(57)【要約】  風力タービン変速機システムは、０．２５ミクロン未満の表面粗さに仕上げられた噛み合いギヤ面を有する入力ギヤ段と、入力ギヤ段を支持する少なくとも１つの軸受とを含む。潤滑回路は、風力タービンの運転中に潤滑剤を入力ギヤ段および軸受に送達するように構成され、送達前に２ミクロン未満の粒子を潤滑剤から除去するためのインラインフィルタを含む。システム用の潤滑剤は、従来の風力タービン変速機潤滑剤と比べて相対的に低い粘度を有することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．２５ミクロン未満の表面粗さＲａに仕上げられた噛み合いギヤ面を有する入力ギヤ段と、
入力ギヤ段を支持する少なくとも１つの軸受と、
風力タービンの運転中に潤滑剤を入力ギヤ段および軸受に送達するように構成され、かつ送達前に潤滑剤から２ミクロンを超え、好ましくは１ミクロンを超える粒子を除去するための公称孔径を有するインラインフィルタを含む、潤滑回路と、
潤滑回路内の大量の潤滑剤であって、６８から３００の間、好ましくは１００から２２０の間、最も好ましくは約１５０のＩＳＯ  ＶＧを有する潤滑剤と、
を備えた風力タービン変速機システム。
【請求項２】
高速ギヤ段と高速軸受とをさらに備え、高速ギヤ段が０．２５ミクロン未満の表面粗さＲａに仕上げられた噛み合いギヤ面を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
１つ以上の軸受も０．２５ミクロン未満の表面粗さＲａに仕上げられた、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
１ＭＷを超え、より好ましくは１．５ＭＷを超える能力に定格された、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
潤滑回路がポンプを含み、インラインフィルタがポンプの高圧側に配置された、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
インラインフィルタが、ガラス繊維、または改質ガラス繊維、または金属、またはいずれかの独自ポリマを含む表面フィルタである、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
インラインフィルタに並列に接続されたオフラインフィルタをさらに備えた、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
好ましくは変速機のサンプ領域に位置する磁気フィルタをさらに備えた、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
噛み合いギヤ面が平坦化され、好ましくは１．００ミクロン、より好ましくは０．５０ミクロン以下の平均山ないし平均高さ粗さＲｐｍを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
噛み合いギヤ面が化学的加速振動仕上げ面である、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
潤滑剤が８５％超の鉱物または合成基油、好ましくは９５％超の基油、最も好ましくは約９９％の基油を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
潤滑剤が消泡剤を実質的にまたは全く含まない、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
潤滑剤が５００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満のリン濃度を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
潤滑剤が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の亜鉛濃度を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
潤滑剤が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の窒素濃度を有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
潤滑剤が２０ｐｐｍ未満、好ましくは５ｐｐｍ未満の硫黄濃度を有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは２ｐｐｍ未満のモリブデン濃度を有する、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のホウ素濃度を有する、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のケイ素濃度を有する、請求項１から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
超仕上げ重要表面を有する風力タービン変速機の動作中の潤滑剤の使用であって、３００より低く、好ましくは２００より低いＩＳＯ粘度グレードの潤滑剤を提供するステップと、インラインフィルタを介して潤滑剤を重要表面に循環させるステップとを含み、インラインフィルタが、送達前に潤滑剤から２ミクロンを超え、好ましくは１ミクロンを超える粒子を除去するための公称孔径を有する、使用。
【請求項２１】
潤滑剤が少なくとも毎分６０リットル、好ましくは少なくとも毎分１００リットルの流量でフィルタを介して循環する、請求項２０に記載の使用。
【請求項２２】
潤滑剤が５００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満のリン濃度を含む、請求項２０または２１に記載の使用。
【請求項２３】
潤滑剤が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の亜鉛濃度を含む、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２４】
潤滑剤が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の窒素濃度を含む、請求項２０から２３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２５】
潤滑剤が２０ｐｐｍ未満、好ましくは５ｐｐｍ未満の硫黄濃度を含む、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２６】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは２ｐｐｍ未満のモリブデン濃度を有する添加剤を含む、請求項２０から２５のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２７】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のホウ素濃度を有する添加剤を含む、請求項２０から２６のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２８】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のケイ素濃度を有する添加剤パッケージを含む、請求項２０から２７のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２９】
風力タービン変速機用の潤滑剤であって、
少なくとも８５％の基油と、
１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の亜鉛濃度と、
