风力涡轮的过滤器系统和用于更换其油过滤器的方法
阅读说明：本技术 风力涡轮的过滤器系统和用于更换其油过滤器的方法 (Filter system for a wind turbine and method for replacing an oil filter thereof ) 是由 M·迪尔克斯 于 2021-04-23 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种用于风力涡轮的过滤器系统,其至少包括过滤器设备,该过滤器设备具有过滤器壳体,该过滤器壳体具有容积部分和帽部分,两者限定了用于接纳油过滤器的过滤器容积。过滤器壳体配备有入口端口、出口端口和压力端口。过滤器系统还包括具有接口端口的加压设备,以及用于经由接口端口提供加压气体(优选将其提供到过滤器设备的过滤器壳体中)的供应装置。加压设备构造成用于能够优选地经由补偿导管连接到压力端口。此外,公开了一种方法,其中,加压设备连接到过滤器壳体,通过将加压气体施加到过滤器容积中来排放润滑剂,移除帽部分,并且随后更换油过滤器。(The present disclosure relates to a filter system for a wind turbine, comprising at least a filter device having a filter housing with a volume portion and a cap portion, both defining a filter volume for receiving an oil filter. The filter housing is equipped with an inlet port, an outlet port, and a pressure port. The filter system further comprises a pressurizing device having an interface port, and a supply for providing pressurized gas via the interface port, preferably into a filter housing of the filter device. The pressurizing device is configured for being connectable to the pressure port, preferably via a compensating conduit. Furthermore, a method is disclosed, wherein a pressurizing device is connected to the filter housing, the lubricant is drained by applying pressurized gas into the filter volume, the cap part is removed, and subsequently the oil filter is replaced.)
技术领域
本主题总体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于风力涡轮的齿轮箱的过滤器系统，具体地，用于更换齿轮箱的油过滤器的过滤器系统。此外，描述了一种用于更换油过滤器的方法。
背景技术
风力被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理从风捕获动能，并且通过旋转能来传递动能以转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则直接联接到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，该电能可被部署到公用电网。
具体地，风力涡轮包括各种机械部件，这些机械部件具有由不运动结构支撑的运动零件。这导致所述零件之间的摩擦现象，其中安装润滑系统来防止或减少摩擦相关的磨损。
一种具体类型的风力涡轮(例如Danish型)包括齿轮箱，用于将具有高扭矩的慢速旋转运动改变为具有降低的扭矩的相对快速的旋转。例如，所述齿轮箱可实施为行星齿轮箱，任选地具有附加的齿轮级，其中齿轮箱的多个部件经受液体润滑，例如油润滑。
为此，加压润滑剂被供应到各种润滑位置，优选地经由包括油过滤器的润滑循环。
然而，油过滤器需要频繁更换，导致风力涡轮的停机和另外的相关缺点。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中被部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。
在一个方面，本公开涉及一种用于风力涡轮的过滤器系统。具体地，过滤器系统构造成用于使得能够更换风力涡轮的过滤器设备的油过滤器。可能地，过滤器设备布置在润滑循环中，用于向风力涡轮的齿轮箱系统提供润滑剂。术语“油过滤器”反映了用于过滤来自润滑剂的颗粒的过滤器装置，并且不限于专门过滤油。
过滤器系统至少包括过滤器设备，该过滤器设备具有过滤器壳体，该过滤器壳体具有容积(volume)部分和帽部分，两者限定了用于接纳油过滤器的过滤器容积。过滤器壳体配备有入口端口、出口端口和压力端口。特别地，入口端口可连接到齿轮箱系统的润滑循环的上游导管，出口端口可连接到润滑循环的下游导管，其中，压力端口构造成允许来自过滤器容积或进入过滤器容积的多余或所需流体的补偿。
