阅读说明：本技术 集成风力涡轮机动力传动系润滑系统 (Integrated wind turbine power train lubrication system ) 是由 K·E·彼得森 于 2019-01-11 设计创作，主要内容包括：提供了一种用于风力涡轮机(100)的动力传动系部件(21,22,23),该动力传动系部件包括具有至少一个旋转部分(49)的动力传动系部件壳体(20)和用于润滑旋转部分(49)的干式油底壳5润滑系统。该润滑系统包括干式油底壳润滑剂箱(51,52,53)和用于将润滑剂从箱(51,52,53)朝向润滑剂释放点泵送的泵(60),润滑剂释放点设置在旋转部分(49)的至少一部分上方的水平处,用于从箱(51,52,53)接收润滑剂并且允许润滑剂润滑旋转部分(49)。10箱(51,52,53)在至少一个旋转部分(49)下方的水平处集成在动力传动系部件壳体(20)中或直接附接到动力传动系部件壳体(20)。(A drivetrain component (21, 22, 23) for a wind turbine (100) is provided, comprising a drivetrain component housing (20) with at least one rotating part (49) and a dry sump 5 lubrication system for lubricating the rotating part (49). The lubrication system comprises a dry sump lubricant tank (51, 52, 53) and a pump (60) for pumping lubricant from the tank (51, 52, 53) towards a lubricant release point, which is arranged at a level above at least a part of the rotating portion (49), for receiving lubricant from the tank (51, 52, 53) and allowing the lubricant to lubricate the rotating portion (49). The 10 boxes (51, 52, 53) are integrated in the powertrain component housing (20) at a level below the at least one rotating portion (49) or directly attached to the powertrain component housing (20).)

集成风力涡轮机动力传动系润滑系统

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的动力传动系部件，该动力传动系部件包括具有至少一个旋转部分的动力传动系部件壳体和用于润滑该旋转部分的干式油底壳润滑系统。干式油底壳润滑系统包括干式油底壳润滑剂箱、润滑剂释放点和泵。该箱设置成用于容纳润滑剂，并且设置在至少一个旋转部分下方的水平处。润滑剂释放点设置在旋转部分的至少一部分上方的水平处，用于从箱接收润滑剂并允许润滑剂润滑旋转部分。泵被设置成用于至少在风力涡轮机的发电模式中将润滑剂从箱朝向润滑剂释放点泵送。

背景技术

风力涡轮机使用大型转子叶片将风能转换成电力，该大型转子叶片使转子轮毂以取决于风速、风力涡轮机设计及其当前构造(叶片桨距、偏航角、发电机扭矩)的速度旋转。动力传动系将转子轮毂的旋转传递到发电机的输入处的旋转。发电机的最佳输入速度显著高于转子叶片的通常和最大旋转速度。动力传动系通常包括齿轮箱，该齿轮箱用于将旋转速度从齿轮箱输入处的低速转子增加到齿轮箱输出处的较高速度的发电机。除了齿轮箱和发电机之外，动力传动系通常包括一个或多个主轴承，该一个或多个主轴承支撑转子轮毂并促进其旋转。

普通的齿轮箱比为大约90:1，其中在输入处的转子通常以高达20rpm的速度旋转，并且对于发电机来说输出为对应的1800rpm。通常，齿轮箱包括三个连续级。在输入处，提供了非常适合于处理来自转子的高扭矩的行星级。然后，行星级之后是两个连续的并行级，该并行级具有使旋转进一步加速的齿轮组。替代地，第二级也使用行星齿轮组，并且仅第三级是并行级。一些风力涡轮机可使用低齿轮箱比，例如大约30:1，而无需典型齿轮箱中的最高速度级。

关键动力传动系部件的润滑对于确保它们的功能是重要的。通常，目前采用两种类型的润滑系统。在湿式油底壳润滑系统中，润滑剂容纳在动力传动系部件本身中，并且旋转部分在它们通过润滑剂旋转时被润滑。在干式油底壳润滑系统中，干式油底壳润滑剂箱设置在至少一个旋转部分下方的水平处，并且泵用于将润滑剂泵送到润滑剂释放点。干式油底壳润滑系统具有优于湿式油底壳系统的一些重要优点，例如改进的油温控制和旋转部分中的减小的机械阻力。

