风力涡轮机的涂覆部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及作为风力涡轮机的一部分的部件。该部件与润滑剂接触并且承受与润滑剂接触的影响。本发明还涉及减少原子氢向风力涡轮机的部件内扩散的方法。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机中的轴承通常遭受脆性剥落，这导致轴承的过早失效。这会导致轴承的零件或轴承整体的昂贵的更换。脆性剥落被认为是由于滚动疲劳载荷和可扩散氢的存在的结合所导致。当维护条件导致润滑剂的分解时，氢从用过的润滑剂释放。使润滑剂分解的维护条件能够由流经轴承的电流所导致。此外，在严重负载下的摩擦化学、摩擦机械和摩擦物理条件能够导致润滑剂的分解。
[0003]因此，本发明的目标是提供一种避免或者至少减少原子氢向风力涡轮机的部件内扩散的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目标是通过独立权利要求实现的。在从属权利要求中公开了本发明的进一步特征。
[0005]根据本发明，提供一种具有涂层的部件，其中该部件是风力涡轮机的一部分，该部件接触润滑剂并且润滑剂包含原子氢。涂层至少部分地覆盖部件的表面。通过诱发原子氢重组成氢气，涂层减少原子氢向部件内的扩散。
[0006]在本申请的背景下，风力涡轮机是能够将来自风的风能(即动能)转换成机械能的装置。有利地，机械能随后被用于发电。风力涡轮机也被称为风力发电站。
[0007]风力涡轮机包括塔、机舱、发电机、转子、毂和转子叶片。机舱被设置成经由偏航轴承可随塔的顶部旋转。机舱容纳发电机。另外，转子的大部分也被机舱容纳。毂经由主轴承被安装成相对于机舱可旋转。可以例如是两个转子叶片或三个转子叶片或甚至更多个转子叶片的转子叶片被附接到毂。最常见建造的风力涡轮机是变桨风力涡轮机，其表示每个转子叶片经由变桨轴承被可旋转地安装到毂。
[0008]因此，在常见建造的风力涡轮机中能够存在不同大小和功能的多个轴承。这些轴承必须支撑相当大的载荷。一方面，诸如风力涡轮机的部件的净质量和重量或者撞击风力涡轮机的风流动的持续载荷作用在轴承上。另外，诸如阵风引发的极端载荷作用在轴承上。因为认为风力涡轮机应该在通常严酷的条件中运转数十年，所以风力涡轮机的部件的过早失效是个问题。具体与轴承有关的一个过早失效机理被认为是由于脆性剥落或白蚀裂纹所导致的。该失效机理与原子氢的扩散有关，该原子氢扩散到风力涡轮机的部件(例如轴承的零件)内。随后，氢原子使材料性质弱化，特别是延展性，这导致材料的微观结构的内部局部变形。随后，这会导致纳米晶白蚀结构和裂纹形成。
[0009]本发明的构思是向所考虑的风力涡轮机的部件施加涂层。涂层被选择成使得其诱发原子氢重组成氢气。因此，阻止或减少了如所说的原子氢向部件内的扩散。换言之，借助于涂层阻止了可能损坏且危害部件的原子氢进入(即扩散到)部件内。涂层本身诱发原子氢反应(即重组)成氢气，其中所述氢气不易于如原子氢那样进入或扩散到部件内。
[0010]有利地，部件完全被涂层覆盖。然而，仅覆盖部件的表面的一部分也是足够的。
[0011]在有利实施例中，部件相对于风力涡轮机的另一部件处于相对运动。
[0012]因此，如果在产生摩擦处所述涂层被应用到部件，则所述涂层是特别有价值的。这对于规律地产生摩擦的部件而言是特别有意义的。换言之，当发生摩擦学相互作用(其通常称为磨损)时，涂层是尤其有利的。磨损的主要类型包括磨蚀、摩擦、腐蚀和侵蚀。虽然磨损已经被润滑剂减少，但是在风力涡轮机的持续运转期间磨损仍然是一个问题。
[0013]在另一有利实施例中，部件与另一部件直接接触。
[0014]在另一有利实施例中，原子氢是由于在部件和另一部件之间的摩擦学相互作用和/或由于流经润滑剂的电流所导致的润滑剂的部分分解的产物。
[0015]摩擦学相互作用的一部分、流经润滑剂的电流也会有助于在润滑剂中产生原子氢，这随后会损坏部件。在风力涡轮机的轴承的环境中的电流尤其在主轴承的情况中是有重要作用的。主轴承主要将风力涡轮机的转子连接于定子。因为两个零件具有与发电机的直接连接，在此会产生电流，所以实际上将难以完全避免电流流经主轴承。
[0016]在另一有利实施例中，部件是轴承，具体地是风力涡轮机的主轴承。
[0017]在另一有利实施例中，部件包括轴承的滚动元件和/或滚道。
[0018]原则上，滚动元件轴承包括滚珠或滚子，其用于减小在两个轴承部件之间的摩擦。被用于滚动元件轴承中的滚动元件可以是圆柱滚子、锥形滚子、球面滚子或滚针。
[0019]锥形滚子轴承例如具有如下优点:其能够承载大的轴向力并且能够承受大的径向力。这例如有益于将轴承用作风力涡轮机中的主轴承。
[0020]在另一有利实施例中，部件包含金属，具体是钢。
[0021]钢具有易于获取且具有高强度的优点。
[0022]在另一有利实施例中，涂层的平均厚度低于10微米。
[0023]涂层的最佳厚度取决于多个因素。一个因素是部件的大小。例如如果部件的大小仅在例如毫米或厘米的范围内，则纳米范围内的涂层平均厚度会是足够的。影响涂层的最佳平均厚度的另一个因素是在风力涡轮机运转期间产生的磨损强度，即摩擦量。如果所考虑的部件易于遭受相当大的磨损，则推荐更厚的涂层。这也应用于横穿或进入润滑剂内的电流的量，该电流的量也对涂层的推荐厚度具有影响。
