本发明涉及一种监测风力涡轮机的轴承内部的润滑剂的量的方法。此外，本发明涉及风力涡轮机的轴承并且涉及包括这种轴承的风力涡轮机。
背景技术：
许多类型的轴承包括诸如脂或者油的润滑剂以用于减少轴承的磨损和疲劳。特别地，通过在轴承内部设置润滑剂使得轴承的滚动元件和/或滚道的磨损和疲劳减少。
一些润滑的轴承需要频繁的定期维护以便防止过早失效。其它润滑的轴承则需要很少的维护，这些轴承由诸如“密封的轴承”或者“耐用密封”等术语来进行描述。密封的轴承包括诸如橡胶唇口等密封件，该密封件尽可能好地避免轴承内部的润滑剂泄漏到周围环境或者使其最小化。
然而，在实践中，润滑剂从轴承一定程度的泄漏常常是可接受的。这具有如下结果：即，随着时间的推移，轴承内部的润滑剂的量会减少。进而，这就需要时不时地再次填充润滑剂。
关于定制和计划将润滑剂再次填充到轴承中的时间的高度相关的问题是存在于轴承内部的润滑剂的量实际为多少的问题。不幸的是，要确定轴承内部的润滑剂的量相当困难。换言之，很难确定轴承内部的润滑剂的填充水平。
在现有技术中，对润滑剂的填充水平的确定需要由检查轴承的维护人员手动地执行。对于大型工业类轴承而言，这常常是用内视镜来完成的。然而，这意味着可能需要专业维护人员。此外，为了确定轴承内部的润滑剂的填充水平而进行频繁访问以检查轴承成本很高。
在现有技术中，另一种方法是忽视轴承内部的润滑剂的实际填充水平，并且代替地以预定的间隔来执行润滑剂的再次填充。这具有的缺点是进行次优时间的维护以用于再次填充轴承。特别地，对于风力涡轮机的轴承而言，在风力涡轮机定位在难以接近的地点处的情况下，为了将润滑剂再次填充到轴承中所做的不必要的维护访问成本很高。难以接近的地点例如有近海地点或者在偏远和/或多山区域的地点。
最后，要注意的是，润滑剂到轴承中的延迟的再次填充可能会由于磨损而引起相当大的成本。因此，在极低填充水平的润滑剂下进行操作的轴承可能会引起相当大的维修成本。
技术实现要素：
因此，存在提供一种如何以简单且可靠的方式来监测风力涡轮机的轴承内部的润滑剂的量的概念的期望。
该问题由独立权利要求解决。在从属权利要求中描述了有利实施例和改进例。
根据本发明，提供了一种监测风力涡轮机的轴承内部的润滑剂的量的方法，其中，该轴承包括：润滑剂，该润滑剂用于减少轴承的磨损和疲劳；密封件，该密封件用于使从轴承泄漏出的润滑剂的量最小化；以及通风装置，该通风装置具有至少一个压力补偿孔以用于实现密封的轴承与周围环境之间的压力补偿。此外，该轴承包括润滑剂排出孔，该润滑剂排出孔用于使得润滑剂以受控的方式离开轴承。该方法包括如下步骤：通过压力补偿孔将压缩介质吹到轴承中；测量轴承内部的压力；以及基于测量的压力来确定轴承内部的润滑剂的量。
润滑剂的使用以及密封件的使用通常是轴承的标准解决方案。同样熟知的是将这类轴承用于风力涡轮机。
同样，对于风力涡轮机的轴承而言，在轴承中提供润滑剂排出孔也是常见选项。这样的润滑剂排出孔的目的在于提供使润滑剂以受控的方式离开轴承的手段。换言之，用过的润滑剂（诸如例如，用过的脂）能够由通道离开轴承并且被引导到例如润滑剂容器中。用过的润滑剂被收集在该润滑剂容器中并且能够在风力涡轮机的常规维护访问期间被处理。
轴承的另外的特征（即，包括至少一个压力补偿孔的通风装置）在现有技术中显然不是用于风力涡轮机的轴承的标准解决方案。通风装置的目的在于实现并且确保轴承内部的压力与轴承外部的压力基本上相等。这是有利的，因为轴承内部的过压（overpressure）具有如下效果：其使得密封件在一个方向上被推动，从而使得润滑剂从轴承泄漏出的泄漏率增加。换言之，在没有用于减小轴承内部的过压的手段的情况下，不利的高泄漏率的风险增加。