１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の窒素濃度と、
２０ｐｐｍ未満、好ましくは５ｐｐｍ未満の硫黄濃度と、
１０ｐｐｍ未満、好ましくは２ｐｐｍ未満のモリブデン濃度と、
１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のホウ素濃度と、
１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のケイ素濃度と、
を含む添加剤パッケージと、
を含み、
１００から３００の間、好ましくは１５０から２５０の間、最も好ましくは約１５０のＩＳＯ粘度グレードを有する、潤滑剤。
【請求項３０】
約ＩＳＯ  ＶＧ１５０の粘度を有する約９９．２２重量パーセントの鉱物基油またはポリ−アルファ−オレフィン（ＰＡＯ）基油またはそれらの任意の混合物と、耐マイクロピッチング性、耐スカフィング性、および極圧性化合物としても機能する約０．１重量パーセントの耐摩耗性化合物と、耐摩耗性、耐マイクロピッチング性、および耐スカフィング性化合物としても機能する約０．０５重量パーセントの極圧性化合物と、約０．０２重量パーセントの抗酸化性化合物と、約０．０１重量パーセントの防食性または防錆性化合物と、約０．５重量パーセントの分散性化合物と、約０．１重量パーセントの抗乳化剤とを含む、
請求項２９に記載の潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に変速機の潤滑に関し、さらに詳しくは、超仕上げ構成部品を有する大型風力タービン変速機に関連して潤滑を向上するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
相互に可動接触するエンジニアリング構成部品は、摩擦、熱、および摩耗を防止または低減するために、一般的に潤滑を必要とする。運動の負荷、速度、または期間が大きければ大きいほど、潤滑はますます重要になる。ギヤ、軸受、およびカムは全て、何千時間も連続動作するように設計されるエンジニアリング構成部品の例である。正しい潤滑が行われてこそ、そのような動作を首尾よく達成することができる。空気軸受、流体潤滑、および粒子潤滑を含め、様々な潤滑原理が存在する。本発明は、天然および合成両方の油の形の液体潤滑に関係する。
【０００３】
複雑なエンジニアリング構成部品はしばしば、エンジン、変速機、または差動装置のようなシステムの一部として動作する。これらのシステムには、システム全体の要件を全部満たす潤滑を提供することができる。しばしばこれは、システム中を循環する潤滑剤の供給を提供することを必要とする。異なる構成部品に適切な潤滑を提供するために、潤滑剤は慎重に選択しなければならない。ある構成部品はある形の潤滑剤を必要とする一方、別の構成部品には異なるタイプの潤滑剤がより適していることがあるので、しばしばこの選択は妥協である。潤滑剤はまた、特定の動作条件を念頭に置いて選択しなければならない。負荷、速度、または温度の好適な範囲外のシステムの動作は、適切とは言えない潤滑を導くことがある。不適切な潤滑は境界潤滑状態、接触疲労、および最終的に金属面からの凸部の粗い裂開（マイクロピッチング）を導くことがある。裂開した金属凹凸または粒子および特に１ミクロンより大きい粒子は潤滑剤を汚染し、摩耗過程を加速する。特に、そのような粒子は、一般的に、ギヤより薄い膜厚で動作する軸受にとって極めて有害であることがある。
【０００４】
その結果、ギヤの寿命は短くなり、早期の破滅的ギヤ故障が生じることがある。様々な条件に対し潤滑剤をより適したものにしようとして、基油の性能を向上するために、基油に添加剤パッケージが追加されることがある。しかし、これらの添加剤はそれら自体が特定の条件に対して敏感である場合があり、無効になり、あるいは有害にさえなることがあり得る。添加剤はまた往々にして環境的にも望ましくない。
【０００５】
所与の構成部品の潤滑形態を決定する１つの要素は、接触面の表面粗さである。仕上げ技術の最近の進歩は、技術者が以前に可能であったより平滑な表面を達成することを可能にした。追加の要素は仕上げ面の性質である。研磨面またはホーニング加工面は、山と谷が同数存在する比較的対称的な粗さプロファイルを有することがある。他の研磨および仕上げ技術は、主として凸部が除去された平坦化表面を達成することができる。平坦化表面は５０％より大きい材料比（Ｒｍｒ）を特徴とすることができ、一般的に、同様の粗さの対称的表面より優れた荷重負荷能力を有すると認識されている。特に、今や、比較的大型で複雑な構成部品にさえも鏡面状の平滑さをもたらすことのできる、超仕上げ技術が利用可能である。以下では、用語「超仕上げ」および「超仕上げ面」は、表面仕上げが達成される方法には関係なく、０．２５ミクロン以下の粗さ（Ｒａ）を持つ表面仕上げを表すのに使用される。しかし、Ｒａは平坦化された表面と研磨またはホーニング加工された表面とを区別することができないことに留意しなければならない。当業者は、Ｒｐｍ（平均山高さ）のような代替トライボロジパラメータの方が平坦化表面と研磨またはホーニング加工された表面とをよく区別することができることを理解されるであろう。さらに、ラムダ比のような数学的記述は、これらの代替パラメータを用いて定義することができる。
【０００６】
超仕上げ構成部品用の正しい潤滑に関して様々な理論が存在するが、一般的に、そのような表面は、実証済みの従来の結果が適用される許容範囲外で動作する。米国特許出願公開第２００９／０１５１４９４号明細書によると、潤滑剤の膜強度を犠牲にすることなく高温動作を改善するために、超仕上げ面には高粘度の潤滑剤を適用することが有利であり得る。さらなる米国特許出願公開第２００９／０１３７４３６号明細書には、超仕上げ面を有する構成部品を含め、機械的構成部品の荷重負荷能力を改善しかつ表面疲労寿命を向上するために使用することのできる、複雑な添加剤パッケージが開示されている。
【０００７】
潤滑剤が実行してよい追加機能として、表面の摩耗によって形成され得るか異物がもたらす結果としての破片の除去がある。フィルタを介する潤滑剤の循環は、そのような破片を除去し、システムへのさらなる損傷を防止することを可能にする。理論的には、システムに損傷を生じるのに充分な大きさの全ての粒子を除去できるフィルタを有することが望ましい。作動可能な潤滑剤膜厚より大きいサイズを有する粒子は潜在的に有害であるとみなされることがある。それにもかかわらず、フィルタが精細であればあるほど、潤滑剤がそれを通過して循環することが困難になるので、システムから粒子を除去することは必ずしも単純ではない。潤滑剤膜厚はまた、少なくとも部分的に油粘度に依存する。粘度が高くなるにつれて、システムは大きい破片に耐えることができるようになるが、フィルタの流動に対する抵抗のため、そのような破片を濾過で除去することは困難になる。
【０００８】
さらに、潤滑剤の粘度が大きくなると、結果的に寄生摩擦損失は増大する。それは次に熱を発生させ、システムはより高温で運転するか、あるいは追加的な油冷却能力を必要とする。追加の添加剤は、特に冷間始動条件下で、そのような高温を補償するか、さもなくば高粘度の結果を相殺することが特に要求され得る。一般的に、潤滑剤の寿命は温度に大きく依存する。昇温への暴露は、例えば熱酸化のため、潤滑剤を劣化させることがあり得る。
【０００９】
潤滑システムを循環する潤滑剤はまた、空気を同伴する傾向もある。気泡または空気混入は、発泡を生じる傾向のためだけでなく、空気混入の存在が潤滑剤膜の強度を低下させるおそれがあることからも、一般的に望ましくない。高粘度の潤滑剤は、低粘度のものより空気を同伴する傾向が高い。この文脈でもまた、気泡の影響を弱めるため、または気泡の発生を防止するために、添加剤パッケージにさらなる添加剤が提供されてよい。
