CN102121524B - 在怠速或电网损耗期间流体涡轮机齿轮箱的润滑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在怠速或电网损耗期间流体涡轮机齿轮箱的润滑，具体而言，提供了一种用于流体涡轮机的润滑系统(10)。该系统包括用于在怠速或电网损耗至少之一期间通过油箱(106)或液力蓄压器(36)向流体涡轮机的齿轮箱(104)供给油用来润滑的供给子系统(16)。该系统还包括用于控制润滑系统中的流动的控制子系统(18)。

Description

在怠速或电网损耗期间流体涡轮机齿轮箱的润滑

相关申请的交叉引用

本申请是2010年1月11日提交的美国专利申请NO.12/685137，名称为“LUBRICATIONOFFLUIDTURBINEGEARBOXDURINGIDLINGORLOSSOFELECTRICGRID”的部分延续申请，其全部内容通过引用结合在本文中。

技术领域

本发明总体上涉及一种齿轮箱的润滑并且更具体地涉及一种在怠速或电网损耗期间润滑流体涡轮机齿轮箱的系统。

背景技术

通常，风力涡轮机齿轮箱通过被传统操作的电动泵来供给用于润滑齿轮箱的轴承和啮合齿轮的油。在并网情况下，这样的泵可以被有效地操作用于润滑，因此，利用了由涡轮机产生的电能。但是，在无电网或怠速期间，传统的电动操作泵不能用于向包括轴承和啮合齿轮的齿轮箱的各种部件提供油，除非有可用的备用电源。辅助电源系统的利用导致了附加成本且考虑到润滑系统的运行的高成本一般是不可取的。一些其它的典型风力涡轮机齿轮箱润滑系统包括用于向齿轮箱提供润滑油的机械地联接的齿轮泵。此类泵在风力涡轮机的叶片侧或风力涡轮机的发电机侧上附在齿轮箱轴上。但是，在紧急情况下，例如机械地联接的齿轮泵的故障或电动操作泵的维护期间，到齿轮箱的润滑油供给可能不可用。这引起齿轮箱的部件的过热且由于增加的应力可能导致故障。虽然本文为了解释的目的而描述风力涡轮机齿轮箱，但是此类实施例可用于其它类型的流体涡轮机例如海洋流体动能设备。

因此，在电网损耗、怠速或任何其它紧急情况下需要用于润滑流体涡轮机齿轮箱的有效的润滑系统。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种用于流体涡轮机的润滑系统。该系统包括在怠速或电网损耗的至少一种情况期间通过油箱或液力蓄压器向流体涡轮机的齿轮箱供给油用于润滑的供给子系统。所述系统还包括用于控制润滑系统中的流动的控制子系统。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于流体涡轮机的润滑系统。该系统包括在怠速或电网损耗期间向流体涡轮机齿轮箱提供油用于飞溅润滑的液力蓄压器。该系统还包括配置成控制润滑系统内油的流动的用于控制多个方向控制阀和多个排出端口的控制子系统。该系统进一步包括用于收集流出齿轮箱的油的排放箱，以及用于从排放箱向蓄压器泵送油的辅助泵。

根据本发明的再另一个实施例，提供了一种用于流体涡轮机的润滑系统。所述系统包括用于在怠速或电网损耗期间向流体涡轮机的齿轮箱提供油用于飞溅润滑的油箱。该系统还包括配置成控制在润滑系统中的油的流动的用于控制多个方向控制阀和多个排出端口的控制子系统。该系统进一步包括用于收集从齿轮箱流出的油的排放箱，以及用于从排放箱向油箱泵送油的辅助泵。

根据另一个实施例，提供了一种用于润滑流体涡轮机齿轮箱的方法。该方法包括提供一种在电网损耗或怠速期间向齿轮箱供给油用于飞溅润滑的供给子系统。该方法还进一步包括利用用于允许油的受控制流动的控制子系统控制多个方向控制阀和多个排出端口。进一步，该方法包括在排放箱中收集流出齿轮箱的油和通过向供给子系统泵送油循环利用排放箱中收集的油。