本发明的关键方面在于，通过压力补偿孔的使用，压缩介质（诸如，空气）被吹到轴承中，因而故意在轴承内部生成过压。测量该过压给出关于轴承内部的润滑剂的实际填充水平的指示。该指示（即，该洞察）是通过如下事实来得出的：通过将一定的预定量的压缩介质吹到轴承中所产生的压力增加显著地取决于轴承内部的空气的可用容积。
举个具体的示例，在第一情境中，轴承内部的容积的1/5填充有空气，而容积的4/5则填充有润滑剂。在该第一情境中，通过吹进预定量的压缩介质来实现相对高的压力增加。另一方面，在第二情境中，假定轴承内部的容积的1/5由润滑剂填充，并且容积的4/5由空气填充，则通过在轴承内部吹进相同量的压缩介质实现相对小的压力增加。通过在吹进压缩介质期间或者之后测量轴承内部的压力，能够确定轴承内部的润滑剂的量。因此，轴承内部的润滑剂的量被间接地测量。
本发明的方法的关键优点在于，为了确定轴承内部存在的润滑剂的量，不需要对轴承内部进行视觉检测。此外，能够想象使公开的方法步骤自动化，以使得甚至能够远程地执行该方法。这具有如下优点：甚至能够远程地确定和监测轴承内部的润滑剂的填充水平。因此，本发明的方法公开了下述概念：其中，与常规方法相比，对轴承内部的润滑剂的量的确定是高度简化和改进的。
在本发明的实施例中，以绝对值来测量轴承内部的压力。例如，在执行本发明的方法期间或者之后确定轴承内部的压力为1.08巴（bar）。然后，能够将该测量的绝对值与初始值（即，默认值，即是说，在将压缩介质吹进之前轴承内部的压力）进行比较。在给定示例中，该初始值可以是一巴。然后，通过从测量的压力中减去轴承的初始压力来计算轴承内部的压力增加。在给定示例中，这导致0.08巴的压力增加的结果，该压力增加是通过将压缩介质吹到轴承中来引起的。
在下文中，解释了可以如何具体地确定轴承内部的润滑剂的量的两个替代例。
在第一替代例中，通过借助参考曲线使最大压力增加与轴承内部的润滑剂的量相互关联来确定轴承内部的润滑剂的量。
具体地，通过如下方式来获得压力增加：测量轴承内部的压力的绝对值并且从该测量的绝对值中减去轴承的初始压力。在将压缩介质吹到轴承中期间连续不断地确定该压力增加。然后，识别出最大压力增加，并且使用该最大压力增加值来确定轴承内部的润滑剂的量。有利地，这借助参考曲线来完成。该参考曲线（其也可以被称为“校准曲线”）的特征在于：压力增加取决于润滑剂的量。该参考曲线需要对于特殊类型的轴承进行一次确定并且然后能够连续地使用以便将特定压力增加值转化为存在于轴承内部的润滑剂的量。这是必须的，因为本发明的方法是用于监测轴承内部的润滑剂的量的间接方式。
用于实现对轴承内部的润滑剂的量的确定的第二替代例是：通过使时间相关的压力增加的比率（即，斜率）与轴承内部的润滑剂的量相互关联。
具体地，与具有高润滑剂填充水平（即，在轴承内部具有小空气容积）的轴承相比，具有低润滑剂填充水平（即，在轴承内部具有高空气容积）的轴承的特征在于轴承内部的压力增加较小。因此，施加和吹进一定量的压缩介质在高润滑剂填充水平的情况下导致轴承内部的压力的相对强烈且急剧的增加，并且在低润滑剂填充水平的情况下导致相对疲软且平缓的增加。
如果能够确保轴承内部的容积基本上被密封，则第一替代例尤其有利。换言之，在轴承的内部与周围环境之间不应有“接触”或者仅仅有可忽略的“接触”。假定一般而言通过轴承的密封件来实现该密封，则仅需要确保仅仅润滑剂排出孔在确定润滑剂的填充水平期间实际上完全地或者广泛地被堵塞（即，被覆盖）。一般而言，如果润滑剂排出孔足够小并且离开润滑剂排出孔的润滑剂的量足够高，则能够实现润滑剂排出孔的该完全或者几乎完全的堵塞。在实践中，该假定（或者前体）是在轴承的相对高的填充水平下（即，在相对多的润滑剂仍存在于轴承内部的情况下）给出的。