【００１０】
１つの特定の作動領域として、風力タービン変速機の分野がある。これらのシステムはますます大型化してきており、現在設置されているタービンは定格が典型的には１ＭＷを超えることがある。そのような機械の顕著な特徴は、変速機入力段が非常に低速度（５〜１０ＲＰＭのロータ速度）で動作することである。これは、約６．１４のギヤ比を持つ典型的な１．５ＭＷの遊星ギヤ入力段で、３０〜６０ＲＰＭの入力段サンピニオン速度に相当する。一方、高速出力段は１５００ＲＰＭ以上で回転することがある。ギヤおよび軸受は高い負荷を受け、風力発電業界に独特の極めて厳しい条件下で動作する。潤滑剤パッケージは、これらの変速機が２０年を超える使用寿命を有することを確実にするのに重要な役割を果たす。各変速機で使用される潤滑剤の量は２００リットルを超え、自動車における短い油交換間隔とは異なり、風力タービンは、潤滑剤交換の間、２５，０００時間から５０，０００時間動作しなければならない。変速機は地上１００メートルを超えて延びることがあり得る塔の頂上に位置し、しばしば標高の高い地形または沖合の厳しい気候および遠隔領域に位置するので、潤滑剤の交換も決して簡単な作業ではない。
【００１１】
最も大型の風力タービンに現在承認されている潤滑剤粘度は、少なくともＩＳＯ粘度グレード（ＩＳＯ  ＶＧ）３２０である。ＩＳＯ  ＶＧスケールは、４０℃で測定されたｍｍ２／ｓ単位の動粘性率の世界的に認められた標準である。これ以降、粘度への言及は全てＩＳＯ  ＶＧベースで行われる。認定された粘度は、実際には低速入力段にとっては低すぎ、高速ギヤ段、特に軸受にとっては高すぎると一般的に考えられるので、かなりの妥協である。１．５メガワットタービン以上の高速軸受は、非常に厳しい公差で動作する。高粘度潤滑剤は適切な軸受の転動を制限し、摩擦発熱および摩耗を促進する。また、３ミクロン未満までの粒子を濾過して除去することも望ましい。それにもかかわらず、高粘度潤滑剤の場合、そのような精細なフィルタはしばしば効果がなく、初期なじみ運転が実行された後、１０ミクロンフィルタと交換されることがある。Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｇｅａｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  ＡＮＳＩ／ＡＧＭＡ／ＡＷＥＡ６００６‐Ａ０３「Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｅａｒｂｏｘｅｓ  ｆｏｒ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅｓ」は、目詰まりしたフィルタおよび冷間始動状態用の自動バイパス付きの１０ミクロンのインラインフィルタを記載している。追加のより精細な３ミクロンのフィルタをオフライン構成で使用することができるが、これらは全ての粒子の完全な除去を保証することができない。
【００１２】
現在推奨されている風力タービン変速機の潤滑剤は、基油および比較的高濃度の添加剤から構成される。基油は鉱油系または合成油とすることができる。添加剤は、せん断および熱酸化安定性を向上し、かつ汚泥堆積物を防止し、摩耗、マイクロピッチング、スカフィング、発泡、腐食、および微生物の成長を軽減するために提供することができる。特に、耐摩耗、耐マイクロピッチング性、および耐スカフィング性の添加剤は、低速段のための不充分な粘度を補償するために添加することができる。そのような潤滑剤の調合は、上記目的を達成するために添加される多数の添加剤を考えると、厄介な作業である。調合者は、添加剤化学、様々な添加剤間の化学的相互作用、および変速機に存在する様々な銅および鋼合金とそれらの反応についての知識が豊富でなければならない。特定の添加剤は金属面、酸素、および他の添加剤とさえ反応するので、潤滑剤の調合は綱渡りの作業である。アルキルジチオリン酸亜鉛添加剤（ＺＤＤＰ）は、特定の金属面と否定的に反応する化合物の周知の例であり、マイクロピッチングを促進するおそれがある。
【００１３】
その性質上、使用される添加剤は必ずしも環境に優しくはなく、環境への漏出は風力発電産業の自然保護のイメージを傷つけることになるであろう。特に、硫黄およびリン系のものは環境を傷つけている。さらに、硫黄およびリン含有添加剤は、マイクロピッチングおよび腐食を促進することによって変速機を損傷するおそれがある。科学者、技術者、および調合者は、リンおよび硫黄含有化合物を低減しまたは排除さえしながら、市販の潤滑剤の耐摩耗性、耐マイクロピッチング性、耐スカフィング性、極圧性、および抗酸化性を向上する化合物を絶えず探究している。しかし、これは往々にして、追加の化合物およびプロセスを使用するさらにいっそう複雑な添加剤を導く。
【００１４】
例えば、米国特許第７，７５９，２９４号明細書は、ヒドロカルビルアミンをアルキルホスホロチオエートと共に使用すると、潤滑剤の「荷重負荷能力」が向上することを示している。さらに、米国特許第７，６１２，０２５号明細書は、アルカリまたはアルカリ土類金属サリシレート系および／または過塩基性塩の使用、最高で０．１５質量パーセントまでのホウ素、および０．３質量パーセント以下の低減硫黄分をＺＤＤＰのようなリン含有摩耗防止剤と共に使用することで、潤滑剤の耐摩耗性が向上することを示している。
【００１５】
さらに、米国特許出願公開第２００６／０２７６３５５号明細書は、１つは粘度が好ましくは１０ｃＳｔ未満であり、１つは好ましくは１００ｃＳｔを超え、一般的な耐摩耗性、耐マイクロピッチング性、耐スカフィング性、極圧性、ならびに抗酸化性、防食性および消泡性の添加剤を有する、２つの潤滑剤を混合することにより、マイクロピッチングが低減されると主張している。掲げられた実施例によると、潤滑剤は、風力タービン変速機製造者によって推奨されたＩＳＯ  ＶＧ３２０に従って調合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１５１４９４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１３７４３６号明細書
【特許文献３】米国特許第７７５９２９４号明細書
【特許文献４】米国特許第７６１２０２５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／０２７６３５５号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｇｅａｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  ＡＮＳＩ／ＡＧＭＡ／ＡＷＥＡ６００６‐Ａ０３「Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｅａｒｂｏｘｅｓ  ｆｏｒ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅｓ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
