装置３０は、ピッチ制御機構３１を用いて風車翼５のピッチ角を制御する。また、増速機潤滑油ポンプ３３は、増速機１３に潤滑油を循環させるポンプであり、増速機ヒーター３４は、増速機１３の下部に設けられ、増速機１３内の潤滑油を加熱するヒーターである。増速機ヒーター３４により、増速機１３を潤滑する潤滑油が加熱される。
　加えて、主軸受１２には主軸受温度センサー３５が設けられており、制御装置３０は、主軸受温度センサー３５を用いて主軸受１２の温度を監視する。
　続いて、本実施形態の風力発電装置１の起動手順の概要について説明する。
　本実施形態の風力発電装置１の起動手順において重要な点の一つは、主軸受１２自身の動作による発熱を用いて、主軸受１２を加熱する点である。主軸受１２は、内輪及び転動体の回転ロスによって発熱するのに加え、主軸受１２の潤滑油を密封するオイルシールが主軸１１と摺動することによっても発熱する。本実施形態では、風力発電装置１の起動シーケンスの実行中に主軸１１を低速で回転させて主軸受１２に発熱を起こさせ、これにより、主軸受１２を加熱する。主軸受１２の温度が十分に上昇した後で主軸受潤滑油ポンプ２２を動作させることにより、潤滑油が主軸受１２によって冷却されて粘度が上昇することによる排出性の低下の問題を解消することができる。
　このような起動手順を行う上では、上述されているように、主軸受１２の下部に潤滑油が蓄積され、主軸受１２が油浴による潤滑がある程度可能な構造を有していることが有用である。油浴によって潤滑を行えば、低速で主軸１１を回転させる限りは主軸受１２が油切れによって損傷することを避けることができる。発明者は、－４０℃の低温であっても、低速で主軸１１を回転させれば油膜が形成可能であることを確認している。
　以下、本実施形態の風力発電装置１の起動手順を詳細に説明する。図５は、風力発電装置１の起動手順の一例を示す表である。初期状態では、極寒環境下（例えば、－４０℃）で風力発電装置１が完全に停止されているとする。即ち、主軸受潤滑油ポンプ２２、油圧ポンプ３２及び増速機潤滑油ポンプ３３が停止され、主軸受潤滑油タンクヒーター２５及び増速機ヒーター３４への給電が停止されているとする。このような状態では、油タンク２１の内部の潤滑油が完全に冷却され、また、主軸受１２の温度も非常に低くなる。このとき、風車翼５がフェザー状態（迎角が最小の状態）に設定され、また、風車ロータは遊転状態（風車ロータのブレーキが解除された状態）に設定される。
　例えば、運転スイッチが手動でオンされることによって起動シーケンスが開始されると補機に内蔵されている各種ヒーターへの給電が開始される。このとき、主軸受潤滑油タンクヒーター２５及び増速機ヒーター３４への給電も開始される。これにより、油タンク２１及び増速機１３の内部の潤滑油への加熱が開始される。
　増速機１３の潤滑油と油圧ポンプ３２内部の潤滑油が十分に加熱された後、油圧ポンプ３２及び増速機潤滑油ポンプ３３の稼働が開始される。油圧ポンプ３２が稼働されることにより、ピッチ制御機構３１を用いた風車翼５のピッチ制御が可能な状態になる。このとき、潤滑油は、主軸受潤滑油タンクヒーター２５及び増速機ヒーター３４を用いて所望の温度（例えば、１０℃）に保温される。
　続いて、ピッチ制御機構３１により、風車翼５のピッチ角がフェザー状態から風力エネルギーを少し受けることができるピッチ角に移行され、風車ロータの回転が開始される。風車ロータが回転すると主軸１１が回転し、主軸受１２自身の発熱により、主軸受１２の温度が上昇する。ここで、風車ロータの回転が開始されても、主軸受潤滑油ポンプ２２は起動されないことに留意されたい。上述のように、主軸受潤滑油ポンプ２２が稼働されなくても、主軸受１２は油浴によってある程度は潤滑がなされる。
　このとき、主軸１１の回転数が速くなりすぎないように（例えば１～５ｒｐｍに）制御される。これは、局所的な急激な温度上昇を避け、オーバースピード等の制御不能になるリスクを低減し、また、主軸受１２の損傷のリスクを避けるためである。具体的には、風車翼５のピッチ制御が行われ、これにより、風車ロータの回転数、即ち、主軸１１の回転数が制御される。
