风电机组齿轮箱润滑油过热原因及对策

崔海洋

摘 要： 风电机组运行年限不断增加，其齿轮箱很容易出现油温高问题，导致机组自动限功率，通过清洗以及维修等方法依旧无法彻完全解决油温高问题。油液处于较高的温度条件下，会缩短润滑油的应用寿命，使得油品润滑特性越来越差，加快了磨损齿面以及轴承的速度，降低了齿轮箱的传动效率，也在一定程度上缩短了其使用寿命。本文将围绕风电机组齿轮箱油温高的问题展开分析，并提出以改造控制阀组和散热片为主的优化方案，以供参考。

关键词： 风电机组;齿轮箱;控制阀组;油温高

【中图分类号】TU981     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）13-0184-01

在风电机中齿轮箱是很重要的一个部件，其运行稳定与否会影响风电机组运行的可靠性和稳定性，齿轮箱工作效率和应用寿命会受到其润滑以及冷却系统性能的影响。润滑以及冷却系统较好能够在一定程度上保护齿轮箱内轴承和齿轮，也能够对冲击以及振动加以吸收，将摩擦情况减少，避免齿轮出现点蚀以及胶合情况。齿轮箱的润滑油温度能够对风电机运行的负荷性能进行检验，也能够对运行齿轮箱的状态加以衡量。齿轮箱出现润滑油过热问题会对机组出力造成影响，也会减少使用低润滑油的寿命，严重时会损伤齿轮箱，因此需及时采取有效对策来解决。

1 油冷系统构成和原理

1.1 电机。电机是系统之中的动力源，能够促进油冷系统的油液循环，将齿轮箱温度控制在正常范围内。

1.2 油泵和附件。其属于系统心脏，应用在齿轮油循环中，输送齿轮油到每一个地方。

1.3 过滤器和滤芯。其作用主要是向润滑系统提供需要的压力以及流量，对系统清洁度加以控制。这一装置设有保护旁通阀，即为单向阀，压力通常为1 MPa，避免过高压力损坏系统原件。过滤时可分成2级过滤，如果冷启动以及滤芯压差比0.4 MPa大时，开启滤芯单向阀，油液通过50μm进行粗过滤;如果油温不断升高，并降低油液黏度，滤芯压差比0.4 MPa小时，油液通过10μm以及50μm进行2级过滤。任何情况下，油液没有通过过滤禁止加入到齿轮箱润滑部件上。

1.4 温控阀。如果油温比45℃低，很多油液通过温控阀与管路连接进到齿轮箱分配器。如果油温超过45℃，则温控阀开始动作，在55℃时完成切换，油液通过冷却器冷却直到齿轮箱分配器[1]。

1.5 冷却电机。其作用是带动冷却风扇对润滑油进行冷却，由风电机电控系统完成启停冷却器电机的温度。如果油温不小于55℃，启动冷却器电机;如果油温不大于45℃，停止冷却器电机。

1.6 散热器。其主要应用在油液循环中，可实现大面积散热，将润滑油温度降低。冷却器中设有单向阀，如果冷却器前后压差为0.6 MPa，则开启单向阀，润滑油不用通过散热器可进入齿轮箱。

1.7 冷却风扇。其主要作用是将齿轮箱油温降低，在散热片顶部安装，连接冷却电机。

1.8 阀体。其主要作用是在系统有较大压力时泄压，将系统压力降低，将冲击系统的情况减少，避免油管和冷却器爆裂出现漏油情况。

2 油冷系统存在的问题

2.1 MPa单向阀。温度低，油液运行具有较高压力，当单向阀的卸荷能力不充足时，会使散热片存有压力而爆裂。温度高时，若没有良好保压性能，将有泄漏情况出现，会减少经过冷却系统的润滑油，这将提升油温。

2.2 温控阀。难以预测其寿命，通常在三年内;阀体阀芯使用滑阀结构，会出现泄漏情况，很难确保完全封闭。温控阀分流会对冷却系统的散热流量产生直接影响，散热功率和流量成正比。油温较低时，温控阀将会失效，并提高散热片压力，产生渗油和爆裂情况;油温较高时温控阀失效，会使系统油温过高。

2.3 空气滤清器。在油污和水蒸气防护中通气型的空气滤清器难以起到作用，当油温较高时，产生的油雾将通过空气滤清器口向机舱空间内扩散，冷却系统使用吸风式形式，使得散热片表面极易附着油温，对散热效果有一定影响。

2.4 散热片。冷却器空气侧的通道结构没有良好抗污染能力，极易使翅道出现阻塞情况，齿轮箱渗漏油液挥发物和灰尘及植物纤维产生的混合物将严重阻塞翅道。如果冷却器翅片有着紧凑的结构，能够提升换热强度，节省材料，减少成本支出，但有着复杂结构，加工存在较大偏差，流道存有较大阻力以及空气侧产生较大压损，并出现严重污染物抛离以及附着情况，很难清理干净[2]。结合实际分析结果可知，冷却器清洗后散热功率只可恢复到设计值70%。齿轮箱运行时间增加，会降低其实际效率至96.5%-97%間，发热功率维持在45-52 kW，有些工况大约是60 kW，齿轮箱厂提供冷却器功率通常是45 kW，与工况要求不符，油温经常高于75℃，会限制机组功率提高。

3 解决齿轮箱润滑油温高的对策

3.1 改造温控阀。单向阀的流通特性和开启特性较好，可防止温控阀有关油温高难以关严以及油温低难以打开的情况。高温时原温控阀开关不严密，使得内部泄漏，通过散热片的油量减少，使得油温升高。而采用密封锥座单向阀能够将这一问题解决，保证经过散热片的油量。

3.1.1 阀组。改造后的阀组，连接过滤器下端盖形式和尺寸与之前通用，改造时可拆下原阀组，并安装新阀组。阀组卸油口以及出油口配有测压接头，有利于对散热片入口和回油压力进行监测，保证散热片运行中不超压。

3.1.2 阀组回油管路。阀组回油管路并联原单向阀的回油管路，使得润滑油回到齿轮箱，以此确保单向阀卸油打开时降低回油背压，并将开启单向阀入口和卸油压力降低。单向阀和散热片的入口压力相同，保证散热片入口压力一直较低，防止冬季过低油温使散热器出现爆裂以及渗油情况，延长应用散热片的寿命。

3.2 改造散热片。基于原本外形和安装尺寸对外翅片通道模式进行改造，从原本交叉型改为S型。此外优化风冷机扇叶，从原本排风量8000m3/h转变为12000m3/h。在对实验数据、电机功率以及扇叶强度进行考虑后，确定10000m3/h的风量。电机功率和静压等够决定风量，更改外翅片结构会减小散热片静压，以此提升风量。

结束语

对于风电机受到油温高影响出现故障停机和限功率等问题，可通过对各部件的改造来解决这一问题，确保风冷机散热功率，提升其防堵特性，改造油路确保全部高温介质经风冷机散热，以此提升风电机运行可靠性。

参考文献

[1] 许增金，薛园园，杨永江，等.风电齿轮箱油温高原因分析及解决方法[J].太阳能学报，2020，41（3）：74-79.

[2] 杨茂林，杨桐轩.风电机组齿轮箱润滑油过热原因及对策[J].发电技术，2019，40（z1）：132-138.