単純でありかつ環境により優しい潤滑剤を作成するために、特定の添加剤の濃度を排除または低減することが望ましい。また、粒子状破片の上限サイズが小さく、よりきれいな油で、変速機を動作させることも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、０．２５ミクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）に仕上げられた噛み合いギヤ面を有する入力ギヤ段と、入力ギヤ段を支持する低速軸受と、潤滑剤を入力ギヤ段および低速軸受に送達するように構成され、かつ送達前に、２ミクロンより大きい、好ましくは１ミクロンより大きい粒子を潤滑剤から除去するための公称孔径を有するインラインフィルタを含む潤滑回路と、を備えた風力タービン変速機システムを提供することによって、これらおよびその他の問題に対処する。これ以降、表面粗さの言及は、平均からの鉛直方向の偏差の絶対値の算術平均を表すパラメータＲａで行われる。表面粗さを測定する分野はプロフィロメトリと呼ばれ、機器はプロフィロメータと呼ばれる。表面粗さは、機械的またはスタイラスプロフィロメトリおよび光学的プロフィロメトリを含め、様々な種類の計器によって測定することができる。本明細書では、最終仕上げ面の表面粗さを決定するために、５ミクロンの先端スタイラスを持つ機械型のプロフィルメータが使用される。最終Ｒａは１回のＲ測定からではなく、様々な位置における少なくとも１０回の測定から、歯元フィレットと歯先との間の幾つかの歯面で、より好ましくはピッチ線の真下で測定される。前記スタイラス型を利用した０．２５ミクロンの平均測定値は、ほとんどの分析機器と同様に、国際的に認められた標準的較正および測定方法が存在するので、プロフィロメータの使用年数、銘柄、または型式に関係なく正確かつ精密である。本発明は、プロフィロメータを較正し、かつ最終仕上げ表面粗さを決定するための指針として、国際標準化機構（ＩＳＯ）刊行物ＩＳＯ４２８７：１９９７／改定１：２００９、ＩＳＯ４２８８：１９９６／Ｃｏｒ１：１９９８、およびＩＳＯ５４３６‐１：２０００を利用する。さらに、公称孔径またはフィルタ定格への言及はこれ以降、βｘ［ｃ］＞１０００に基づく。そのようなフィルタでは、βｘ［ｃ］値は次の式で定義される。
【００２０】
【数１】
2015502503.tif 000003
【００２１】
これは、フィルタの上流（Ｕ）の所与の大きさ「ｘ」より大きい粒子の数（Ｎ）とフィルタの下流（Ｄ）の同じ大きさの粒子の数（Ｎ）との比である。当業者は、２ミクロンβ２［ｃ］≧１０００の定格を有するフィルタが、定格β１［ｃ］≧１００の１ミクロンの粒子を除去するのにも役立つことを理解されるであろう。
【００２２】
本発明によると、少なくとも低速入力ギヤ段を上に示した粗さ値に仕上げることによって、良好な潤滑を確実にするのに充分な膜厚を維持しながら、従来の推奨より低い粘度の油を使用することができることが明らかになった。理論に拘束されることを希望するものではないが、０．２５ミクロン以下の表面粗さを有する超仕上げギヤ歯面の場合、混合または完全弾性流体潤滑（ＥＨＬ）状態さえも、入力段で一般的に遭遇する約３０〜６０ｒｐｍの低ピッチ線速度で維持されると考えられる。ＥＨＬ状態を維持しながら動作効率を最大にするために、摩擦係数はできるだけ低くしなければならない。これは一般的に、膜厚と、表面の性質に応じて約１から３の表面粗さ範囲との比に相当する。この無次元λ比は次のように定義される：
【００２３】
【数２】
2015502503.tif 000004
【００２４】
ＤｏｗｓｏｎおよびＨｉｇｇｉｎｓｏｎ（Ｄ．Ｄｏｗｓｏｎ，Ｅｌａｓｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．１０、Ｐｒｏｃ．Ｉｎｓｔ．Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇ．，Ｖｏｌ．１８２，ＰＴ３Ａ，１９６７，ｐ１５１〜１６７）によると、最小膜厚ｈｍｉｎは次の通り算出することができる：
【００２５】
【数３】
2015502503.tif 000005
【００２６】
平坦化表面の場合、λだけを近似として使用してよいことを認識することが重要である。研磨またはホーニング加工された表面とは異なり、平坦化の場合、ほとんど全ての凸部が除去され、表面に「くぼみ」または「谷」だけが残る。したがって、山と山との相互作用はほとんど存在しない。したがって、接触疲労、マイクロピッチング、ピッチング、およびスカフィングさえも引き起こす山と山との相互作用が関与する従来の境界潤滑状態は、通常は境界潤滑状態を伴うλ≦１を生じるのに充分な薄い膜の場合でも、無視できるほど小さい。理論に拘束されることを希望するものではないが、現在、平坦化表面の場合、１＜λ＜３を有する特定の膜厚で完全ＥＨＬ動作を達成することができ、低速段に摩耗関連損傷を生じる可能性はほとんどないと推測される。
【００２７】
上記の方程式を考慮して、所与のλ比および表面粗さに対して、最小要求粘度を推定することができる。連行速度、潤滑剤粘度、および圧力粘度係数は、Ｅｒｒｉｃｈｅｌｌｏ，ＲＥ，Ｆｒｉｃｔｉｏｎ，Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ  Ｗｅａｒ  ｏｆ  Ｇｅａｒｓ，ＡＳＭ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，Ｖｏｌｕｍｅ  １８：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ，Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ  Ｗｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｐ５３５〜５４５によると、ｈｍｉｎに対し最も大きい影響を有する。
【００２８】
したがって、（表１に列挙するパラメータに基づいて）要求される動的粘度は次のように規定される：
【００２９】
【数４】
2015502503.tif 000006
【００３０】
【表１】
2015502503.tif 000007
【００３１】
様々な情報源が、理論的にかつ経験的に導出された多種多様な方程式および近似値を報告している。動的粘度のための上記計算および経験的に決定されたベースライン値に基づいて、下の表２は、１．５ＭＷ風力タービンの低速段サンピニオンについて、様々な動作速度およびλの様々な予想値に対し、０．２５ミクロンの表面粗さに基づく動的粘度の推定値を開示する。計算は特に、ピッチ円直径ｄが約０．２６６メートル、曲率半径ρｎが０．０４６メートルのサンピニオンを用いて決定された。
【００３２】
【表２】
2015502503.tif 000008
【００３３】
風力タービンの動作効率の向上に加えて、潤滑剤の粘度の低下は、より精細なインラインフィルタを採用することを可能にする。重質潤滑剤は精細なフィルタを通過することが難しく、かなりの圧力損失を招く。一般的にインラインフィルタには、フィルタ前後の過度の圧力低下に応答して開くことのできるバイパスが設けられる。例えば冷間始動状態中または目詰まり時にひとたびバイパスが開くと、フィルタは破片の除去に効果的ではなくなる。その後の汚染は、ギヤおよび軸受の表面まで直接進むことができる。本発明によると、通常の動作中に、目詰まりの危険性を低下して、より精細なフィルタを使用することができる。大量の微粒子を油から除去することによって、変速機内の重要表面の潜在的損傷はさらに低減され得る。破片による損傷はさらなる破片を生じるので、悪循環が断ち切られ、潤滑剤およびフィルタは使用寿命をかなり延長することができる。この文脈で、インラインフィルタは、風力タービン変速機の就役中動作するものであり、単にならし運転目的に存在してその後は迂回されるか廃用されるものではないとみなされる。
【００３４】
本発明は好ましくは、１ＭＷを超えまたは１．５ＭＷさえも超える定格の大型風力タービン変速機に適用可能である。一般的に、そのような変速機は入力遊星歯車段または遊星ギヤを有するが、他の構成も本発明の教示から恩恵を受けることが予想される。加えて、本発明は、入力ギヤ段が所望の粗さに仕上げられた変速機に向けられているが、０．２５ミクロン以下の同様に平滑な仕上げを有する、高速ギヤおよび軸受をはじめとする変速機のさらなる部品も有益に設けることができる。
【００３５】