例如，压力端口可经由补偿导管连接到润滑循环内的特定容积，优选地连接到齿轮箱的齿轮箱容积，以允许过滤器容积和特定容积之间的压力和/或容积的补偿。
例如，在热膨胀或收缩的情况下，在过滤器容积和齿轮箱容积之间可存在压力梯度。这种压力差可经由压力端口和补偿导管在两个容积之间平衡。
优选地，过滤器容积和润滑循环的容积之间的连接的任何部件可构造成使得诸如空气的气态流体可在容积之间通过，相比之下，其中液体润滑剂(特别地由于其粘度)仅可以有限的方式行进通过补偿导管，或者完全被阻止这样做。换句话说，补偿导管和/或压力端口包括限制装置，该限制装置构造成用于有效地阻止液态流体通过，特别地其中气态流体可有效地流过补偿导管和/或压力端口。特别地，术语“有效地阻止通过”反映了这样的事实，即如果根据DIN 51517的液态流体的容积流处于1巴的绝对压力梯度下，则容积流率小于10 ml/s。例如，补偿导管、压力端口和/或过滤器容积与齿轮箱容积之间的连接的另一个部件可具有小于5 mm、优选地小于3 mm、更优选地小于2 mm的有效直径。
过滤器系统还包括具有接口端口的加压设备，以及用于经由接口端口提供加压气体(优选地将其提供到过滤器设备的过滤器壳体中)的供应装置。加压设备构造成用于能够优选地经由补偿导管连接到压力端口。因此，为了连接加压设备与过滤器容积，补偿导管可从齿轮箱容积断开，并附接到接口端口。
根据任选的实施例，供应装置可为加压气体源，例如压缩机，或者在备选方案中是包含加压气体(如二氧化碳或一氧化二氮)的气体筒。
根据附加的和/或备选的实施例，加压设备或者牢固地连接到过滤器设备，或者甚至是过滤器设备的一体部件。在这种情况下，过滤器设备包括呈一体部件形式的加压设备，其中过滤器设备的压力端口和加压设备的接口部分合并在一起，并且因此使得加压设备能够与过滤器容积连接。根据该备选方案，但不是必须的，可提供用于能够在过滤器容积和润滑循环的容积之间实现补偿连接的附加压力端口。
根据实施例，过滤器系统构造成用于向风力涡轮的齿轮箱提供润滑，其中过滤器容积为至少5 l、特别地至少10 l、优选地至少15 l，和/或其中齿轮箱是风力涡轮的齿轮箱，其具有的额定功率为至少0.5 MW、特别是至少1.5 MW、优选地至少2 MW。
如所述的实施例的系统在维护投资、停机时间和可持续性方面提供了显著的益处。例如，通过将加压设备连接到过滤器容积，可通过将过滤器容积内存在的润滑剂从过滤器容积中压出而使其进入润滑循环来排空过滤器容积中的润滑剂。当油过滤器已经更换为新的油过滤器时，来自润滑循环的润滑剂可重新进入过滤器容积。
本公开提供的益处在于，首先，避免了在更换油过滤器时通过将润滑剂从过滤器容积溢出到外部接受器(例如桶、罐)中来排空过滤器容积。这导致操作和人体工程学方面的益处，并因此导致维护时间的减少，例如通过防止在操作外部润滑剂接受器时的事故。其次，过滤器容积中存在的润滑剂不需要被处置。特别地，不需要为了填充有润滑剂的外部接受器的安全处置而将其从风力涡轮的机舱沿塔架向下输送。第三，在进行油过滤器的更换之后，不需要向过滤器系统的润滑循环中重新填充新的润滑剂。
在过滤器设备包括多于一个的压力端口(例如，第一压力端口和第二压力端口，第一压力端口能够连接到齿轮箱容积，用于允许过滤器容积和润滑循环的另一个容积之间的压力补偿，第二压力端口用于使得过滤器容积能够与加压设备连接)的情况下，后者也即第二压力端口将被理解为用于将压力提供到过滤器容积中的功能性压力端口。在这种情况下，第一压力端口将需要被关闭。因此，具有多个加压和/或补偿端口的过滤器系统的实施例仍应被视为具有单个加压端口的实施例，其中另一个加压或补偿端口用于连接到润滑循环的容积。
根据实施例，过滤器系统至少包括下游限制设备，该下游限制设备构造成用于允许润滑剂从过滤器容积朝向下游导管流动或流入下游导管，并且防止润滑剂从下游导管经由出口端口返回过滤器容积而重新进入过滤器容积。根据具体实施例，下游限制设备是例如位于出口端口和下游导管之间的止回阀。
根据另一个实施例，提供了上游限制设备，该上游限制设备布置和构造成使得如果需要，基本上没有润滑剂可经由入口端口进入过滤器容积和/或过滤器设备。例如，上游限制设备可打开或关闭，其中当润滑剂被压出过滤器容积时和/或当油过滤器的更换有效地进行时，上游限制设备应该关闭。根据具体方面，可通过特定的上游阀和/或通过润滑循环的泵在功能上实现上游限制设备。
根据示例性方面，过滤器壳体的容积部分由纵向包围部和底部形成，其中优选地，包围部具有圆柱形形状，并且其中底部连接到包围部的底侧。出口端口布置在底部中，例如在底部中居中，和/或其中入口端口布置在包围部中。例如，容积部分可形成为在一侧由底部封闭的圆柱体，其中入口端口穿过包围部的圆柱形侧壁。
帽部分可附接到容积部分的顶侧，同时将过滤器容积与环境密封隔离。为此，安装装置和密封装置可设置在帽部分和容积部分之间，例如以螺纹和/或密封唇缘的形式。
前述实施例带来的益处是，形成过滤器容积的过滤器壳体构造成用于通过经由从容积部分拆下帽部分而打开过滤器壳体来接纳油过滤器，同时通过入口端口和出口端口使得润滑剂能够流动通过这种油过滤器。
根据进一步的发展，压力端口布置在帽部分中。这有助于使得将润滑剂从过滤器容积推出到出口端口的过程变得平滑。
备选地，压力端口被放置在容积部分的包围部中，优选地在顶侧中。
根据更具体的非限制性实施例，过滤器系统包括布置在过滤器壳体内的油过滤器。帽部分安装到容积部分。油过滤器本身具有类似圆柱的形状，其包括上表面和底表面。上密封装置有效地布置在上表面和帽部分的内表面之间，并且其中底部密封装置布置在底表面和底部的内表面之间。