当在将压缩介质吹到轴承中时的整个时间跨度期间不能确保润滑剂排出孔完全或者几乎完全被堵塞时，第二替代例是特别有吸引力且有利的。例如，假定将压缩介质吹到轴承中的时间跨度达到二十秒。如果润滑剂排出孔在例如十秒之后通过将用过的润滑剂推出润滑剂排出孔而被释放，则在轴承内部测量的压力可能会在润滑剂排出孔被释放时的那一刻突然减小。原则上，这不是本方法所期望的。至少在旨在将最大压力增加值用作轴承内部存在的润滑剂的量的量度时这是不令人期望的。但仍可以使用在将压缩介质吹到轴承中期间从开始直到润滑剂排出孔被释放的瞬间的数据，即是说，通过分析轴承内部的压力增加的比率（即，斜率）。换言之，对测量的时间相关的压力的第一导数进行分析并且使其与轴承内部的润滑剂的量相互关联。
有利的是使用压缩机单元，该压缩机单元与压力补偿孔连接以用于通过压力补偿孔将压缩介质选择性地吹到轴承中。经验已经表明，在两秒与六十秒之间的时间跨度（特别是在十秒与三十秒之间的时间跨度）对于将压缩介质吹到轴承中是有利的。
优选的时间跨度的给定值基于如下发现：即，如果将时间跨度选择得非常小，则难以监测和观察在轴承内部的低润滑剂填充水平的情况与高润滑剂填充水平的情况之间的压力增加的明显差异。另一方面，如果将时间跨度选择得非常大（例如，大于一分钟），则这会具有如下缺陷：在相对长的时间跨度期间在轴承内部故意创建出过压，如已经提到的，原则上这不是令人期望的，因为轴承内部的任何过压都会使得润滑剂离开轴承的泄漏率增加。因此，需要在如下两种情况之间找出折衷点：使用过压达有限的时间跨度以便间接地监测轴承内部的润滑剂的量，然而不会创建出使润滑剂离开轴承的不良泄漏源。
有利的是将压缩机单元的压力（即，通过压力补偿孔将压缩介质吹到轴承中的压力）设定在如下水平：该压力水平使得轴承内部的反压对在特定时间跨度期间被吹到轴承中的压缩介质的容积的影响是可忽略不计的。这能够通过选择由压缩机单元提供的足够高的压力来实现。举个具体示例，如果轴承内部的压力在1.0巴与1.3巴之间的范围内，则利用至少2.0巴的压力将压缩介质注射到轴承中确保将基本上相同容积的压缩空气注射到轴承中，而不管轴承内部的压力是处于上文给出的压力范围的下限处还是上限处。
在有利实施例中，轴承进一步包括至少一个排出孔阀以用于选择性地关闭润滑剂排出孔。通过具有这种用于故意关闭（即，闭合）润滑剂排出孔的阀，有利地能够通过如下另外的步骤来改进该方法：在将压缩介质吹过压力补偿孔期间借助排出孔阀来关闭润滑剂排出孔；以及在已经测量轴承内部的压力之后借助排出孔阀来打开润滑剂排出孔。
该排出孔阀的关键方面在于，通过激活（即，故意关闭润滑剂排出孔），该分析并不取决于如下假定：即，润滑剂排出孔在压缩介质被吹到轴承中的整个时期期间都通过用过的润滑剂保持堵塞。换言之，提供该排出孔阀也使得能够应用第二替代例（即，通过评估压力增加的比率或者斜率来确定轴承内部的润滑剂的量），而且该排出孔阀还允许可靠地使用第一替代例，即是说，评估轴承内部的最大压力增加并且使该值与轴承内部的润滑剂的填充水平相互关联。因此，这使得监测更加灵活且更加可靠。
此外，由于该排出孔阀仅意味着待添加最小的构造细节，所以该排出孔阀的提供是有利的。此外，这些阀是标准装置，所以购买便宜且易于添加至现有的轴承。
该排出孔阀可以被气动控制、液压控制和/或电控制。原则上，其甚至可以被机械控制。该阀的激活有利地被远程地执行。