本発明のさらなる態様では、システムは、好ましくは変速機のサンプ領域に位置する磁気粒子フィルタをも含む。従来より低粘度の潤滑剤による運転のため、そのような磁気フィルタは鉄粒状物質を潤滑剤から効果的に除去することができ、システム内に存在する他のフィルタの負荷を軽減する。
【００３６】
本発明の別の態様は、上記システムと共に、添加剤パッケージが低減された潤滑剤を使用することを含む。少なくとも低速ギヤの超仕上げは、粘度がより低い潤滑剤を使用することを可能にする。結果として得られる変速機はかなり低い温度で動作することができ、潤滑剤の熱劣化および酸化が低減または排除される。マイクロピッチングおよびスカフィングも実質的に低減または排除される。したがって、耐摩耗性、耐マイクロピッチング性、耐スカフィング性、および熱／酸化添加剤を、添加剤パッケージから劇的に低減または排除することができる。また、平滑な表面は腐食性が低く、防食剤の濃度も低減してよいことも一般的に受け入れられている。特に、関連表面の平滑さを選択される潤滑剤の粘度に適合させることにより、より均衡した潤滑システムを達成することができると考えられる。
【００３７】
本発明の重要な態様では、６８から３２０の間、好ましくは１００から２２０の間、より好ましくは約１５０のＩＳＯ  ＶＧを有する、上述の通り風力タービン用の潤滑剤を提供することができる。ギヤ用の潤滑剤は基油と、基油に混合される添加剤パッケージ濃縮物とを含む。添加剤濃縮物は添加化合物を含み、希釈剤または溶剤または溶媒油をも含むことができる。潤滑剤は最高９９パーセント以上の基油を含有することができる。基油は鉱油系または合成油系とすることができる。合成基油の例として、ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）、ポリアルケングリコール（ＰＡＧ）、およびエステルがある。さらに、基油は、鉱物基油の混合物、合成基油の混合物、または合成および鉱物基油両方の混合物を含むことができる。当業者はこれらの代替物の相対的利点をよく承知している。溶媒油は、後で基油と混合される添加剤パッケージ濃縮物用の溶剤として機能する。溶媒油は最高９９パーセント以上の希釈された添加剤パッケージを含むことができる。同様に、溶媒油は鉱油系または合成系とすることができる。添加化合物は潤滑剤において、活性化学物質および／または化合物の分子構造によって、様々な機能を果たす。特定の機能および相互作用は、「Ｌｕｂｒｉｃａｎｔ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｌｅｓｌｉｅ  Ｒ．Ｒｕｄｎｉｃｋ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，２００３」に詳細に説明されている。以下では、添加剤の重量パーセントを最終潤滑剤の重量パーセントとして記載する。
【００３８】
耐摩耗性、耐スカフィング性、耐マイクロピッチング性、および極圧性の化合物は、潤滑剤で使用される最も一般的な添加剤である。境界潤滑条件下で、ギヤ噛み合い面の凸部対凸部は相互作用することができる。不適切な潤滑状態におけるこの物理的相互作用は摩擦を増大し、動作温度を上昇させる。潤滑がほとんどまたは全く存在しない状況では、最大限の凸部対凸部の表面接触または極圧が達成される。耐摩耗性および極圧性の添加剤は両方とも熱分解して、金属表面に薄い層を形成する。これらの化学的に活性な薄層は境界潤滑条件下で「優先的にせん断し」、こうして噛み合い面の金属対金属接触を防止する。耐摩耗性、耐スカフィング性、耐マイクロピッチング性、および極圧性の添加剤の例として、ジアルキルジチオリン酸亜鉛化合物（ＺＤＤＰ）のような硫黄およびリン含有化合物がある。詳細な例は、米国特許出願公開第２０１０／００１６１８８号明細書に概説されている。他の耐摩耗性、耐スカフィング性、および耐マイクロピッチング性の添加剤はホウ素含有化合物を含むことができる。
【００３９】
抗酸化剤は、潤滑剤パッケージに含まれる別の一般的添加剤である。潤滑剤の酸化は酸素の存在下で温度の高いときに発生する。酸化炭化水素系油は重合し、濃縮して、最終的にスラッジ、ワニス、および樹脂を形成する。さらに、還元酸素は、反応して腐食性カルボン酸を生成する不安定なペルオキシラジカルを生成し、腐食性カルボン酸はさらに潤滑剤、添加剤、またはギヤもしくは軸受の金属面と反応することがある。ラジカル捕捉剤およびヒドロペルオキシド分解剤は２種類の酸化防止剤である。窒素系アリールアミンならびに酸素系フェノールおよびヒンダードフェノールは、ラジカル阻害剤の２つの例である。ヒドロペルオキシド阻害剤は硫黄、リン、または両方を含むことができる。最も一般的な例はＺＤＤＰ化合物である。フェノール系酸化防止剤の特定の例として、２，６−ジ−ｔｅｒｔブチルフェノールおよび２，４，６−トリ−ｔｅｒｔブチルフェノールがある。他の抗酸化添加剤として、モリブデンジチオカーバメートのようなモリブデン含有化合物、硫化オレフィン、およびオクチルジフェニルアミンのようなアルキル化ジフェニルアミンがある。モリブデン含有化合物は、摩擦改質添加剤としても使用することができる。
【００４０】
消泡剤は、添加剤パッケージの別の構成要素である。高粘度の油、特に高濃度の添加剤を含む油では、空気および気体の連行がしばしば発生する。連行は気泡の発生および発泡を導く。泡は油圧を低下させ、金属表面、特に軸受表面の油膜におけるキャビテーションを導く。不適切な潤滑は、接触疲労およびスカフィングのような機械的摩耗のメカニズムを促進する。ジメチルシロキサンポリマ、アルキルメタクリレートポリマ、およびアルキルアクリレートコポリマは３種類の脱泡性または消泡性添加剤または薬剤である。しばしば２０〜３０ｐｐｍ未満という少量が使用されるこれらの添加剤は、形成される泡の周りの表面張力を低減して泡を破裂させる。残念ながら、多くの消泡剤はフィルタに対し有害な作用を有し、目詰まりおよび過度の圧力上昇を引き起こす。そのような添加剤は、より精細な粒子フィルタを採用する能力に対する制約になる。脱泡剤の例として、グリセロールモノステアレート、ポリグリコールパルミテート、ベンゾイルアセトン、サリチル酸メチル、グリセロールモノオレエート、グリセロールジオレエート、およびポリアクリレートがある。
【００４１】
従来の風力タービン変速機用の典型的な潤滑剤添加剤パッケージは、ジ−（１，３−ジメチルブチル）ジチオリン酸亜鉛または同様のＺＤＤＰ化合物のような耐摩耗性化合物を０．４０パーセント含むことができる。これらの化合物は耐摩耗性、耐スカフィング性、耐マイクロピッチング性、および極圧性薬剤としても作用する。加えて、添加剤パッケージは、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルトリサルファイドのような０．２０パーセントの硫黄含有極圧性化合物、４，４’−ビス（２−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）のような０．０５０パーセントの抗酸化剤、およびグリセロールモノステアレートのような約２０ｐｐｍの消泡剤を含むことができる。最終潤滑油は、分散剤、浄化剤、防食剤のような他の添加剤を含むことができる。一般的な潤滑剤添加剤の特定の例は、米国特許第７，７５９，２９４号明細書に記載されている。
【００４２】