具体地，过滤器壳体、油过滤器、底部密封装置和顶部密封装置以及相应的表面设计成和构造成使得过滤器容积被油过滤器分成入口容积和出口容积。入口容积连接到入口端口，其中出口容积连接到出口端口。因此，润滑剂在进入入口端口时到达入口容积。随后，润滑剂可从入口容积通过油过滤器进入出口容积，其中由于有效地布置在相关表面处的密封装置，绕过油过滤器是不可能的。
在进一步开发的过程中，公开了压力端口优选地专门连接到入口容积。通过这样实现的是，被压出过滤器容积的润滑剂被迫流过油过滤器，因此，未过滤的润滑剂不可重新进入润滑循环。
根据一般实施例，加压设备构造成使得所提供的气体相对于环境压力和/或相对于过滤器容积中的现有压力的相对压力不超过4巴，特别是不超过2.5巴，优选地不超过2巴。具体地，加压设备可包括减压装置，例如减压阀，用于将由供应装置提供的气体的压力降低到前述值。
根据附加或备选方面，提供了一种用于风力涡轮的齿轮箱系统，该齿轮箱系统至少包括具有齿轮箱容积的齿轮箱，以及用于向齿轮箱的润滑位置提供润滑剂的循环流的润滑循环。润滑循环可包括根据过滤器系统的先前公开的实施例中的一个或组合的过滤器系统、用于在润滑循环中输送和/或加压润滑剂的泵、以及包括上游导管、下游导管和可能的另外的连接导管的连接导管装置。
大体上，根据所述实施例的润滑循环(但不限于其)也可包括齿轮箱容积的部分，具体地说是齿轮箱的油槽。油槽经由连接导管连接到例如冷却设备和/或贮存器。进一步地，润滑剂可进入泵，该泵朝向过滤器设备的入口端口输送和/或加压润滑剂。润滑剂从那里经由入口端口、出口端口流过油过滤器，经由止回阀进入下游导管。下游导管连接到齿轮箱的特定润滑剂引导通道，其中所述通道使得能够将加压润滑剂直接提供到润滑位置，诸如轴承或齿轮的齿。当已经润滑这些润滑位置时，润滑剂被收集在齿轮箱的油槽中，并重复其循环。
根据齿轮箱系统的实施例，补偿导管将过滤器壳体的压力端口与齿轮箱容积连接，其中补偿导管可拆卸地安装到压力端口和/或齿轮箱容积。因此，如果加压设备要连接到过滤器设备，则优选地补偿导管从齿轮箱容积断开，并且随后连接到加压设备的接口端口。
在备选方案中，补偿导管可从压力端口断开，其中接口端口或者直接地或者通过附加的连接导管连接到压力端口。
根据本公开的一个方面，描述了一种用于更换齿轮箱系统的油过滤器的方法。齿轮箱系统可根据一个或多个前面描述的实施例来实施，特别地，降低(lowering)包括根据过滤器系统的一个或多个前述实施例的过滤器系统的齿轮箱系统。该方法包括以下步骤，其中应当理解，该方法还可包括本文描述的任何附加步骤和/或特征：
加压设备连接到压力端口。如果加压设备由过滤器设备一体地形成，则连接加压设备的步骤通过加压设备的接口端口持续连接到过滤器设备的压力端口和/或接口端口和压力端口在功能上彼此合并的事实来实现。
如果适用，在进行将加压设备连接到压力端口的步骤之前，补偿导管可从压力端口和/或从齿轮箱容积断开，以便允许加压设备连接到压力端口。
在连接加压设备的步骤之后，加压气体被施加到过滤器容积中，特别是入口容积中。这样，过滤器容积内的润滑剂经由出口端口排出。特别地，可调节压力，使得入口容积中的压力不超过过滤器容积的出口容积中的压力4巴，特别是不超过2.5巴，优选地不超过2巴。通过限制压力，确保油过滤器中的旁路阀不会被压力梯度打开。
优选地，在进行准备步骤的过程中，在进行将加压气体施加到过滤器容积的步骤之前，并且特别是在已经终止风力涡轮的能量产生操作之后，润滑循环的泵被安全地停用。
提供加压气体的前述步骤导致过滤器容积内的润滑剂被来自加压设备的加压气体替代，其中润滑剂经由出口端口排放到下游导管中。止回阀防止润滑剂重新进入出口容积。此外，过滤器容积中的润滑剂不能经由入口导管排出，因为上游限制设备(例如油泵)有效地阻塞了通道。
特别地，但不限于，可终止加压气体的提供，特别是当过滤器容积内的润滑剂水平下降到预定阈值以下时。
在加压气体的施加过程中已经排空过滤器容积中的润滑剂之后，可将帽部分从过滤器壳体的容积部分移除。
通过应用另外的任选步骤，过滤器容积内的压力可能与过滤器容积外的环境压力平衡，特别是在移除帽部分之前。这样，维护人员受到保护而不会被伤害，例如被“爆炸”的帽部分伤害。
现在，过滤器壳体打开，并且过滤器容积是可进入的。因此，可通过移除当前的油过滤器并插入新的油过滤器或清洁过的油过滤器来更换油过滤器。
在最终步骤中，在重新启动泵并随后恢复风力涡轮的操作之前，帽部分将被重新组装到容积部分。
当应用根据前述实施例之一或根据其组合的方法、过滤器系统和/或齿轮箱系统时，更换油过滤器的过程显著改善。因此，当不应用本公开时，过滤器设备内的润滑剂易于溢出到外部接受器中，该外部接受器随后不得不从机舱一直向下运送到风力涡轮的地面。这导致更换油过滤器过程中的严重时间延迟、维护人员的高危害风险和润滑剂的损失。所有这些缺点都通过所描述的公开而消除。通过使用外部压力排放润滑剂来清除过滤器设备的润滑剂。当油过滤器的更换完成时，润滑剂从剩余的润滑循环中重新进入过滤器设备，特别是当泵重新启动时。
在另一方面，本发明涉及一种风力涡轮，其具有安装在塔架顶部的机舱，其中根据一个或多个前述实施例的齿轮箱系统安装到机舱的支撑结构或主框架，用于将来自风力涡轮的转子的具有高扭矩的低速旋转运动转换成具有相对减小的扭矩的相对高速旋转。所述齿轮箱系统在风力涡轮中的应用能够实现减少风力涡轮停机时间和增加能量生产的益处。
技术方案1. 一种用于更换齿轮箱系统160的过滤器设备102的油过滤器150的过滤器系统100，所述过滤器系统100包括：