[0024]在另一有利实施例中，涂层包含催化剂，具体是固体催化剂，以用于诱发原子氢重组成氢气。
[0025]如化学反应的通常情况那样，所需化学反应可以通过添加催化剂被增强或诱发。
[0026]有利地，催化剂是骨架催化剂，具体是骨架金属催化剂。
[0027]在另一有利实施例中，涂层包含镍。
[0028]具体地，涂层包含拉内镲(Raney镲)。拉内镲是主要由从镲销合金得到的镲构成的细粒固体。各种细粒是已知的，不过大部分是灰色固体。
[0029]此外，本发明涉及通过使用至少部分覆盖风力涡轮机的部件的表面的涂层来减少原子氢向该部件内的扩散的方法。所述部件接触润滑剂，其中润滑剂包含原子氢并且涂层被构成使得诱发原子氢结合成氢气。
[0030]随后借助于图1更具体地示出本发明。图1示出了优选构造并且不限制本发明的范围。
【附图说明】
[0031]图1示出了具有涂覆部件的滚动元件。
【具体实施方式】
[0032]图1示出了滚动元件轴承3，其包括第一轴承元件7和第二轴承元件8。图1中示出滚动元件轴承3可以例如代表风力涡轮机的主轴承。第二轴承元件8可以相对于风力涡轮机的机舱和塔静止，而第一轴承元件7可以相对于第二轴承元件8可旋转。在图1中，分别示出了第一轴承元件7和第二轴承元件8的滚道I。两个滚道I彼此间隔开一定间隙。该间隙填充有润滑剂4。由于润滑剂4的退化，基于双原子氢气产生原子氢。
[0033]原子氢可对轴承元件7、8以及滚动元件2具有有害影响。更具体地，会产生也被表述为白蚀裂纹的脆性剥落。为了防止或者至少减缓原子氢向轴承元件7、8或滚动元件2内的扩散，各个部件的表面有利地被涂层5覆盖。
[0034]在图1的示例中，第一轴承元件7的滚道1、第二轴承元件8的滚道I和滚动元件2全部被涂层5覆盖。替代性地，也能够仅覆盖轴承元件7、8的滚道I和滚动元件2中的一者或两者。示例性地，涂层5的厚度6达到5微米。
[0035]附图中的图示是示意性形式。
[0036]虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是应该理解的是本发明不被所公开的示例限制，并且在不背离本发明范围的情况下本领域技术人员可以对其作出大量额外的改进和变化。
[0037]还应该注意到，贯穿本申请“一”或“一种”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或者要素。而且，结合实施例描述的要素可以相组合。还应该注意到，权利要求中的附图标记不意味着限制权利要求的范围。
【主权项】
1.一种具有涂层(5)的部件， 其中 所述部件是风力涡轮机的一部分， 所述部件接触润滑剂(4)并且所述润滑剂(4)包含原子氢，以及 所述涂层(5)至少部分地覆盖所述部件的表面， 其特征在于 通过诱发所述原子氢重组成氢气，所述涂层(5 )减少所述原子氢向所述部件内的扩散。
2.根据权利要求1所述的部件， 其特征在于所述部件相对于所述风力涡轮机的另一部件处于相对运动。
3.根据权利要求1或2所述的部件， 其特征在于所述部件与所述另一部件直接接触。
4.根据前述权利要求中任一项所述的部件， 其特征在于所述原子氢是由于在所述部件和所述另一部件之间的摩擦学相互作用和/或由于流经所述润滑剂(4)的电流所导致的所述润滑剂(4)的部分分解的产物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的部件， 其特征在于所述部件是轴承，具体是所述风力涡轮机的主轴承。
6.根据前述权利要求中任一项所述的部件， 其特征在于所述部件包括所述轴承的滚动元件(2)和/或滚道(I)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的部件， 其特征在于所述部件包含金属，具体是钢。
8.根据前述权利要求中任一项所述的部件， 其特征在于所述涂层(5)的平均厚度(6)小于10微米。
9.根据前述权利要求中任一项所述的部件， 其特征在于所述涂层(5)包含催化剂，具体是固体催化剂，以用于诱发所述原子氢重组成氢气。
10.根据权利要求9所述的部件， 其特征在于所述催化剂是骨架催化剂，具体是骨架金属催化剂。
11.根据前述权利要求中任一项所述的部件， 其特征在于所述涂层(5)包含镍。
12.—种通过使用至少部分覆盖风力涡轮机的部件的表面的涂层(5)来减少原子氢向所述部件内的扩散的方法， 其中 所述部件接触包含原子氢的润滑剂(4)，以及 所述涂层(5)被构成使得诱发所述原子氢重组成氢气。
【专利摘要】本发明涉及风力涡轮机的涂覆部件。具体地，本发明涉及一种具有涂层（5）的部件，其中该部件是风力涡轮机的一部分，该部件接触润滑剂（4）并且润滑剂（4）包含原子氢。涂层（5）至少部分地覆盖所述部件的表面。通过诱发所述原子氢重组成氢气，所述涂层（5）减少所述原子氢向所述部件内的扩散。本发明还涉及通过使用这种涂层（5）来减少原子氢向风力涡轮机的部件内的扩散的方法。
【IPC分类】F16C33-34, F16C33-66, F16C33-62, F16C33-32, F16C33-58
【公开号】CN104806639
【申请号】CN201510042564
【发明人】R.B.弗兰德森
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年1月28日
【公告号】EP2899398A1, US20150211495