风力发电机齿轮箱润滑与冷却系统工作过程分析

张秀国

(张家口职业技术学院，河北张家口 075051)

在兆瓦级风力发电机组运行中，风作用到叶片上，驱使风轮旋转。旋转的风轮带动齿轮箱主轴转动将动能输入齿轮副。经过多级变速，齿轮副将输入的大扭矩、低转速动能转化成低扭矩、高转速的动能，通过联轴器传递给发电机。发电机将输入的动能最终转化为电能并输送到电网。齿轮箱的重量约占机舱重量的1/2，是机组中最贵和最重的部件之一。

在机组运行过程中，齿轮箱的润滑系统应该良好，否则会损坏齿面或轴承；冷却系统应能有效地将齿轮动力传输过程中发出的热量散发到空气中。良好的润滑不仅能够对齿轮和轴承起到足够的保护作用，还具有如下性能：

1) 减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合。

2)吸收冲击和振动。

3)防止疲劳点蚀。

4)冷却、防锈、抗腐蚀。

1 润滑与冷却系统的组成(见图1)

从原理图可以看出系统主要由如下几部分构成：

(1)泵单元：这部分主要由电机泵和过滤器两部分组成。过滤器内部有精滤和粗滤两级滤网。在滤网的两侧设有压差继电器。可以对滤网的状态进行监控。

(2)冷却单元：冷却单元主要是热交换器。当系统油温过高时，压力油被送到热交换器进行热量交换。

(3)连接管路及单向阀。

2 润滑与冷却系统的工作过程分析

齿轮箱要求其内部的齿轮油工作时不得低于-15°C。当温度低于-15°C时，先通过齿轮箱中的加热系统，将齿轮油加热到-15°C再启动机器。

刚开机时齿轮油温度较低，所以齿轮油的粘度大，造成系统内压力升高。如果此时系统内压力高于10bar，那么齿轮油通过安全阀直接与电机构成回路，加速齿轮油的循环，使油温迅速升高，降低系统的压力。此时回路如图2所示。

随着齿轮油的循环，润滑油温度不断升高，管路中的压力逐渐降低。当压力在3bar～10bar范围时，10bar安全阀自动关闭，3bar安全阀自动打开。齿轮油经过粗过滤器(50μm)流回齿轮箱构成回路。如图3所示。

当齿轮油温度进一步升高后，管路中的压力降低到3bar以下，从而使3bar安全阀自动关闭，齿轮油经过两级过滤器后流回齿轮箱构成回路。但如果此时的油温在45°C～60°C范围内，那么冷却齿轮箱所需油量为80[l/min]。系统长时间运行后，导致齿轮油油温超过60°C，则系统要求对齿轮油进行冷却。即齿轮油先经过两级过滤器过滤后，再流经热交换器冷却，最后流回齿轮箱构成回路。如图4所示。

从齿轮箱润滑系统和冷却系统工作过程分析中，可以看出在整个机组从启动到运行，从低温环境到高温环境的转化中，随着温度的变化润滑油温度趋高时，系统自动打开散热油路，通过自然风或强制吹风散热；当温度降下来时，系统自动关闭散热油路。在低温环境冷启动前，要落实先启动润滑系统，待确认轴承、齿轮副得到足够润滑后再启动主机。