- 所述过滤器设备102，其具有：过滤器壳体110，所述过滤器壳体110包括容积部分120和帽部分140，所述容积部分120和所述帽部分140两者限定用于接纳所述油过滤器150的过滤器容积112；入口端口124，其能够连接到所述齿轮箱系统160的润滑循环170的上游导管172；出口端口134，其能够连接到所述润滑循环170的下游导管174；和压力端口144，其用于将压力施加到所述过滤器容积112，
- 加压设备200，其包括：接口端口202，其能够连接到所述压力端口144；和供应装置204，其用于将加压气体提供到所述过滤器壳体110中。
技术方案2. 根据技术方案1所述的过滤器系统100，其特征在于，所述压力端口144能够连接到所述齿轮箱166的齿轮箱容积164，特别是通过补偿导管178，或者其中，所述加压设备由所述过滤器设备的部件一体地形成，使得所述压力端口和所述接口端口在功能上彼此合并。
技术方案3. 根据技术方案1或2所述的过滤器系统100，其特征在于，包括止回阀184，所述止回阀184连接到所述过滤器容积112下游的所述出口端口134，用于防止润滑剂168从所述下游导管174流入所述过滤器容积112。
技术方案4. 根据前述技术方案中任一项所述的过滤器系统100，其特征在于，所述齿轮箱166是风力涡轮10的齿轮箱166，并且其中，所述过滤器容积112为至少5 l、特别地至少10 l、优选地至少15 l。
技术方案5. 根据前述技术方案中任一项所述的过滤器系统100，其特征在于，
- 所述容积部分120由优选地圆柱形的纵向包围部122和连接到所述包围部122的底侧126的底部132形成，
- 其中，所述出口端口134优选地居中地布置在所述底部132中，并且所述入口端口124布置在所述包围部122中，
- 其中，所述帽部分140能够以密封的方式安装到与所述底侧126相对定位的所述包围部122的顶侧128，和/或
- 其中，所述压力端口144布置在所述帽部分140中。
技术方案6. 根据前述技术方案中任一项所述的过滤器系统100，其特征在于，所述帽部分140安装到所述容积部分120，所述过滤器系统100包括：
- 优选地圆柱形的油过滤器150，其布置在所述过滤器壳体110内；
- 顶部密封装置154，其有效地布置在所述油过滤器150的上表面和所述帽部分140的内帽表面之间；和
- 底部密封装置152，其有效地布置在所述油过滤器150的底表面和所述底部132的内底表面之间；
- 其中，所述过滤器壳体110、所述油过滤器150、所述底部密封装置154和所述顶部密封装置154构造成使得所述过滤器容积112被所述油过滤器150分成入口容积114和出口容积116，并且其中，从所述入口端口124流过所述入口容积114并通过所述出口容积116进入所述出口端口134的润滑剂158被迫径向地流过所述油过滤器150，特别地使得所述润滑剂158被防止沿着所述油过滤器150的表面之一绕过所述油过滤器150。
技术方案7. 根据技术方案6所述的过滤器系统100，其特征在于，所述压力端口144特别地专门连接到所述入口容积114，和/或其中，所述止回阀184连接到所述出口容积116。
技术方案8. 根据前述技术方案中任一项所述的过滤器系统100，其特征在于，所述加压设备200包括减压装置，所述减压装置构造成使得和/或其中所述供应装置204构造成使得能够施加在所述过滤器容积112上，特别是在所述入口容积114上的所提供气体的相对压力不超过4巴，特别是不超过2.5巴，优选地不超过2巴。
技术方案9. 一种用于风力涡轮10的齿轮箱系统160，所述齿轮箱系统160至少包括具有齿轮箱容积164的齿轮箱166，以及用于向所述齿轮箱166的润滑位置提供润滑剂168的循环流的润滑循环170，所述润滑循环170至少包括：
- 根据前述技术方案中任一项所述的过滤器系统100；
- 泵182，其用于至少部分地对在所述润滑循环170内的所述润滑剂166加压，
- 连接导管装置，其包括连接到所述入口端口130的上游导管172和连接到所述出口端口134的下游导管174，其中，所述连接导管装置176构造成用于使得润滑剂168能够在所述过滤器系统100、所述齿轮箱容积164和所述泵182之间循环流动。
技术方案10. 根据技术方案9所述的齿轮箱系统100，其特征在于，包括将所述压力端口144连接到所述齿轮箱容积164的补偿导管178，其中，所述补偿导管178能够拆卸地安装到所述压力端口144和/或所述齿轮箱容积164。
技术方案11. 一种风力涡轮10，包括：涡轮转子18，其包括毂20和安装到能够旋转的涡轮轴44的至少一个转子叶片22，其中，所述转子叶片22围绕其纵向轴线能够旋转地布置在所述毂20处；感应发电机42，其具有定子和转子；以及根据前述技术方案中任一项所述的齿轮箱系统100，其用于将所述发电机42联接到所述涡轮轴44以便与所述涡轮轴44一起旋转。
技术方案12. 一种用于更换根据技术方案9或10所述的齿轮箱系统160的油过滤器150的方法，所述方法包括以下步骤：
302 将所述加压设备200连接到所述压力端口144；
304 将加压气体施加到所述过滤器容积112，特别是施加到所述入口容积114，以用于从所述过滤器容积112排放润滑剂308；
312 移除312帽部分140；
314 更换油过滤器150，特别是通过移除315所述油过滤器150并插入316新的油过滤器158或清洁过的油过滤器150；和
320 将帽部分140重新组装到所述容积部分120。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
- 至少在移除312所述帽部分140的步骤之前，特别是在施加加压气体304的所述步骤之前，安全地停用所述泵182。