　一実施形態では、風車ロータが回転されている間、発電機１４は無負荷状態（即ち、発電機トルクが０の状態）に設定される。ただし、発電機トルクは、０である必要は必ずしもない。むしろ、発電機トルクを積極的に制御することによって主軸１１の回転数を制御することも可能である。この場合、発電機１４を電動機として機能させることによって主軸１１及び風車ロータを回転させてもよい。発電機１４を電動機として機能させる場合には、電力系統から駆動電力が供給され、モータ駆動指令（トルク、回転数の指令値）に基づく制御が行われる。また、発電機トルクの制御とピッチ角の制御の両方が行われてもよい。
　主軸受１２が適切な温度（例えば、１０℃）まで加熱されると、主軸受潤滑油ポンプ２２の稼働が開始される。これにより、風力発電装置１は、発電開始が可能なスタンバイ状態になる。一実施形態では、主軸受潤滑油ポンプ２２の稼働が開始されるタイミングが、主軸受温度センサー３５によって計測された主軸受１２の温度に応答して決定される。例えば、主軸受温度センサー３５によって計測された主軸受１２の温度が所定の基準温度を超えたときに主軸受潤滑油ポンプ２２の稼働が開始される。その代わりに、風車ロータの回転が開始された後所定の待ち時間が経過した時点で主軸受潤滑油ポンプ２２の稼働が開始されてもよい。この場合でも、待ち時間を適切に設定すれば、主軸受１２が適切な温度まで加熱された後に主軸受潤滑油ポンプ２２の稼働を開始することができる。
　その後、主軸受潤滑油ポンプ２２の稼働を開始した後、風力発電装置１による発電が開始される。
　以上の起動手順によれば、大容量のヒーターを設置することなく主軸受１２を加熱し、低温時に風力発電装置１を起動する際の主軸受１２からの潤滑油の排出性の問題を回避することができる。
　上述の起動手順において、主軸受１２が加熱されるまで主軸受潤滑油ポンプ２２を停止させるのではなく、主軸受潤滑油ポンプ２２を低回転で稼動し、少量の潤滑油を主軸受１２に供給してもよい。この場合には、下部に潤滑油を蓄積し、油浴による潤滑が可能な構造を有する主軸受１２を使用する必要はない（ただし、下部に潤滑油を蓄積する構造の主軸受１２が使用されてもよい）。主軸受１２が加熱されるまでに主軸受１２に供給される潤滑油の流量は、スタンバイ状態になった後で主軸受１２に供給される潤滑油の流量（即ち、発電運転が開始された後の流量）よりも少なくされ、潤滑油の漏れや主軸受潤滑油ポンプ２２の損傷が起こらない程度に低く調節される。
　また、以上には、本発明が風力発電装置に適用されている実施形態が記載されているが、本発明は、主軸を回転可能に支持する主軸受の熱容量が大きいような他の回転機械にも適用可能である。本発明は、例えば、シールド機、印刷機械、発電用タービン等の産業機械に適用されることが好適である。

Claims (15)

  1. 　主軸と、
    　前記主軸を回転可能に支持する主軸受と、前記主軸受に潤滑油を循環させる主軸受潤滑油ポンプを備える回転機械の起動方法であって、
    　前記主軸受潤滑油ポンプを稼働しない状態で、前記主軸を回転させて前記主軸受の温度を上昇させる工程と、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程の後、前記主軸受潤滑油ポンプを稼働して前記主軸受への潤滑油の供給を開始する工程
    とを備える
    　回転機械の起動方法。
  2. 　請求項１に記載の起動方法であって、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程において前記主軸の回転数が制御される
    　回転機械の起動方法。
  3. 　請求項１に記載の起動方法であって、
    　前記主軸を回転させて前記主軸受の温度を上昇させる際に、前記主軸受が油浴によって潤滑が行われる
    　回転機械の起動方法。
  4. 　請求項１に記載の起動方法であって、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程において前記主軸受の温度が温度センサーを用いて測定され、前記温度センサーによって測定された温度に応答して前記主軸受潤滑油ポンプが稼働される