附图说明

当参照附图阅读下面具体实施方式时，本发明的这些以及其它特征、方面和优点将会变得更好理解，其中贯穿所有附图相似的符号表示相似的特征，其中：

图1是图示润滑油在润滑系统中的流动的本发明一个实施例的示意性流程图。

图2是图示润滑油在润滑系统中的流动的本发明另一个实施例的示意性流程图。

图3是图示润滑油在润滑系统中的流动的本发明再一个实施例的示意性流程图。

图4是图示根据本发明一个实施例的用于润滑流体涡轮机齿轮箱的示例性方法的流程图。

零部件列表

10润滑系统

12润滑油

14流体涡轮机齿轮箱

16供油子系统

17储热装置

18控制子系统

20控制阀

22控制阀

24控制阀

26排放箱

28泵

30润滑系统

32润滑油

34风力涡轮机齿轮箱

36液力蓄压器

38充氮器

40控制阀

44控制阀

46排放箱

48泵

50控制阀

52止回阀

54卸压阀

100润滑系统

102润滑油

104流体涡轮机齿轮箱

106油箱

107温度传感器

108控制阀

112控制阀

114排放箱

116泵

118控制阀

120止回阀

200润滑风力涡轮机齿轮箱的方法

202提供在电网损耗或怠速期间向齿轮箱供给油用于飞溅润滑的供油子系统的方法步骤

204利用控制子系统控制多个方向控制阀和多个排出端口来允许润滑油在供给子系统排放期间到风力涡轮机齿轮箱的受控制的流动的方法步骤

206加注期间在排放箱中收集流出齿轮箱的润滑油的方法步骤

208通过向供油子系统泵送润滑油来循环利用收集在排放箱中的润滑油的方法步骤

具体实施方式

如下详述，本发明的实施例指向一种在电网损耗或怠速期间流体涡轮机齿轮箱的润滑系统。如本文所用，用语“电网损耗”或“网损”是指当流体涡轮机没有连接到电网上时或者电网没有运行且因此不能向电动泵提供电能的情形。此外，用语“并网”或“电网”是指当流体涡轮机连接到电网和电网运行且因此能向电动泵提供电能的情形。本发明的实施例提出利用子系统向流体涡轮机齿轮箱提供润滑油的系统，该子系统包括油箱或液力蓄压器。本发明的实施例还包括润滑流体涡轮机齿轮箱和有效地将干式贮槽流体涡轮机齿轮箱转换为湿式贮槽流体涡轮机齿轮箱的方法，因此，提供在齿轮箱内的飞溅润滑。再者，在本申请中使用的用语“常开”和“常闭”是指系统中在网损期间或完全电损耗期间当控制阀没有收到致动控制信号时控制阀的位置。尽管本文出于说明的目的而描述了风力涡轮机齿轮箱，但是此类实施例可用于其它类型的流体涡轮机，例如海洋流体动能涡轮机。

当介绍当前发明的各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”和“该”意在指有一个或多个所述元件。术语“包含”、“包括”和“具有”意图是包含性的且意味着可能有除了所列元件外的另外的元件。运行参数的任何示例都不排除所公开实施例的其它参数。

图1示意性地描绘了根据本发明的一个示例性实施例的用于向风力涡轮机齿轮箱14提供润滑油12的润滑系统10。该润滑系统10包括用于向风力涡轮机齿轮箱14提供润滑油12用于润滑的供油子系统16。该供油子系统16包括用于向风力涡轮机齿轮箱14提供润滑油12的油箱或蓄压器。在一个实施例中，供油子系统16包括用于向风力涡轮机齿轮箱14的多个部件提供润滑油12的油箱和蓄压器两者。在另一个实施例中，润滑系统10还包括具有在供油子系统16排放期间向风力涡轮机齿轮箱14的多个部件供给加压润滑油12的流的在风力涡轮机齿轮箱14中的多个喷嘴的歧管。所述润滑系统10还包括用于控制润滑系统中的润滑油12的流的控制子系统18。如图1中所示，控制子系统18还控制用于控制在润滑油循环中流动的润滑油12的多个控制阀20，22，24和多个排出端口。在一个实施例中，控制阀20，22和24包括允许润滑油12在特定的方向上受控制的流动的方向控制阀。在另一个实施例中，所述方向控制阀包括多个电磁阀和止回阀。