技术方案14. 根据技术方案12或13所述的方法，其特征在于，包括以下步骤中的至少一个：
310 当所述过滤器容积112内的所述润滑剂168的水平低于预定阈值时，终止310加压气体施加；和/或
- 在所述过滤器容积112和环境之间进行压力均衡，特别是在步骤c)之前。
技术方案15. 根据技术方案12至14中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤中的至少一个：
- 终止所述风力涡轮10的能量产生，并且特别是在空转操作中操作风力涡轮10；
- 将补偿导管178从所述压力端口144和/或从所述齿轮箱容积164断开300；
- 终止所述泵182的停用，特别是在将所述帽部分140重新组装320到所述容积部分120之后；和/或
- 将补偿导管178与所述压力端口144和/或与所述齿轮箱容积164重新连接322。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将被进一步支持和描述。并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：
图1示出了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2示出了具有过滤器系统的实施例的根据本公开的风力涡轮的机舱的一个实施例的简化内部视图；
图3是根据图2的过滤器系统的示意图；
图4示出了用于更换根据图2的过滤器系统的油过滤器的方法的步骤；
图5示出了用于更换根据图2的过滤器系统的油过滤器的方法的另外的步骤；
图6示出了用于更换根据图2的过滤器系统的油过滤器的方法的另外的步骤；
图7示出了用于更换根据图2的过滤器系统的油过滤器的方法的另外的步骤；以及
图8示出了用于更换根据图2的过滤器系统的油过滤器的方法的另外的步骤。
附图中描绘的单个特征相对于彼此被相对地示出，并且因此不一定按比例绘制。即使在不同的实施例中被显示，附图中相似或相同的元件也用相同的附图标记表示。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被示出。每个示例通过解释本发明而不是限制本发明的方式被提供。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及它们的等同物。
图1是示例性风力涡轮10的透视图。在示例性实施例中，风力涡轮10是水平轴线风力涡轮。备选地，风力涡轮10可为竖直轴线风力涡轮。在示例性实施例中，风力涡轮10包括从支撑系统14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。在示例性实施例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。在示例性实施例中，塔架12由管状钢制成，以在支撑系统14和机舱16之间限定空腔(图1中未示出)。在备选实施例中，塔架12是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。
转子叶片22围绕毂20间隔开，以便于旋转转子18，从而使得动能能够从风能转换成可用的机械能，并随后转换成电能。转子叶片22通过在多个负载转移区域26处将叶片根部部分24联接到毂20而配合到毂20。负载转移区域26可具有毂负载转移区域和叶片负载转移区域(图1中均未示出)。诱导至转子叶片22的负载经由负载转移区域26转移到毂20。
在一个实施例中，转子叶片22具有范围从约15米(m)到约91 m的长度。备选地，转子叶片22可具有使得风力涡轮10能够如本文所述那样起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的其它非限制性示例包括20 m或更短、37 m、48.7 m、50.2 m、52.2 m或大于91 m的长度。当风从风向28撞击转子叶片22时，转子18围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转并受到离心力时，转子叶片22也受到各种力和力矩。照此，转子叶片22可从中性或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。
此外，转子叶片22的桨距角(即确定转子叶片22相对于风向的视角的角度)可由变桨系统32改变，以通过调节至少一个转子叶片22相对于风矢量的角向位置来控制由风力涡轮10产生的负载和功率。示出了转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮10的操作期间，变桨系统32可改变转子叶片22的桨距角，使得转子叶片22移动到顺桨位置，使得至少一个转子叶片22相对于风矢量的视角提供朝向风矢量定向的转子叶片22的最小表面积，这有利于降低旋转速度和/或有利于转子18的失速。
在示例性实施例中，每个转子叶片22的叶片桨距由风力涡轮控制器36或变桨控制系统80单独控制。备选地，所有转子叶片22的叶片桨距可由所述控制系统同时控制。
此外，在示例性实施例中，随着风向28改变，机舱16的偏航方向可围绕偏航轴线38旋转，以相对于风向28定位转子叶片22。