本発明の１つの態様によると、表面は、０．２５ミクロン以下の表面粗さ（Ｒａ）値を達成するように平坦化される。さらに好ましくは、平坦化プロセスを使用して、１．００ミクロン以上、より好ましくは０．５ミクロン以下の平均凸部高さ（Ｒｐｍ）値を達成することができる。Ｒｐｍは、プロファイルの評価長全体にわたって測定した５つの連続サンプル長さ（１ｅ）における中央値より上の最も高い５つの凸部の平均値として測定され、粗さと潤滑剤膜厚との間の相互作用をよりよく表すと考えられる。境界潤滑条件下で摩耗の一因となる凸部は平坦化中に除去され、混合または完全ＥＨＬ領域が維持される。ＥＨＬ状態による低い摩擦係数は結果的に動作温度を低下させ、典型的には耐摩耗性、耐スカフィング性、極圧性、および耐マイクロピッチング性の添加剤の活性化温度より低くする。したがって、これらの添加剤は潤滑添加剤濃縮物から低減または排除することができる。さらに、低い温度では酸化が制限される。したがって抗酸化性添加剤の濃度を低下するか、あるいは排除することができる。特に、表面は化学的加速振動仕上げ（ＣＡＶＦ）プロセスによって平坦化することができる。そのようなプロセスは活性化学物質を利用して、関連表面に比較的軟質の化成皮膜を生成する。活性化学物質は、ＲＥＭ（Ｒ）プロセス用に米国テキサス州ＢｒｅｎｈａｍのＲＥＭ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって供給され、研磨および／または研磨防止媒質の組合せが入った振動タブまたはボウルに添加することができ、その中でギヤが仕上げ加工される。媒質中でギヤを撹拌すると、ギヤの表面の突出した部分から化成皮膜が除去される一方、中空および凹み部は影響されない。ＣＡＶＦプロセスは、米国特許第４，４９１，５００号明細書および米国特許第４，８１８，３３３号明細書を含む様々な刊行物で充分に実証されているので、本書にはこれ以上詳述せず、それらの内容全体を参照によって本書に組み込む。
【００４３】
本発明の別の態様では、最小所要膜厚を維持し、かつ混合ＥＨＬを維持するために、潤滑剤の低粘度が要求される。したがって、低減された潤滑剤の粘度のため、かつ低減または排除された耐摩耗性、耐スカフィング性、耐マイクロピッチング性、極圧性、および抗酸化性添加剤のため、消泡性添加剤は基本的に排除することができる。
【００４４】
本発明のさらに別の態様では、凸部が除去されるので、最小膜厚で混合または完全ＥＨＬを維持することができる。通常の動作条件下で、この膜は均質であり、境界潤滑および摩擦係数の上昇を導くことがあるキャビテーションが無い。したがって、摩擦改質化合物を低減するか、より好ましくは排除することができる。
【００４５】
本発明に係る添加剤パッケージは、耐摩耗性、耐スカフィング性、耐マイクロピッチング性、極圧性、消泡性、抗酸性／酸化防止剤、および摩擦改質性の化合物のいずれかまたは全部を低量含むか、あるいは全く含まない。低減することのできる各種類の添加化合物の一般的例として、硫黄およびリンの両方を含み、かつ／または亜鉛またはホウ素を含む耐摩耗性、防食性、および極圧性化合物、硫黄を含む極圧性化合物、ジアルキルジオリン酸亜鉛（ＺＤＤＰ）のようなリンを含む耐摩耗性化合物、アルキレンアミン化合物、モリブデン、または両方を含む摩擦改質化合物、塩基性窒素を含む分散性化合物、ならびにアリールアミンを含む酸化防止剤がある。さらに、ジメチルシロキサンポリマ、アルキルメタクリレートポリマ、アルキルアクリレートコポリマのいずれかまたは全部を含む消泡剤または脱泡剤は完全にまたは基本的に排除することができる。そのような消泡性添加剤を除去した結果、動作損失を増大することなく、かなり精細な粒子フィルタを効果的に使用することができる。
【００４６】
好適な実施形態では、潤滑剤は、総潤滑剤の０．２０重量パーセント未満、より好ましくは０．１０重量パーセント未満、最も好ましくは０．０５０重量パーセント未満の亜鉛、ホウ素、硫黄および／またはリンを含有する耐摩耗性、耐スカフィング性、耐マイクロピッチング性のシステムまたは薬剤、総潤滑剤の０．１０重量パーセント未満、より好ましくは０．０３０重量パーセント未満、最も好ましくは０．０１０重量パーセント未満の硫黄および／またはリン含有極圧剤、総潤滑剤の０．０５０重量パーセント未満、より好ましくは０．０３０重量パーセント未満、最も好ましくは０．０１０重量パーセント未満の窒素、硫黄、リン、および／またはモリブデン含有酸化防止剤、総潤滑剤の０．００２重量パーセント未満または２０ｐｐｍ未満、最も好ましくは０パーセントまたは０ｐｐｍの脱泡剤を含む。さらに詳しくは、総潤滑剤中のリンの濃度は５００ｐｐｍ未満とすべきであり、好適な範囲は１０ｐｐｍ未満である。亜鉛の濃度は５００ｐｐｍ未満とすべきであり、好適な範囲は１０ｐｐｍ未満である。窒素の濃度は１００ｐｐｍ未満とすべきであり、好適な範囲は１０ｐｐｍ未満である。硫黄の濃度は２０ｐｐｍ未満とすべきであり、好適な範囲は５ｐｐｍ未満である。モリブデンの濃度は１０ｐｐｍ未満とすべきであり、好適な範囲は２ｐｐｍ未満である。ホウ素の濃度は１０ｐｐｍ未満とすべきであり、好適な範囲は１００ｐｐｂ未満である。ケイ素の濃度は１ｐｐｍ未満とすべきであり、好適な濃度は１００ｐｐｂ未満である。
【００４７】
これらは一般的かつ受け入れられている添加化合物の少数例にすぎず、本発明の精神を妨げない他の関連化合物または他の種類の化合物が存在し得ることは、当業者には明白である。
【００４８】
本発明の特徴および利点は、以下の図面を参照することにより理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に従って動作する風力タービンの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下は、単なる例として、ナセル１２とロータ１４とを含む風力タービン１０を示す図１に関連して取り上げる、本発明の先験的な実施形態の説明である。ナセル１２は、低速入力段遊星歯車１８と、軸受２０と、高速ギヤ段２２とを含む変速機１６を収容する。さらなる中間段が存在することがある（図示せず）。理解される通り、そのような変速機の設計は比較的複雑であるが、他方従来通りであり、その設計は概して本発明には関係しない。変速機の設計の詳細は、「Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｃｏｍｐｌｙ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｒｉｔｅｒｉａ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｄａｎｉｓｈ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｃｈｅｍｅ：Ｇｅａｒｂｏｘｅｓ，２００７  Ｄａｎｉｓｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ  ｏｒ  ｔｈｅ  Ｖｅｓｔａｓ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ  Ｍａｎｕａｌ  Ｖ９０−３．０  ＭＷ，ＶＣＲＳ  ６０  Ｈｚ，２００７」のような刊行物に見ることができる。
【００５１】
変速機１６に加えて、ナセル１２は、インラインフィルタ２８がインラインポンプ２６の高圧側に配設されるように、互いに直列に配設されたインラインポンプ２６、インラインフィルタ２８、および油冷却器３０を含む潤滑回路２４を収容する。インラインフィルタは、並列に配置された１つないし４つ以上のフィルタから構成することができる。この配置は、第１フィルタの入口と最後のフィルタの出口との間の圧力降下を制御するように設計されている。潤滑回路２４と並列して、オフラインポンプ３４と、オフライン粒子フィルタ３６と、オフライン吸水フィルタ３８とを含むオフラインフィルタシステム３２がある。空気乾燥システム４０は過圧状態の乾燥空気を変速機１６に供給し、乾燥空気ブリーザ４２はナセル１２の外部と連通する。磁気フィルタ４４は変速機１６のサンプ領域４６に位置する。
【００５２】