在一个实施例中，风力涡轮机齿轮箱14通常是干式贮槽齿轮箱。在网损或怠速期间，来自供油子系统16的润滑油12提供到风力涡轮机齿轮箱14以使得润滑油12将风力涡轮机齿轮箱14填充至最佳水平，因此，使干式贮槽齿轮箱转换为湿式贮槽齿轮箱。在一个实施例中，该最佳水平是在风力涡轮机齿轮箱14的旋转支承壳体的底部中当齿轮轴承全部淹没在润滑油面以下时在风力涡轮机齿轮箱14中的水平。齿轮箱14中的润滑油由于行星齿轮部分的旋转而飞溅，导致轴承和齿轮的润滑。因此，湿式贮槽齿轮箱在网损或怠速的条件下提供风力涡轮机齿轮箱14的飞溅润滑。

此外，润滑系统10包括用于收集流出风力涡轮机齿轮箱14的油12的排放箱26。所述排放箱26在并网条件下在供油子系统16加注前临时存储润滑油12。进一步，在供油子系统16加注期间，存储在排放箱26中的润滑油12通过泵28从排放箱26向供油子系统16泵送。润滑系统10还包括位于风力涡轮机齿轮箱14的底部区域处的多个排出端口(未示出)。多个排出端口通过控制阀22操作，该控制阀在供油子系统16排放期间常闭且在供油给子系统16加注期间打开以允许润滑油12的流动。

所需的排放箱26的尺寸和泵28的泵送数量在某种程度上可以通过润滑油的化学成分和/或通过加入润滑油的添加剂来控制。包括可选的添加剂的油成分是基于热和润滑特性而选择的。润滑油可以包含具有期望粘度的矿物或合成油，该期望粘度某种程度上将依赖于流体涡轮机将要在其中使用的环境。潜在有用的添加剂的示例包括含有例如氧化铝、氧化钛、氧化银或它们的组合的材料的纳米微粒。对于润滑油如果温度太低以致于不能正确地从供油子系统16流动，在一个实施例中，当风力涡轮机在“正常运行条件”(即不经受怠速或网损并具有足够的可用功率用于润滑功能而不用本文所述的润滑控制功能)下运行时，例如，包括相变材料的储热装置17可以被加载，且之后在网损或怠速条件下可利用其将供油子系统维持在合适的温度下。

如图解，控制子系统18包括用于在润滑系统10的最佳性能的一系列操作中控制多个控制阀20，22，24和多个排出端口的打开和关闭的控制逻辑。在一个实施例中，控制子系统18可以包括具有处理器的电脑系统，该处理器在润滑系统10中的供油子系统16的加注或排放期间的一系列事件中采用用于控制多个控制阀20，22，24和多个排出端口的控制逻辑。在另一个实施例中，控制子系统18具有在电网损耗和怠速条件下用于控制阀20，22，24的运行的辅助电源。在再一个实施例中，风力涡轮机齿轮箱14可以具有传感器，用于在油从供油子系统向风力涡轮机齿轮箱14排放时感测和维持存储在齿轮箱14中的润滑油12的最佳水平。电脑系统进一步适于与传感器成信号通讯。需要注意的是本发明的实施例不限于用来执行本发明的处理任务的任何特殊的处理器。如本文使用的用语“处理器”意在表示能够执行本发明的任务所需的计算或运算的任何机器。用语“处理器”还意图表示能够接收结构化输入和根据规定的规则处理输入来产生输出的任何机器。同样值得注意的，如本领域技术人员将会理解的，如本文所用的用语“配置成”意味着处理器装备有硬件和软件的组合来执行本发明的任务。