在示例性实施例中，风力涡轮控制器36被示出为集中(centralize)在机舱16内，然而，风力涡轮控制器36可为遍布风力涡轮10、在支撑系统14上、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式系统。风力涡轮控制器36包括处理器40，处理器40被构造成执行本文所述的方法和/或步骤。此外，本文所述的许多其它部件包括处理器。如本文所用，术语“处理器”不限于在本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。应当理解，处理器和/或控制系统也可包括存储器、输入通道和/或输出通道。
图2是风力涡轮10的一部分的放大剖视图。在示例性实施例中，风力涡轮10包括机舱16和能够旋转地联接到机舱16的转子18。更具体地，转子18的毂20通过主轴44、齿轮箱166、高速轴48和联轴器50能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机42。在示例性实施例中，主轴44设置成至少部分与机舱16的纵向轴线(未示出)同轴。主轴44的旋转驱动齿轮箱166，齿轮箱46随后通过将转子18和主轴44的相对较慢的旋转运动转化为高速轴48的相对较快的旋转运动来驱动高速轴48。高速轴48借助于联轴器50连接到发电机42，用于产生电能。
齿轮箱166是齿轮箱系统160的一部分，齿轮箱系统160至少包括齿轮箱166和润滑循环170，如图3所示。润滑循环170向齿轮箱166的润滑位置(诸如轴承和齿轮的齿)提供润滑剂168。随后，润滑剂168被收集在齿轮箱166中，特别是齿轮箱166的油槽186中，然后，由泵182加压，由过滤器设备102过滤，并且反复地提供到润滑位置。另外，由齿轮箱166产生和/或存在于齿轮箱166中的热能可通过润滑循环170输送到布置在齿轮箱166下游的冷却设备188。
齿轮箱系统160和发电机42可由机舱16的主支撑结构框架支撑，该主支撑结构框架任选地实施为主框架52。齿轮箱166可包括通过一个或多个扭矩臂103连接到主框架52的齿轮箱壳体162。在示例性实施例中，机舱16还包括主前支撑轴承60和主后支撑轴承62。此外，发电机42可通过脱联(decoupling)支撑装置54安装到主框架52，特别是为了防止发电机42的振动被引入到主框架52中，并因此导致噪声发射源。
优选地，主框架52被构造成承载由转子18和机舱16的部件的重量以及由风和旋转负载引起的全部负载，并且进一步将这些负载引入到风力涡轮10的塔架12中。转子轴44、发电机42、齿轮箱166、高速轴48、联轴器50以及任何相关联的紧固、支撑和/或固定设备，包括但不限于支撑件52以及前支撑轴承60和后支撑轴承62，它们有时被称为传动系64。
机舱16还可包括偏航驱动机构56，偏航驱动机构56可用于使机舱16旋转，并且因此也使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。
为了相对于风向28适当地定位机舱，机舱16还可包括至少一个气象桅杆58，气象桅杆58可包括风向标和风速计(均未在图2中示出)。桅杆58向风力涡轮控制器36提供信息，该信息可包括风向和/或风速。
在示例性实施例中，变桨系统32至少部分地布置为毂20中的变桨组件66。变桨组件66包括一个或多个变桨驱动系统68和至少一个传感器70。每个变桨驱动系统68联接到相应的转子叶片22(图1中示出)，用于沿着变桨轴线34调制转子叶片22的桨距角。图2中仅示出了三个变桨驱动系统68中的一个。
在示例性实施例中，变桨组件66包括至少一个变桨轴承72，该变桨轴承72联接到毂20和相应的转子叶片22(图1中示出)，用于使相应的转子叶片22围绕变桨轴线34旋转。变桨驱动系统68包括变桨驱动马达74、变桨驱动齿轮箱76和变桨驱动小齿轮78。变桨驱动马达74联接到变桨驱动齿轮箱76，使得变桨驱动马达74将机械力施加到变桨驱动齿轮箱76。变桨驱动齿轮箱76联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78由变桨驱动齿轮箱76旋转。变桨轴承72联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78的旋转导致变桨轴承72的旋转。
变桨驱动系统68联接到风力涡轮控制器36，用于在从风力涡轮控制器36接收到一个或多个信号时调节转子叶片22的桨距角。在示例性实施例中，变桨驱动马达74是由电功率和/或液压系统驱动的任何合适的马达，其使得变桨组件66能够如本文所述那样起作用。备选地，变桨组件66可包括任何合适的结构、构造、布置和/或部件，诸如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，变桨驱动马达74由从毂20的转动惯量和/或向风力涡轮10的部件供应能量的存储能量源(未示出)提取的能量驱动。
变桨组件66还包括一个或多个变桨控制系统80，用于在特定的优先情况下和/或在转子18超速期间根据来自风力涡轮控制器36的控制信号来控制变桨驱动系统68。在示例性实施例中，变桨组件66包括至少一个变桨控制系统80，该变桨控制系统80通信地联接到相应的变桨驱动系统68，用于独立于风力涡轮控制器36控制变桨驱动系统68。在示例性实施例中，变桨控制系统80联接到变桨驱动系统68和传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮控制器36控制变桨驱动系统68来调节转子叶片22的桨距角。
在一个实施例中，特别是当转子18以转子超速操作时，变桨控制系统80超弛(overrides)风力涡轮控制器36，使得风力涡轮控制器36不再控制变桨控制系统80和变桨驱动系统68。因此，变桨控制系统80能够使变桨驱动系统68将转子叶片22移动到顺桨位置，以降低转子18的旋转速度。