従来の変速機と異なり、低速入力ギヤ段１８のギヤ要素は、米国テキサス州ＢｒｅｎｈａｍのＲＥＭ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能なＲＥＭ（Ｒ）プロセスに従って等方性平坦化技術を用いて超仕上げされた噛み合い面、特にギヤ歯を有する。結果的に得られた表面は鏡面のように滑らかであり、約０．１ミクロン未満の粗さ値Ｒａを有する。並外れた表面仕上げのため、比較的低い動作速度に見舞われた場合でも、低速ギヤ段は、混合または完全弾性流体潤滑モードで動作することができる。
【００５３】
潤滑回路２４および変速機１６には、下でさらに詳しく述べるように、１５０のＩＳＯ粘度グレードを有する約２００リットルの量の潤滑剤が充填される。この潤滑剤は、軸受２０および高速ギヤ段２２にとって高すぎる粘度になることなく、超仕上げ低速ギヤ１８のスカフィングおよび摩耗を防止するのに適した粘度を有すると考えられる。
【００５４】
インラインポンプ２６は潤滑剤を変速機１６からインラインフィルタ２８を介して毎分約１０６リットルの流量で循環させる。インラインフィルタ２８は、ガラス繊維を含みかつ２ミクロン以上の粒径に基づいてβ２［ｃ］≧１０００を有する、Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ製の表面フィルタＴｒｉｂｏｇｕａｒｄ（ＴＭ）  Ｓｙｎｔｅｑ（ＴＭ）  ＸＰ等である。そのようなフィルタの場合、βｘ［ｃ］値は、フィルタの上流の所与の大きさ「ｘ」より大きい粒子とフィルタの下流のその大きさの粒子の数との比と定義される。これは、２ミクロンを超える大きさの全粒子の９９．９％がフィルタによって保持されることを意味する。
【００５５】
通常の状況下では、この口径のフィルタは、ＩＳＯ  ＶＧ３２０の従来の変速機用の油のため、潤滑剤破片ですぐに目詰まりし、高い圧力損失を呈する。しかし、本発明の場合、インラインフィルタは長期間満足に動作することが期待される。これは、第一に、超仕上げ面の結果破片が減少するためである。第二に、低粘度の潤滑剤はフィルタを自由に循環することができやすい。
【００５６】
インラインフィルタ２８を通過して濾過された潤滑剤は、変速機１６に戻ってそこで軸受２０および入力ギヤ段１８に直接送達される前に、油冷却器３０を通過する。
【００５７】
潤滑回路２４に加えて、オフラインフィルタシステム３２は、比較的少量の潤滑剤を変速機１６から潤滑回路２４と並列に循環させる。オフラインポンプ３４は５０ヘルツで毎分約４０リットルの量を、または６０ヘルツで毎分４８リットルをサンプ領域４６から絶えず循環させ、オフライン粒子フィルタ３６およびオフライン吸水フィルタ３８を介して、潤滑剤を変速機に還流させる。オフライン粒子フィルタ３６はインラインフィルタ２８よりさらに精細なフィルタであり、１ミクロン未満の粒子を除去するように較正される。それはギヤ１８、２２および軸受２０の重要表面への直接潤滑流動中にはないので、フィルタの閉塞の可能性があっても、風力タービン１０の動作にとって破滅的ではない。適切な監視（図示せず）は、そのような閉塞が生じた場合に保守要員に警告を与え、それによって、それ以外では風力タービン１０の運転に影響を及ぼすことなく、オフラインフィルタ構成部品を交換することができる。
【００５８】
オフライン吸水フィルタ３８は、混入した水を潤滑剤から絶えず除去する。オフライン吸水フィルタ３８は、Ｃ．Ｃ．Ｊｅｎｓｅｎ  Ａ／Ｓから入手可能なデプスフィルタである。当業者は、システム要件に応じて、追加的および代替的フィルタ構成部品をオフラインシステムに含めることができることを容易に理解されるであろう。
【００５９】
オフライン吸水フィルタ３８による空気の除去に加えて、空気乾燥システム４０は超乾燥空気の絶え間ない流れを変速機の内部に提供する。この供給によって生じるわずかな過圧は、他の経路を介する大気の変速機への侵入を実質的に排除する。乾燥空気ブリーザ４２は、変速機に侵入する湿気を活発に吸着する、Ｂｒｏｗｎｅｌｌ  Ｌｔｄ，Ｌｏｎｄｏｎから入手可能なＲＥＧＥＮ８（ＴＭ）自己再活性化乾燥空気ブリーザである。吸着剤が飽和すると、吸着剤をその最大効率レベルに回復させる自動再活性化プロセスが開始される。変速機の内部を外部粒子からさらに保護するために、乾燥空気ブリーザ４２は１ミクロン空気フィルタも含む。
【００６０】
磁気フィルタ４４は概して従来通りであり、変速機１６のサンプ領域４６における、潤滑剤がインラインポンプ２６の作動によって潤滑剤回路２４に向かって引き寄せられる位置に配置される。潤滑剤が磁気フィルタ４４を通過するときに、鉄破片粒子が磁気フィルタ４４に引き寄せられてそれに付着する。従来の潤滑剤に比べて潤滑剤の粘度が低いので、そのような破片粒子がより迅速に移動し、磁気フィルタ４４の効果が向上する。
【００６１】
上記の実施形態で使用された潤滑剤は、以下の実施例に従って製造される。
【００６２】
完全な潤滑剤は、ＩＳＯ  ＶＧ１５０の粘度を有する９９．５４パーセントのポリ−アルファ−オレフィン（ＰＡＯ）基油と、基油中に希釈された０．４６重量パーセントの添加剤パッケージとを含む。希釈された添加剤パッケージは、耐マイクロピッチング性、耐スカフィング性、および極圧性化合物としても機能する０．０３０重量パーセントのジ−（ヘプチルフェニル）ジチオリン酸亜鉛の耐摩耗性化合物、耐摩耗性、耐マイクロピッチング性、および耐スカフィング性化合物としても機能する０．０１０重量パーセントのジ−（１，３−ジメチルブチル）ジチオリン酸亜鉛の極圧性化合物、０．００５０重量パーセントの２，４，６−トリ−ｔｅｒｔブチルフェノール抗酸化剤化合物を含む。さらに、希釈された潤滑剤添加剤パッケージ濃縮物は、０．０１重量パーセントの防食性または防錆性の石油スルホン酸ナトリウム化合物、０．３重量パーセントの分散性の非ホウ素含有ポリブテニルスクシンイミド化合物、および０．１０重量パーセントのポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル抗乳化剤を含む。
【００６３】
このように、上述した特定の実施形態を参照することによって、本発明を説明した。これらの実施形態は当業者には公知の様々な変形および代替的形態が可能であることは、認識されるであろう。上述したものに加えてさらなる変形を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本書に記載した構造および技術に対し施すことができる。
【図１】
2015502503.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月23日(2013.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．２５ミクロン未満の表面粗さＲａに仕上げられた噛み合いギヤ面を有する入力ギヤ段と、
入力ギヤ段を支持する少なくとも１つの軸受と、
風力タービンの運転中に潤滑剤を入力ギヤ段および軸受に送達するように構成され、かつ送達前に潤滑剤から２ミクロンを超え、好ましくは１ミクロンを超える粒子を除去するための公称孔径を有するインラインフィルタを含む、潤滑回路と、
潤滑回路内の大量の潤滑剤であって、６８から３００の間、好ましくは１００から２２０の間、最も好ましくは約１５０のＩＳＯ  ＶＧを有する潤滑剤と、
を備えた風力タービン変速機システム。
【請求項２】
高速ギヤ段と高速軸受とをさらに備え、高速ギヤ段が０．２５ミクロン未満の表面粗さＲａに仕上げられた噛み合いギヤ面を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
１つ以上の軸受も０．２５ミクロン未満の表面粗さＲａに仕上げられた、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
１ＭＷを超え、より好ましくは１．５ＭＷを超える能力に定格された、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