此外，排出孔阀能够被主动控制或者被动控制。被动控制阀的示例是预加载阀，例如，由机械弹簧预加载，该预加载阀在默认状态下使润滑剂排出孔闭合并且只有在预定压力（例如，0.15巴的过压）下才打开该润滑剂排出孔。
在另外的实施例中，排出孔阀的激活被自动地执行并且可以被包括到一般风力涡轮机控制器中，从而使得风力涡轮机的操作更安全并且使得维护和维修工作更高效。
作为第一选项，在由于轴承（例如，风力涡轮机的主轴承）内部的润滑剂的低填充水平而引起的警告的情况下，能够将自动润滑系统编程为通过将预定量（例如，二十升）的润滑剂（例如，脂）泵送到轴承中而使新鲜润滑剂的注射加速。
作为第二选项，在由于风力涡轮机的主轴承内部的润滑剂的低填充水平而引起的警告的情况下，可以将排出孔阀编程为关闭并且因此使润滑剂排出孔完全地闭合。这将会使得从轴承泄漏出的润滑剂的进一步损失减小（因为润滑剂的损失被定义为通过密封件的泄漏与通过排出孔的泄漏的总和），直到已经执行了用新鲜润滑剂来再次填充轴承。
本发明此外涉及风力涡轮机的轴承，其中，该轴承包括：润滑剂，该润滑剂用于减少轴承的磨损和疲劳；密封件，该密封件用于使从轴承泄漏出的润滑剂的量最小化；以及通风装置，该通风装置具有至少一个压力补偿孔以用于允许在密封的轴承与周围环境之间的压力补偿。此外，该轴承的特征在于：通风装置包括压缩机单元，该压缩机单元与压力补偿孔连接，以使得能够通过压力补偿孔将压缩介质选择性地吹到轴承中。
如在本发明的方法的公开期间已经详细地描述的，与常规方式相比，该轴承实现以简化的方式来监测轴承内部的润滑剂的量。
要注意的是，该轴承与常规轴承的不同在于存在压缩机单元，该压缩机单元连接至压力补偿孔并且能够选择性地施加压力以便将压缩介质推到（即，吹到）轴承中。
该通风装置能够用于间接地确定和监测轴承内部的润滑剂的量。然而，要注意的是，该通风装置也能够用于可靠地确保压力补偿孔保持基本上未阻塞。这是由于下述事实：通过将压缩介质吹过压力补偿孔，其结果是存在于压力补偿孔中的任何干燥润滑剂被吹到轴承中。其结果是，在施加压力之后，压力补偿孔中没有用过的润滑剂。
然而，还要注意的是，在实践中，似乎有利的是使如下过程分隔开：即，确保压力补偿孔保持未阻塞，以及故意将空气吹到轴承中以便间接地监测和确定轴承内部的润滑剂的量。
在有利实施例中，轴承进一步包括润滑剂排出孔，该润滑剂排出孔用于使得润滑剂以受控的方式离开轴承。
避免润滑剂的泄漏发生在随机位置处是有利的，这种情况下首先需要进行识别，并且然后可能难以接近。
换言之，避免过度填充以及随后引发的高泄漏风险是有利的。
同样有利的是，轴承包括使得能够选择性地关闭润滑剂排出孔的构件。该构件的一个非限制性示例是排出孔阀，以具有选择性地关闭（即，闭合）润滑剂排出孔的选项。
本发明能够有利地应用于风力涡轮机的主轴承，因为这些轴承特别易于出现增加的泄漏率和再次填充问题。如果风力涡轮机包括不只一个主轴承，则本发明能够应用于这些主轴承中的一些或者全部。
然而，要注意的是，本发明原则上可应用于风力涡轮机的任何轴承。其甚至还可应用于任何轴承，即，可应用于除了风力涡轮机之外的其它应用中的轴承。
在本发明的一个实施例中，压缩机单元经由柔性软管和/或硬管与压力补偿孔连接。
此外，同样优选的是，通风装置进一步包括另一阀，特别是两通阀，该两通阀被布置为使得阀能够在压力补偿孔的清洁期间闭合，以使得能够将最大压力施加至至少部分地阻塞的压力补偿孔，并且使得阀能够在压缩机单元的非活动状态期间打开，以使得能够实现在密封的轴承与周围环境之间的最大压力补偿。
该阀的提供具有如下效果：使得被吹过压力补偿孔的压缩介质得到最佳地使用和利用。