根据实施例，例如包括电池和/或电容器的功率发生器84布置在毂20处或毂20内，并且联接到传感器70、变桨控制系统80和变桨驱动系统68，以向这些部件提供功率源。在示例性实施例中，功率发生器84在风力涡轮10的操作期间向变桨组件66提供持续的功率源。在备选实施例中，功率发生器84仅在风力涡轮10的电功率损失事件期间向变桨组件66提供功率。电功率损失事件可包括电网损失或骤降(dip)、风力涡轮10的电气系统的故障和/或风力涡轮控制器36的失效。在电功率损失事件期间，功率发生器84操作以向变桨组件66提供电功率，使得变桨组件66可在电功率损失事件期间操作。
在示例性实施例中，变桨驱动系统68、传感器70、变桨控制系统80、电缆和功率发生器84各自定位在由毂20的内表面88限定的空腔86中。在备选实施例中，所述部件相对于毂20的外表面90定位，并且可直接地或间接地联接到外表面90。
图3是风力涡轮10的齿轮箱系统160的过滤器系统100的实施例的示意图。具体地，示意性地描绘了润滑循环170，其中润滑循环170使得润滑剂168能够从贮存器180循环流动到泵182，泵182对润滑剂168加压并将润滑剂168通过上游导管172朝向过滤器系统100的过滤器设备102的入口端口124输送。在被过滤器设备102的油过滤器150过滤后，润滑剂168通过出口端口134和止回阀184进入下游导管174。下游导管174将过滤器系统100与齿轮箱166连接，齿轮箱166在齿轮箱壳体162内具有齿轮箱容积164。特别地，下游导管174连接到齿轮箱壳体162中未示出的引导通道，该引导通道将下游导管174与润滑位置连接。在已经润滑了润滑位置之后，润滑剂168被收集在齿轮箱166中，例如在齿轮箱容积164的底部处，特别是在油槽168中。进一步地，润滑剂在重新进入贮存器180之前流过冷却设备188。
过滤器设备102构造成用于将油过滤器150接纳在过滤器壳体110的过滤器容积112中，其中过滤器壳体110可结构化成容积部分120和帽部分140。帽部分140可安装在容积部分120上，使得过滤器容积112相对于环境紧密密封。然而，过滤器容积112经由入口端口124连接到上游导管172，经由出口端口134连接到下游导管174，并且任选地经由压力端口144连接到齿轮箱容积164。
容积部分120至少由包围部122和底部132组成，包围部122优选地具有圆柱形形状，其中底部132连接到包围部120的底侧126。
然而，根据该具体示例，但不限于，出口端口134布置在底部132中。此外，止回阀184可直接布置到出口端口134和/或底部132，和/或止回阀184可集成到底部132中。
帽部分140可包括压力端口144，并且可以密封方式安装到容积部分120的顶侧128，例如通过将帽部分140拧到容积部分120的螺纹142上。
下游导管174将齿轮箱166与出口端口134和/或止回阀184连接，其中上游导管172提供从泵182到过滤器容积112的直接连接。根据该具体实施例，齿轮箱166包括油槽186，冷却设备188布置在齿轮箱166的下游和贮存器180的上游，并且泵182放置在贮存器180的下游和过滤器设备102和齿轮箱166的上游。
然而，并且根据实施例，本公开明确地包括具有不同构造的润滑循环，例如具有位于泵182下游的冷却设备的润滑循环，或者其中齿轮箱将不包括油槽186，和/或其中根本不提供贮存器或者贮存器位于润滑循环内的不同位置处。
因此，在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮10正在产生能量或者至少其转子18正在旋转，帽部分140牢固地安装到容积部分120，并且油过滤器150布置在过滤器壳体110的过滤器容积112中。这样，油过滤器150将过滤器容积112分成连接到入口端口124的入口容积114和连接到出口端口134的出口容积116。为此，提供底部密封装置152和顶部密封装置154，以便在油过滤器150的底表面和底部132的内底表面之间形成密封连接，并且在油过滤器150的顶表面和帽部分140的内帽表面之间形成密封连接。油过滤器150和底部132以及帽部分140之间的这些密封连接防止润滑剂从入口容积114绕过油过滤器150直接到达出口容积116。
此外，在正常操作期间，压力端口144使用补偿导管178连接到齿轮箱容积164。
根据实施例，压力端口144布置在帽部分140中，使得压力端口144连接到入口容积114。因此，可能从泵182输送到入口容积114中的空气可从过滤器设备102逸出，并且绕过油过滤器150直接进入齿轮箱容积164。优选地，过滤器容积112和齿轮箱容积164之间的连接，例如补偿导管178、压力端口144和/或布置在齿轮箱容积164处的压力端口，被实施为使得润滑剂168被有效地阻止通过所述连接，特别是从过滤器容积112进入齿轮箱容积164，其中气态流体(例如空气)可通过。这样，确保润滑位置恒定地提供有润滑剂168，并且诸如空气的气态流体不可能到达所述润滑位置，否则可能导致无效润滑和可能的伤害。
此外，过滤器系统100包括加压设备200，该加压设备200可经由压力端口144和经由压力升高设备200的接口端口202连接到过滤器容积112。加压设备200至少包括气体供应装置，在该示例中为气体筒204，并且还可包括压力调节阀206和/或压力计208。
根据图3至图8的实施例，加压设备200可实施为单独的设备，如果油过滤器150需要更换，该单独的设备可与过滤器设备102连接。
根据附加的和/或备选的实施例(未示出)，加压设备可牢固地连接到过滤器设备，或者甚至可为过滤器设备的一体部件。