例如，具有干式油底壳润滑系统的已知的风力涡轮机齿轮箱使用外部润滑剂箱和电驱动泵以在操作期间将润滑剂泵送到齿轮箱中。润滑剂通常是某种类型的油，但是其他类型的流体同样可以适用于润滑旋转的齿轮箱部分。外部润滑剂箱设置在齿轮箱下方的水平处。在所有目前的干式油底壳润滑系统中，润滑剂箱是单独的贮存器，该润滑剂箱经由管道或软管流体地连接到齿轮箱排放装置。在操作中，润滑剂从润滑剂箱泵送到齿轮箱上方的水平。重力将润滑剂拉动穿过齿轮箱及其旋转元件，回到润滑剂箱。可以为润滑系统增加过滤器系统，以确保润滑剂保持清洁而没有污垢。在电网故障的情况下，不能向润滑剂泵提供电力。对于这种紧急情况，在齿轮箱上方的水平处设置第二润滑剂箱。在电网故障的情况下，来自该第二箱的润滑剂用于充满齿轮箱，并且齿轮箱润滑系统将暂时在湿式油底壳构造中运行。当恢复正常操作时，过量的润滑剂从齿轮箱释放并且再次被向上泵送到第二箱。

公开号为US 2013/0343888的美国专利申请公开了一种风力涡轮机齿轮箱，该风力涡轮机齿轮箱具有用于向齿轮箱中的轴承和齿轮提供润滑剂的电子可控泵。润滑剂系统还包括填充有要被泵送到齿轮箱中的润滑剂的油底壳。该专利申请描述了一种在干式油底壳或湿式油底壳模式中操作润滑系统的可能性。在湿式油底壳模式中，齿轮系统充满润滑剂并且齿轮通过润滑剂旋转。在这种构造中，齿轮箱形成其自身的润滑箱。当转到干式油底壳模式时，润滑剂被抽出齿轮系统并被存储在外部箱中。齿轮箱中的旋转元件于是可以自由地运行，而不必通过润滑剂拖曳。这具有的优点是，由于润滑过程而发生较少的摩擦，从而减少了在齿轮系统中引入的损失并提高了其效率。

不仅齿轮箱，而且其他动力传动系元件，通常是主轴承和发电机，都需要润滑。随着风力涡轮机每年变得越来越大且越来越复杂的趋势，非常需要更紧凑且坚固的设计以及用于减少风力涡轮机中的部件数量而不限制风力涡轮机的性能、功率输出和可靠性的驱动器。因此，本发明的目的是在至少一个上述方面改进风力涡轮机动力传动系润滑系统的设计。

发明内容

根据本发明，通过提供一种用于风力涡轮机的动力传动系部件来实现该目的，该动力传动系部件具有动力传动系部件壳体、至少一个旋转部分和用于润滑该旋转部分的干式油底壳润滑系统。该润滑系统包括用于容纳润滑剂的干式油底壳润滑剂箱。所述箱在至少一个旋转部分下方的水平处集成在动力传动系部件壳体中或直接附接到动力传动系部件壳体。泵设置成用于将润滑剂从箱朝向润滑剂释放点泵送，该润滑剂释放点设置在旋转部分的至少一部分上方的水平处，用于从箱接收润滑剂并且允许润滑剂润滑旋转部分。

利用根据本发明的润滑系统，不需要在舱室中容纳单独的干式油底壳润滑剂箱，并且必须提供较少的管道或软管以允许润滑剂从动力传动系部件流回到润滑剂箱。因此，这种解决方案将导致减少的部件数量、更低的成本、更紧凑的设计和更少的可能故障点。除此之外，将齿轮箱和润滑剂箱组合在单个单元中使得可以将泵设置在箱中或非常接近箱，例如在动力传动系部件的壳体内部。这将再次允许具有更少和更短的软管的更紧凑的设计，以用于将润滑剂从箱输送到润滑剂释放点。

箱集成在动力传动系部件中的仅一个中或直接附接到动力传动系部件中的仅一个，或者不同的动力传动系部件均可具有它们自己的专用箱。当使用多个箱时，它们可以流体地连接，使得不是每个箱都需要其自己的泵。