此外有利的是，通风装置包括压力换能器，该压力换能器用于监测轴承内部的压力。
在实践中，甚至可以使用分布在轴承周围的多个压力换能器，以便甚至更加可靠地确定和监测轴承内部的压力。用于确定轴承内部的实际绝对压力的可靠且简单的方法对于执行本发明的方法而言是根本的。
最后，本发明还涉及用于发电的风力涡轮机，其中，支撑风力涡轮机的转子的风力涡轮机的主轴承包括诸如在上文描述的轴承。
附图说明
现在借助附图仅通过示例的方式对本发明进行描述，在附图中：
图1示出了具有压缩机单元和通风装置的风力涡轮机的主轴承；
图2示出了在压缩机单元处的阀的构造的示意性概览图；
图3示出了与图1中图示的相同的轴承，该轴承此外包括连接至润滑剂容器的润滑剂排出孔；
图4示出了与图2中示出的相同的示意性概览图，但其用于图3的轴承；
图5示出了与轴承内部的润滑剂的量相关的最大压力增加的参考曲线；
图6示出了两个时间相关的压力增加曲线的斜率；以及
图7示出了测量的最大压力增加在三周内的示例性进展。
附图中的图示是示意性的。要注意的是，相同的特征和元件可以由相同的附图标记来表示。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机的轴承10，其中，轴承10包括内轴承环11和外轴承环12。在如图1中图示的示例中，内轴承环11是静止的，并且外轴承环12是可旋转的。这应被理解为，内轴承环11相对于风力涡轮机的机舱和塔架是静止的，而外轴承环12相对于风力涡轮机的机舱是可旋转的。在图1的示例中，内轴承环11和外轴承环12具有环形形状并且以同轴的方式布置。例如，轴承可以是滚子轴承，诸如，三滚子轴承或者双锥形轴承。
内轴承环11包括压力补偿孔21。压力补偿孔21的目的是实现轴承10内部的压力与周围环境之间的压力补偿。压力补偿孔21与连接构件22（例如，柔性软管）直接连接。压缩机单元23布置在连接构件22的相对端处，即，与压力补偿孔21相对。压缩机单元23是用于在几秒的脉冲长度期间提供压缩空气的脉冲的小空气压缩机。压缩机单元23由激活和停用该压缩机的控制器配置。
通风装置20此外包括压力换能器25。压力换能器25布置在内轴承环11处并且能够连续地监测轴承10内部的压力。压力换能器25可以特别地能够以无线方式将确定的压力值传送至控制器单元，在该控制器单元处对这些压力值被进一步处理。
图2示出了通风装置20的实施例的示意图。在该实施例中，降压构件26从连接构件22处转向以用于以受控的方式将过加压的空气从轴承内部引导到周围环境中。能够电激活的两通阀24位于降压构件26处。如果压缩机单元23被激活，即，加压空气被吹到压力补偿孔21中，则两通阀24闭合。这确保高效且强劲的压力脉冲通过压力补偿孔21。在清洁程序之后（即，在压缩机单元23停用之后），两通阀24打开以使得来自轴承内部的空气能够流过连接构件22并且随后流过降压构件26到达周围环境中。这最终导致从轴承泄漏出的润滑剂减少。
图3示出了与图1中相同的风力涡轮机的轴承10，此外其包括连接至润滑剂容器29的润滑剂排出孔27。轴承10包括内轴承环11和外轴承环12。内轴承环11和外轴承环12由相对小的间隙隔开。在该间隙中可以布置有滚动元件，诸如，球体或者筒体。为了减小轴承（尤其是轴承的滚动元件和滚道）的磨损和疲劳，润滑剂存在于该间隙中，即，在内轴承环11与外轴承环12之间的容积中。
此外，内轴承环11包括压力补偿孔21。该压力补偿孔21实现轴承内部的容积与周围环境之间的压力平衡。压力补偿孔21经由连接构件22与压缩机单元23直接连接。压缩机单元23的目的在于通过压力补偿孔21将压缩介质故意地和选择性地注射到轴承10中。借助于此，压缩机单元23一方面能够将存在于压力补偿孔21中的用过的且干燥的润滑剂吹到轴承中，并且另一方面其提供了用于在轴承内部故意地创建过压的手段，从而能够用于监测轴承内部的润滑剂的量。