图4至图8描绘了用于更换过滤器系统100的油过滤器150的方法的各种步骤，其中本公开不限于所呈现的全部步骤，而且步骤的选择可充分地满足本公开的目的。
图4示出了过滤器系统100，其中根据任选步骤300，补偿导管178与齿轮箱166断开。
在此之前，可进行终止风力涡轮的操作的任选步骤和/或安全地停用泵182的任选步骤。特别地，泵182的安全停用导致泵182不能经由另外的控制器或控制单元(诸如风力涡轮控制器36)来启动。
根据另一步骤302，加压设备200连接到压力端口144，特别是使用补偿导管178，例如，其先前连接到齿轮箱166的端部。
根据集成到过滤器设备中的加压设备的实施例，将加压设备与压力端口连接的步骤302永久地进行，具体地通过集成设计，即使是在加压设备的供应装置和过滤器容积之间设置有阀装置的情况下。
在加压设备200和过滤器设备102之间已经建立连接之后，将加压气体施加到过滤器容积112中，特别是施加到入口容积114中用于排放308润滑剂168的步骤304，如图5所示。这可通过打开加压设备200的压力调节阀206来执行。事实上，存在于入口容积114和出口容积116中的润滑剂168被迫通过出口端口134和止回阀184离开过滤器容积112。
只要由加压设备200引起的过滤器容积112内的压力大于下游导管174内的压力，润滑剂水平就降低306。当过滤器容积112中的润滑剂168的水平低于预定阈值时，例如通过关闭压力调节阀206，终止310加压气体的施加。优选地，如图6所示，当基本上所有的润滑剂168(例如超过过滤器容积112的90%)已经被排放308时，进行终止310。
如图7所描绘，帽部分140通过步骤312被移除，优选地，其中在步骤312之前，例如通过从过滤器容积112释放多余的压力来进行平衡过滤器容积112内的压力和环境压力的步骤。该措施增加了维护人员的安全性。
现在，通过将油过滤器150从过滤器容积112中移除315并通过用新的油过滤器158或清洁过的油过滤器150替换其316来替换314油过滤器150(参见图7和图8)。
将替换的油过滤器158布置在过滤器容积112中后，帽部分140可重新组装到容积部分120。任选地，最早在终止310了气体施加之后，加压设备200(如果合适的话)可从过滤器设备102断开318。特别地，如果加压设备200使用补偿导管178连接到加压端口144，则所述补偿导管178可重新连接到齿轮箱166。
最后，油泵182的安全停用可脱离，并且风力涡轮10的操作可开始。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例，例如，实施例是关闭过滤器设备102中的集成加压设备。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等同结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。
本发明不限于上述实施例和修改，并且可在其主旨内以各种形式实施，例如，根据发明内容部分中描述的方面，实施例的技术特征和对应于技术特征的修改可被适当地替换或组合，以解决一些或所有上述问题或者获得一些或所有上述效果，例如，压力均衡的步骤可集成在终止气体施加到过滤器容积112中的步骤310中。根据另一个示例，本公开不限于包括这种齿轮箱系统的风力涡轮，而是也可在具有齿轮箱系统的装置和机器上，例如远洋船舶的齿轮箱。
技术特征也可适当省略，除非它们在本说明书中被描述为是必要的。
部件列表
10 风力涡轮
12 塔架
14 支撑系统
16 机舱
18 转子
20 可旋转毂
22 转子叶片
24 叶片根部部分
26 负载转移区域
28 风向
30 旋转轴线
32 变桨系统
34 变桨轴线
36 风力涡轮控制器
38 偏航轴线
40 处理器
42 发电机
44 主轴
46 扭矩臂
48 高速轴
50 联轴器
52 主框架
54 脱联支撑装置
56 偏航驱动机构
58 气象桅杆
60 前支撑轴承
62 后支撑轴承
64 传动系
66 变桨组件
68 变桨驱动系统
70 传感器
72 变桨轴承
74 变桨驱动马达
76 变桨驱动齿轮箱
78 变桨驱动小齿轮
80 变桨控制系统
84 功率发生器
86 空腔
88 内表面
100 过滤器系统
102 过滤器设备
104 轴向方向
106 径向方向
110 过滤器壳体
112 过滤器容积
114 入口容积
116 出口容积
120 容积部分
122 包围部
124 入口端口
126 底侧
128 顶侧
132 底部
134 出口端口
140 帽部分
142 螺纹
144 压力端口
150 油过滤器
152 底部密封装置
154 顶部密封装置
156 过滤器装置
158 新油过滤器
160 齿轮箱系统
162 齿轮箱壳体
164 齿轮箱容积
166 齿轮箱
168 润滑剂
170 润滑循环
172 上游导管
174 下游导管
178 补偿导管
180 贮存器
182 泵
184 止回阀
186 油槽
188 冷却设备
200 加压设备
202 接口端口
204 气体筒
206 压力调节阀
208 压力计
300 断开补偿导管
302 连接加压设备
304 施加加压气体
306 降低润滑剂水平
308 排放润滑剂
310 终止压力施加
312 移除帽部分
314 更换油过滤器
315 移除油过滤器
316 插入油过滤器
318 断开加压设备
320 重新组装帽部分
322 重新连接补偿导管。
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