应当注意的是，这里的“箱”意味着其是这样的主贮存器，该主贮存器容纳较大部分的当前并不润滑旋转部分的润滑剂，并且泵从该主贮存器向上泵送将被引导到润滑剂释放点的润滑剂。例如，在齿轮箱壳体的底部中的小油底壳不能被认为是如本文所要求保护的干式油底壳润滑剂箱，在管道和软管将润滑剂带到主箱之前，润滑剂被收集在该小油底壳处。

泵可以是标准电动泵或机械泵，该泵可操作地连接到旋转部分以便由此被机械地驱动，以便至少在风力涡轮机的发电模式中，将润滑剂从箱朝向润滑剂释放点泵送。

应当注意，除了电驱动泵之外，已知的是还提供辅助的机械驱动外部泵。这种辅助泵的目的是当风力涡轮机空转并且不产生任何电力来操作在正常操作期间使用的电驱动润滑剂泵时向齿轮箱提供润滑剂。然而，之前没有考虑在风力涡轮机的正常操作期间使用机械泵。

根据本发明，当风力涡轮机在正常操作模式中输送电力时，机械泵还用于润滑动力传动系部件的旋转部分。因此，不需要电动泵，这确实进一步简化了设计并降低了成本。只要齿轮箱中的部件旋转，机械泵就继续泵送润滑剂。此外，电驱动泵消耗功率，而机械驱动泵在空转期间无偿操作。在涡轮机的寿命期间，这总计相当多的节省的能量和金钱。

可选地，可以提供辅助的相对小且较低容量的电动泵，用于在风力涡轮机的转子停止时润滑动力传动系部件的旋转部分。

箱可以集成在动力传动系部件壳体中。在此“集成”是指箱的壳体与齿轮箱的壳体一体地形成。这可以例如通过将壳体进一步向下延伸到动力传动系部件的齿轮和其他旋转部分的最低水平下方来实现。箱和齿轮箱壳体可以形成为单个件，或者箱可以例如通过焊接永久地固定到齿轮箱。在此，“在…下方的水平处”是指在正常操作中，箱中的润滑剂水平低于所述旋转部分。壳体的部分或箱的位于润滑剂水平上方的其他部分仍可处于较高的水平。因此，“箱的水平”应被解释为正常使用中的最大润滑剂水平。当用润滑剂填充箱达到适当的水平时，可以避免润滑剂溅回到齿轮和轴承中，例如在有风条件下在塔架移动期间。挡板可以在润滑剂流入箱中的那些位置处添加到箱的内壁，例如，刚好在级排放装置(stagedrain)上方，在该级排放装置处来自相邻齿轮箱级的润滑剂被释放到箱中，或者刚好在开口上方，在该开口处来自不同动力传动系部件的箱的润滑剂进入壳体。

尽管将箱完全地集成到动力传动系部件中可以导致最紧凑的设计和最少量的单独部件，但是这可能使动力传动系部件的组装和在可能的故障时特定部件的更换复杂化。因此，在根据本发明的动力传动系部件的实施方式中，箱直接附接到动力传动系部件壳体。例如，箱可以螺栓连接到动力传动系部件壳体的底部上、螺栓连接到其侧壁的下部分或螺栓连接到动力传动系部件壳体处的特别地为此目的而设置的一些安装结构。

当单独的润滑剂箱直接附接到动力传动系部件壳体时，动力传动系部件可以包括单元排放装置(unit drain)。单元排放装置设置在动力传动系部件壳体中，位于润滑剂释放点下方和旋转部分的至少一部分下方的水平处，并且与箱直接流体连通，以允许润滑剂从动力传动系部件流入箱中。

在此上下文中，“直接流体连通”意味着不需要在动力传动系部件和箱壳体外部延伸的任何软管，优选地根本不需要任何软管。润滑剂流动穿过单元排放装置并直接落入到附接到单元排放装置的箱中。

如上面关于现有技术所讨论的，大多数风力涡轮机齿轮箱包括多个齿轮箱级。完全集成的润滑剂箱将必须集成在齿轮箱级中的一个中，但是级排放装置可以允许润滑剂从其他级流入箱中。这种级排放装置优选地设置在齿轮箱的内壁中，但是也可以包括通向润滑剂箱的外部导管(例如软管或管道)。替代地，其他级可具有它们自己专用的润滑剂箱，但然后还可需要另外的泵来将润滑剂从该箱泵送至相应齿轮箱级的润滑剂释放点。