图2图示了根据本发明的一个示例性实施例的用于向风力涡轮机齿轮箱34提供润滑油32的润滑系统30。该润滑系统30包括用于在怠速或电网损耗期间向风力涡轮机的风力涡轮机齿轮箱34供给润滑油32用于飞溅润滑的液力蓄压器36。在一个实施例中，液力蓄压器36设置在风力涡轮机系统中任何便利的位置上。该液力蓄压器36包括容纳压缩流体(典型地为气体)和润滑油32的增压箱或压力存储器。液力蓄压器36以最佳压力向风力涡轮机齿轮箱34提供润滑油32。在另一个实施例中，液力蓄压器36通过重力向风力涡轮机齿轮箱34提供润滑油32。在一个非限制示例中，压缩气体包括氮气。液力蓄压器36充满被隔膜隔开的不同压力下的气体和油。在一个实施例中，在液力蓄压器36中气体的压力比油的压力多四倍。需要注意的是在液力蓄压器36中气体的压力可能比油的压力多或少四倍。在一个实施例中，如果液力蓄压器36的气囊压力降低至预定压力水平以下，液力蓄压器36有时用充气机38供给的气体填充。

此外，在怠速或网损期间，润滑油32通过控制阀40从液力蓄压器36向风力涡轮机齿轮箱34分配。在一个实施例中，控制阀40是方向控制阀。在一个非限制示例中，方向控制阀通过螺线管或开关来操作。在另一个实施例中，控制阀40是常开方向控制阀，使得在正常工作状态期间需要电能(使关闭开关命令能够从控制子系统到达所述阀)来将其保持在关闭位置。在液力蓄压器36排放期间，常开方向控制阀40可以打开，因此，允许润滑油32从液力蓄压器36向风力涡轮机齿轮箱34流动。另一个控制阀44操作以允许润滑油32从风力涡轮机齿轮箱34向排放箱46的单向流动。在再一个实施例中，控制阀44是常闭方向控制阀。在液力蓄压器36的排放期间，常闭方向控制阀44可以关闭，因此，防止润滑油32从风力涡轮机齿轮箱34向排放箱46的任何流动。需要注意的是多个控制阀、止回阀和排出端口的操作可通过控制子系统(未示出)来执行。在润滑系统30的加注和排放期间的一系列事件中，此类控制子系统可以使用用于操作该阀和排出端口的控制逻辑。在一个实施例中，当开始润滑油向齿轮箱的流动时，多个控制阀40与把油引向齿轮箱的被选部件的至少其中一个控制阀一起使用。部件可包括一个或多个轴承、齿轮对和/或花键。在试车过程开始时选择性地供给润滑油提供早期润滑以最小化任何潜在的摩损。然后所述控制阀的另一个可用来向齿轮箱供给大量油用于飞溅润滑目的。

在并网条件期间，如图2中所图示的润滑系统30可进行操作用于加注液力蓄压器36。液力蓄压器36的加注包括通过泵48从排放箱46向液力蓄压器36泵送润滑油32。该泵48的非限制性示例包括辅助泵或扫气泵或主电动泵。润滑油32通过控制阀50从排放箱46向液力蓄压器36泵送。在一个实施例中，控制阀50是常闭的方向控制阀。控制阀50被打开以允许加注期间将液力蓄压器36填充至最佳水平和压力。在排放期间，控制阀50不工作，因此，防止用润滑油32填充液力蓄压器36。在一个实施例中，润滑系统30还包括进一步设在从所述泵48到控制阀50的润滑油32的流动管线中的止回阀52。润滑系统30还包括位于泵48后面用于释放在润滑系统30的流动管线中的任何过压的卸压阀54和用于防止逆流的止回阀52。