要注意的是，图3的轴承10也包括润滑剂排出孔27，该润滑剂排出孔27经由另外的连接构件221与润滑剂容器29连接。润滑剂排出孔27的目的在于使得用过的润滑剂能够以受控的方式离开轴承。在实践中，这意味着用过的润滑剂经由润滑剂排出孔27离开轴承并且经由另外的连接构件221被引导到润滑剂容器29中。然后，润滑剂容器29本身能够由维护人员手动地清空和处理。作为示例，对于具有直径为三米的内轴承环11的轴承，润滑剂排出孔27的尺寸可以是直径为16毫米并且长度为130毫米。
图4在示意图中示出了图3的轴承。为了清晰起见以及为了避免重复，对图4的以下描述着重于与图2相比在图4中显示的附加特征。作为一个附加特征，图4图示了排出孔阀28，该排出孔阀28定位为邻近于润滑剂排出孔27。排出孔阀28能够用于通过选择性地关闭排出孔阀28来选择性地使润滑剂排出孔27闭合。排出孔阀28有利地被电激活或者被气动/液压激活。这样的激活有利地能够远程地执行。
图5示出了参考曲线30，该参考曲线30使润滑剂的量32与最大压力增加31相互关联，其已经被命名为用于确定轴承内部的润滑剂的量32的第一替代例。具体地，参考曲线30示例性地显示了以升为单位的润滑剂的量32与以巴为单位的压力增加的比较，其中，压力增加指的是在一次测量期间所实现的最大值。例如，如果确定0.02巴的相对小的压力增加，则这表明这暗示润滑剂的填充水平达到40升的相对低的值。另一方面，如果测量到例如0.1巴的高压力增加，则这暗示轴承中的润滑剂的约100升的高填充水平。这种参考曲线对于每种特定类型的轴承是需要的，并且确保将确定的最大压力增加分配给存在于轴承内部的润滑剂的量。
图6图示了用于确定轴承内部的润滑剂的量的第二替代例，即，经由对随着时间推移的压力增加的斜率进行评估。压力增加仍以巴为单位进行显示，而时间轴则以秒为单位进行显示。能够看到，典型的测量持续大约几秒钟。呈实线的曲线显示了实际测量的压力增加（要注意的是，实际上测量的是轴承中的绝对压力并且通过从该测量压力中减去初始压力来计算压力增加）。图6中的虚线象征着在假定不会发生由于润滑剂排出孔的解封而引起测量的中断的情况下压力增加的测量曲线的发展和进展。尽管由于润滑剂排出孔的中断性解封而使得还未获得理论上可能的最大压力值，但能够从测量结果中得到有价值的信息。在该示例性情况中，具有达到0.06巴的测量的压力增加的第一曲线与相对高的润滑剂填充水平相互关联，而具有达到0.04巴的测量的压力增加的第二曲线暗示与第一曲线相比更小的填充水平。原则上，通过定量地评估曲线的斜率，甚至能够得到关于润滑剂的填充水平的定量描述。
最后，图7图示了在三周的时间段期间的最大压力增加的确定值的示例。要注意的是，在X轴线上显示了以天为单位的时间。在该示例中，每天执行一次测量。在测量周期的开始，获得的最大压力增加相对高，达到约0.1巴。该水平一直维持到第五天。随后，可实现的最大压力增加减小直到第十七天。在第17天的测量之后，进行润滑剂到轴承中的再次填充，这通过在第18天明显增加的最大压力值而清楚地可见。
在如图7中图示的示例中，能够清楚地看到本发明的优点：在不用使维护人员亲自出现在风力涡轮机处的情况下，能够简明地分析轴承内部的润滑剂的填充水平的降低，从而在第17天进行维护访问以在轴承内部再次填充润滑剂。换言之，本发明提供了一种用于监测风力涡轮机的轴承内部的润滑剂的量的高度简化且可靠的方法。