作为另一选择，箱可以附接到齿轮箱级中的第一齿轮箱级的底部部分和第二齿轮箱级的底部部分。在类似的结果下，箱可以例如附接到齿轮箱壳体侧壁的下部分，其中润滑剂水平至少在正常操作中保持在齿轮箱壳体下方。当箱直接附接到两个齿轮箱级时，每个级可以具有直接通向箱的齿轮箱排放装置。在此上下文中，术语“第一”和“第二”仅用于标识相应的各个齿轮箱级，并且与在齿轮箱中的它们的相对位置没有关系。第一齿轮箱级可以或可以不比第二齿轮箱级定位成更靠近齿轮箱输入轴，并且可以在两个齿轮箱级之间设置附加的齿轮箱级。

应当理解，本发明第一方面的优选和/或可选特征可以与本发明的其他方面组合。本发明在其各个方面在以下独立权利要求中限定，并且有利特征在以下从属权利要求中限定。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将参考以下附图描述本发明的一些实施方式，其中：

图1示意性地示出了本发明可以有利地用于其中的风力涡轮机。

图2示意性地示出了使用本发明的风力涡轮机的舱室。

图3示意性地示出了根据本发明的三级风力涡轮机齿轮箱的侧视图。

图4示出了图3的齿轮箱的横截面。

图5示出了图3的齿轮箱的后端视图

具体实施方式

图1示意性地示出了本发明可以有利地用于其中的风力涡轮机100。风力涡轮机100包括塔架10，在塔架顶部上具有舱室20，该舱室包括风力涡轮机100的许多功能部件。转子轮毂30可旋转地安装到舱室20的前端，并承载多个转子叶片40。这里所示的风力涡轮机100包括三个转子叶片40，但是具有更多或更少转子叶片40的风力涡轮机也是可能的。

图2示意性地示出了使用本发明的风力涡轮机100的舱室20。在操作中，风使转子叶片40和转子轮毂30旋转。由舱室20包围的动力传动系将转子轮毂30的旋转转换成电力。电力电缆(未示出)从动力传动系向下穿过塔架10延伸到地面，在地面处可以使用电力、将电力存储在电池中或将电力传输到电网。该风力涡轮机100的动力传动系包括主轴承21，该主轴承21设置成用于支撑转子轮毂30并促进其旋转。与转子轮毂30一起旋转的输出轴24形成随后的齿轮箱22的输入。在齿轮箱22中，低速转子轮毂30在齿轮箱输入处的旋转速度被转换成发电机23在齿轮箱输出处的更高的旋转速度。发电机23将齿轮箱输出轴25的旋转动力转变成有用的电力，然后该电力可通过风力涡轮机塔架10向下输送。

关键动力传动系部件的润滑对于确保它们的功能是重要的。在本发明所使用的干式油底壳润滑系统中，润滑剂箱51、52、53设置在相应动力传动系部件的旋转部分下方的水平处，并且泵60用于将润滑剂泵送至相应的润滑剂释放点。在该示例性实施方式中，泵60设置在主轴承的箱51中。齿轮箱箱52和发电机箱53均可体现为它们自己的泵(未示出)，或经由为此目的设置的管道或软管(未示出)从主轴承箱51中的泵60接收它们的润滑剂。如果仅使用一个泵60，则不同动力传动系部件的箱51、52、53也应当经由软管或管道(未示出)流体地连接。在这种情况下，优选的是使泵60位于最下面定位的箱51中，使得来自其他箱52、53的润滑剂将仅通过重力被引导到那里。

润滑剂箱51、52、53可以完全地集成在动力传动系部件的壳体中或直接附接到壳体的底部。在完全集成的箱51、52、53的情况下，润滑剂可以向下流动穿过被润滑的部件并且直接下落到箱51、52、53中，可选地，添加一些流动引导特征以用于引导润滑剂流动并且避免来自箱51、52、53的润滑剂溅起到动力传动系部件的功能部件中。