潤滑回路がポンプを含み、インラインフィルタがポンプの高圧側に配置された、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
インラインフィルタが、ガラス繊維、または改質ガラス繊維、または金属、またはいずれかの独自ポリマを含む表面フィルタである、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
インラインフィルタに並列に接続されたオフラインフィルタをさらに備えた、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
好ましくは変速機のサンプ領域に位置する磁気フィルタをさらに備えた、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
噛み合いギヤ面が平坦化され、好ましくは１．００ミクロン、より好ましくは０．５０ミクロン以下の平均山ないし平均高さ粗さＲｐｍを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
噛み合いギヤ面が化学的加速振動仕上げ面である、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
潤滑剤が８５％超の鉱物または合成基油、好ましくは９５％超の基油、最も好ましくは約９９％の基油を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
潤滑剤が消泡剤を実質的にまたは全く含まない、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
潤滑剤が５００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満のリン濃度を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
潤滑剤が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の亜鉛濃度を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
潤滑剤が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の窒素濃度を有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
潤滑剤が２０ｐｐｍ未満、好ましくは５ｐｐｍ未満の硫黄濃度を有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは２ｐｐｍ未満のモリブデン濃度を有する、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のホウ素濃度を有する、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のケイ素濃度を有する、請求項１から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
超仕上げ重要表面を有する風力タービン変速機の動作中の潤滑剤の使用であって、３００より低く、好ましくは２００より低いＩＳＯ粘度グレードの潤滑剤を提供するステップと、インラインフィルタを介して潤滑剤を重要表面に循環させるステップとを含み、インラインフィルタが、送達前に潤滑剤から２ミクロンを超え、好ましくは１ミクロンを超える粒子を除去するための公称孔径を有する、使用。
【請求項２１】
潤滑剤が少なくとも毎分６０リットル、好ましくは少なくとも毎分１００リットルの流量でフィルタを介して循環する、請求項２０に記載の使用。
【請求項２２】
潤滑剤が５００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満のリン濃度を含む、請求項２０または２１に記載の使用。
【請求項２３】
潤滑剤が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の亜鉛濃度を含む、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２４】
潤滑剤が１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の窒素濃度を含む、請求項２０から２３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２５】
潤滑剤が２０ｐｐｍ未満、好ましくは５ｐｐｍ未満の硫黄濃度を含む、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２６】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは２ｐｐｍ未満のモリブデン濃度を有する添加剤を含む、請求項２０から２５のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２７】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のホウ素濃度を有する添加剤を含む、請求項２０から２６のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２８】
潤滑剤が１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のケイ素濃度を有する添加剤パッケージを含む、請求項２０から２７のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２９】
０．２５ミクロン未満の表面粗さＲａに仕上げられた噛み合いギヤ面を有する入力ギヤ段を有する風力タービン変速機用の潤滑剤であって、
少なくとも８５％の基油と、
１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の亜鉛濃度と、
１００ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満の窒素濃度と、
２０ｐｐｍ未満、好ましくは５ｐｐｍ未満の硫黄濃度と、
１０ｐｐｍ未満、好ましくは２ｐｐｍ未満のモリブデン濃度と、
１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のホウ素濃度と、
１０ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｂ未満のケイ素濃度と、
を含む添加剤パッケージと、
を含み、
１００から３００の間、好ましくは１５０から２５０の間、最も好ましくは約１５０のＩＳＯ粘度グレードを有する、潤滑剤。
【請求項３０】
約ＩＳＯ  ＶＧ１５０の粘度を有する約９９．２２重量パーセントの鉱物基油またはポリ−アルファ−オレフィン（ＰＡＯ）基油またはそれらの任意の混合物と、耐マイクロピッチング性、耐スカフィング性、および極圧性化合物としても機能する約０．１重量パーセントの耐摩耗性化合物と、耐摩耗性、耐マイクロピッチング性、および耐スカフィング性化合物としても機能する約０．０５重量パーセントの極圧性化合物と、約０．０２重量パーセントの抗酸化性化合物と、約０．０１重量パーセントの防食性または防錆性化合物と、約０．５重量パーセントの分散性化合物と、約０．１重量パーセントの抗乳化剤とを含む、
請求項２９に記載の潤滑剤。
【請求項３１】
０．２５ミクロン未満の表面粗さＲａに仕上げられた噛み合いギヤ面を持つ入力ギヤ段を有する風力タービン変速機における請求項２９または３０に記載の潤滑剤の使用。
【国際調査報告】
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