图3图示了根据本发明一个示例性实施例的用于向风力涡轮机齿轮箱104供给润滑油102的润滑系统100的另一个实施例的示意性流程图。所述润滑系统100包括设在风力涡轮机齿轮箱104上方预先确定的高度处用于通过重力向风力涡轮机齿轮箱104供给润滑油102的油箱106。油箱可以放置在风力涡轮机的机舱的内部或外部。如果放置在机舱的外部，油箱和油箱到机舱的连接应该与外部环境充分地密封以避免污染。润滑油102通过重力经由控制阀108从油箱106向风力涡轮机齿轮箱104分配。在一个实施例中，润滑油102在特定压力下从油箱106到风力涡轮机齿轮箱104分配。在另一个实施例中，控制阀108是方向控制阀。在再一个实施例中，控制阀108是常开方向控制阀。在油箱106的排放期间，常开方向控制阀108可以打开，从而允许润滑油102通过重力从油箱106向风力涡轮机齿轮箱104流动。另一个控制阀112操作以允许润滑油102从风力涡轮机齿轮箱104向排放箱114的单向流动。在再一个实施例中，控制阀112是常闭方向控制阀。在油箱106排放期间，常闭方向控制阀112可以关闭，从而防止润滑油102从风力涡轮机齿轮箱104向排放箱114的任何流动。应该注意的是多个控制阀、止回阀和排出端口的操作可以通过控制子系统(未示出)来执行。此类控制子系统可以使用用于在润滑系统100加注和排放期间的一系列事件中操作所述阀和端口的控制逻辑。

此外，在并网条件期间，如图3中图示的润滑系统100可进行操作以加注油箱106。油箱106的加注包括通过泵116从排放箱112向油箱106泵送润滑油102。该泵116的非限制性示例包括辅助泵或扫气泵或主电动泵。润滑油102通过控制阀118向油箱106泵送。在一个实施例中，控制阀118是常开方向控制阀。在油箱106的加注期间，控制阀118操作以允许油箱106填充到对于重力给料的最佳水平。在排放期间，控制阀118不操作，因而防止用润滑油102填充油箱106。

在一个实施例中，润滑系统100还包括进一步设在从泵116到控制阀118的润滑油102的流道中的止回阀120。润滑系统100还包括位于泵116之后用于释放该系统100的流动管线中的任何过压的卸压阀122和用于防止逆流的止回阀120。在图2或图3的任一实施例中，有益的是包括一个或多个温度传感器107以评估环境和/或润滑油的温度并利用该信息来控制维持在图2的液力蓄压器36或图3的油箱106中的油的数量。

图4是图示根据本发明的一个实施例的用于润滑风力涡轮机齿轮箱的示例性方法200的流程图。该方法包括在步骤202提供一种用于在电网损耗和怠速期间向齿轮箱供给油用于飞溅润滑的供油子系统。在一个实施例中，该方法包括提供液力蓄压器作为供给子系统。该液力蓄压器可以设在风力涡轮机系统中任何方便的位置。在另一个实施例中，该方法包括提供位于预先确定的高度上、用于在电网损耗或怠速期间通过重力向齿轮箱供给油的油箱。在步骤204，该方法包括利用控制子系统控制多个方向控制阀和多个排出端口来允许润滑油在供给子系统排放期间到风力涡轮机齿轮箱的受控制的流动。进一步，在步骤206，该方法包括加注期间在排放箱中收集流出齿轮箱的润滑油。该方法还包括利用控制子系统控制多个方向控制阀和位于齿轮箱底部的多个排出端口来允许润滑油在供给子系统加注期间的受控制的流动。最后，在步骤208，该方法包括通过向供油子系统泵送润滑油来循环利用收集在排放箱中的润滑油。