或者，润滑剂箱51、52、53直接附接到动力传动系部件壳体的底部。在这种构造中，优选地在动力传动系部件壳体的底部中具有单元排放装置，润滑剂能够通过该单元排放装置向下落入所附接的箱51、52、53中，该单元排放装置可以包括可控阀。关闭阀将允许动力传动系部件中的润滑剂水平上升，以便暂时形成湿式油底壳润滑系统，这在某些特定条件下可能是期望的。

泵60可以是标准的电动泵或机械泵60，该泵可操作地连接到动力传动系部件的旋转部分并由该旋转部分提供动力。例如，主轴承单元21中的机械泵60可以通过转子轮毂30的旋转运动驱动，或者发电机壳体23中的机械泵可以通过由发电机输入轴25旋转的齿轮驱动。因为根据本发明，润滑剂箱集成在动力传动系部件中或直接附接到动力传动系部件，机械泵60可以靠近向机械泵提供动力的旋转部分安装，并且靠近机械泵必须向上泵送到润滑剂释放点的润滑剂安装。在现有技术中使用的单独的润滑剂箱的情况下，箱处的泵不能容易地被机械地驱动，并且动力传动系部件处的泵需要长的连接管道或软管以从箱泵送润滑剂。使用机械泵60代替电动泵的主要优点在于，当风力涡轮机空转时它不消耗任何电力，甚至当风力涡轮机失去其与电网的连接时机械泵60也工作。根据本发明的润滑系统不需要用于正常操作的电动泵，正常操作即当叶片旋转并且发电机23产生电力时，或者当空转时。可选地，可以提供小的辅助电动泵，用于在风力涡轮机完全停止时润滑动力传动系部件。

泵60可安装在动力传动系部件21、22、23的壳体内部，使得泵最靠近驱动泵的齿轮和待向上泵送的润滑剂。替代地，泵60可以附接到动力传动系部件的壳体，使得其更容易接近以便维护。

图3示意性地示出了根据本发明的三级风力涡轮机齿轮箱22的侧视图。转子轮毂输出轴24形成或连接到齿轮箱22的输入24b。齿轮箱22包括三个连续级31、32、33。常见的齿轮箱比大约为90:1，其中转子轮毂30在输入24b处通常以高达20rpm的速度旋转，并且用于发电机23的输出对应为1800rpm。通常，齿轮箱22包括三个连续级31、32、33。在输入24b处，提供非常适合于处理来自转子30的高扭矩的行星级31。然后行星级31之后是两个连续的并行级32、33，该并行级32、33具有使旋转进一步加速的齿轮组。替代地，第二级32也使用行星齿轮组，并且仅第三级33是并行级。一些风力涡轮机可使用低齿轮箱比，例如大约30:1，而无需典型齿轮箱中的最高速度级。

在该齿轮箱22中，润滑剂箱52设置在第二和第三齿轮箱级下方。机械泵60设置在齿轮箱壳体中。过滤器装置61可设置在润滑剂箱52和机械泵之间，以确保仅清洁的润滑剂将用于润滑齿轮箱22的旋转部分。

图4示出了图3的齿轮箱22的横截面。在该横截面中，示出了机械泵60如何被齿轮箱22的第三级33中的齿轮49驱动。还可以看到第一和第三齿轮箱级的排放装置41和43，该排放装置使润滑剂从相应的齿轮箱级直接流入箱52中。来自第二齿轮箱级32的润滑剂通过级排放装置42离开该级，该级排放装置在第三齿轮箱级33的下部分中释放润滑剂。从那里，润滑剂可以流动穿过第三齿轮箱级的排放装置43进入到箱52中。

图5示出了图3的齿轮箱的后端视图。润滑剂箱52在此示出为齿轮箱壳体的完全集成的特征，但是从以上应当清楚，替代布置也是可能的。图3和图4中所示的示例性箱52具有大约是其高度的尺寸的两倍的长度。从图5中可以清楚地看出，箱52的宽度可以延伸超过包括旋转部分的齿轮箱的主要部分的宽度。一种替代的齿轮箱设计可以在三个齿轮箱级31、32、33的整个长度上延伸。所得到的较大的表面区域将允许减小的高度，并因此可能允许更紧凑的设计。