    　回転機械の起動方法。
  5. 　主軸と、前記主軸を回転可能に支持する主軸受と、前記主軸受に潤滑油を循環させる主軸受潤滑油ポンプを備える回転機械の起動方法であって、
    　前記主軸受潤滑油ポンプによって第１流量の潤滑油を前記主軸受に供給した状態で、前記主軸を回転させて前記主軸受の温度を上昇させる工程と、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程の後、前記主軸受潤滑油ポンプによって前記第１流量より大きい第２流量の潤滑油を前記主軸受に供給する工程
    とを備える
    　回転機械の起動方法。
  6. 　請求項１に記載の起動方法であって、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程において前記主軸の回転数が制御される
    　回転機械の起動方法。
  7. 　風車ロータに接続された主軸と、前記主軸を回転可能に支持する主軸受と、前記主軸受に潤滑油を循環させる主軸受潤滑油ポンプを備える風力発電装置の起動方法であって、
    　前記主軸受潤滑油ポンプを稼働しない状態で、前記主軸を回転させて前記主軸受の温度を上昇させる工程と、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程の後、前記主軸受潤滑油ポンプを稼働して前記主軸受への潤滑油の供給を開始する工程
    とを備える
    　風力発電装置の起動方法。
  8. 　請求項７に記載の起動方法であって、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程において前記主軸の回転数が制御される
    　風力発電装置の起動方法。
  9. 　請求項８に記載の起動方法であって、
    　前記主軸の回転数の制御が、前記風車ロータの風車翼のピッチ角を制御することによって行われる
    　風力発電装置の起動方法。
  10. 　請求項８に記載の起動方法であって、
    　前記主軸によって駆動される発電機の発電機トルクの制御によって前記主軸の回転数が制御される
    　風力発電装置の起動方法。
  11. 　請求項７に記載の起動方法であって、
    　前記主軸を回転させて前記主軸受の温度を上昇させる際に、前記主軸受が油浴によって潤滑が行われる
    　風力発電装置の起動方法。
  12. 　請求項７に記載の起動方法であって、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程において前記主軸受の温度が温度センサーを用いて測定され、前記温度センサーによって測定された温度に応答して前記主軸受潤滑油ポンプが稼働される
    　風力発電装置の起動方法。
  13. 　請求項７乃至１２のいずれかに記載の起動方法であって、
    　前記主軸受への潤滑油の供給が開始された後、前記風力発電装置による発電が開始される
    　風力発電装置の起動方法。
  14. 　風車ロータに接続された主軸と、前記主軸を回転可能に支持する主軸受と、前記主軸受に潤滑油を循環させる主軸受潤滑油ポンプを備える風力発電装置の起動方法であって、
    　前記主軸受潤滑油ポンプによって第１流量の潤滑油を前記主軸受に供給した状態で、前記主軸を回転させて前記主軸受の温度を上昇させる工程と、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程の後、前記主軸受潤滑油ポンプによって前記第１流量より大きい第２流量の潤滑油を前記主軸受に供給する工程
    とを備える
    　風力発電装置の起動方法。
  15. 　請求項１４に記載の起動方法であって、
    　前記主軸受の温度を上昇させる工程において前記主軸の回転数が制御される
    　風力発電装置の起動方法。
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