有利的是，本技术保证在电网损耗、怠速和紧急情况下(例如用于向齿轮箱供给油的主电动泵故障或维护时)风力涡轮机齿轮箱的各个部件例如轴承和啮合齿轮被有效地润滑。因此，在网损期间向风力涡轮机齿轮箱的润滑油供给避免使用用于执行齿轮箱润滑的任何后备电池。进一步，当用于操作润滑泵的电源可能间断时，本技术可以在风力涡轮机系统试车期间帮助风力涡轮机齿轮箱中润滑油的供给。此外，本技术的应用摆脱了传统地用来向风力涡轮机齿轮箱供给润滑油的任何机械泵的需要，对于整个风力涡轮机系统而言该机械泵可能是笨重而昂贵的。此类机械泵也可能在向风力涡轮机齿轮箱供给油的时候失效。因此，本发明利用一种技术来使干式贮槽风力涡轮机齿轮箱转变为湿式贮槽风力涡轮机齿轮箱，即使在怠速或网损期间或在紧急情况期间。

此外，本领域技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的可替换性。同样，所述的各种方法步骤和特征以及对于各个方法和特征的其它已知的等同物可以通过本领域普通技术人员根据本公开的原理结合和搭配以构造另外的系统和技术。当然，应该理解的是没有必要根据任何特定的实施例而可以达到所有此类上述的目标或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到本文描述的系统和技术可以以达到或最优化本文教导的一个优点或一组优点的方式使用或实施，而没有必要达成本文可能教导或暗示的其它目标或优点。

虽然本文仅仅图解和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将会想到许多修改和变化。因此，应该明白的是所附的权利要求意图覆盖所有落在本发明的实质精神内的此类修改和变化。

Claims (9)

1.一种用于流体涡轮机齿轮箱(14)的润滑系统(10)，所述润滑系统包括：

在怠速或电网损耗的至少其中一种情况期间通过油箱(106)或液力蓄压器(36)向所述流体涡轮机的齿轮箱(104)提供油用于润滑的供给子系统(16)；

常开控制阀(20，40，108)，所述常开控制阀在油箱(106)或液力蓄压器(36)排放期间允许油从油箱(106)或液力蓄压器(36)向齿轮箱(104)流动；和

用于控制在所述润滑系统中油的流动的控制子系统(18)，所述控制子系统配置成在正常操作条件期间通过电能将所述常开控制阀(20，40，108)维持在关闭位置。

2.根据权利要求1所述的润滑系统，其特征在于，所述润滑系统通过使干式贮槽齿轮箱转换为湿式贮槽齿轮箱而提供润滑用于飞溅润滑。

3.根据权利要求1所述的润滑系统，其特征在于，所述流体涡轮机齿轮箱包括风力涡轮机齿轮箱或海洋流体动能涡轮机齿轮箱。

4.根据权利要求1所述的润滑系统，其特征在于，所述润滑系统包括用于收集流出所述齿轮箱的油的排放箱(26)。

5.根据权利要求4所述的润滑系统，其特征在于，所述润滑系统包括用于从所述排放箱向所述供给子系统泵送油的泵(28)。

6.根据权利要求1所述的润滑系统，其特征在于，所述供给子系统包括位于所述齿轮箱上方的预先确定的高度处用来向所述齿轮箱提供油的所述油箱。

7.根据权利要求1所述的润滑系统，其特征在于，所述液力蓄压器设在任何便利的位置处，并且其中，所述液力蓄压器包括用油与压缩气体填充的压力存储器并通过重力或在压力下提供油以润滑所述齿轮箱的各个部件。

8.一种用于润滑流体涡轮机齿轮箱(104)的方法，所述方法步骤包括：

提供在电网损耗或怠速期间用于向所述齿轮箱供给油用于飞溅润滑的供给子系统(16)；

利用控制子系统控制多个方向控制阀(40，44)和多个排出端口来允许油的受控制的流动，所述受控制的流动包括从油箱(106)或液力蓄压器(36)向齿轮箱(104)流动，并且，所述控制子系统配置成在正常操作条件期间通过电能将位于所述供给子系统和所述齿轮箱之间的方向控制阀维持在关闭位置；

在排放箱(26)中收集流出变速器的油；和

通过向所述供给子系统泵送油来循环利用收集在所述排放箱中的油。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括在并网条件期间所述供给子系统的加注和在网损与怠速期间排放所述供给子系统。