風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱潤(rùn)滑與冷卻系統(tǒng)工作過(guò)程分析

張秀國(guó)

(張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口 075051)

在兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，風(fēng)作用到葉片上，驅(qū)使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪帶動(dòng)齒輪箱主軸轉(zhuǎn)動(dòng)將動(dòng)能輸入齒輪副。經(jīng)過(guò)多級(jí)變速，齒輪副將輸入的大扭矩、低轉(zhuǎn)速動(dòng)能轉(zhuǎn)化成低扭矩、高轉(zhuǎn)速的動(dòng)能，通過(guò)聯(lián)軸器傳遞給發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)將輸入的動(dòng)能最終轉(zhuǎn)化為電能并輸送到電網(wǎng)。齒輪箱的重量約占機(jī)艙重量的1/2，是機(jī)組中最貴和最重的部件之一。

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，齒輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)該良好，否則會(huì)損壞齒面或軸承；冷卻系統(tǒng)應(yīng)能有效地將齒輪動(dòng)力傳輸過(guò)程中發(fā)出的熱量散發(fā)到空氣中。良好的潤(rùn)滑不僅能夠?qū)X輪和軸承起到足夠的保護(hù)作用，還具有如下性能：

1) 減小摩擦和磨損，具有高的承載能力，防止膠合。

2)吸收沖擊和振動(dòng)。

3)防止疲勞點(diǎn)蝕。

4)冷卻、防銹、抗腐蝕。

1 潤(rùn)滑與冷卻系統(tǒng)的組成(見圖1)

從原理圖可以看出系統(tǒng)主要由如下幾部分構(gòu)成：

(1)泵單元：這部分主要由電機(jī)泵和過(guò)濾器兩部分組成。過(guò)濾器內(nèi)部有精濾和粗濾兩級(jí)濾網(wǎng)。在濾網(wǎng)的兩側(cè)設(shè)有壓差繼電器?？梢詫?duì)濾網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

(2)冷卻單元：冷卻單元主要是熱交換器。當(dāng)系統(tǒng)油溫過(guò)高時(shí)，壓力油被送到熱交換器進(jìn)行熱量交換。

(3)連接管路及單向閥。

2 潤(rùn)滑與冷卻系統(tǒng)的工作過(guò)程分析

齒輪箱要求其內(nèi)部的齒輪油工作時(shí)不得低于-15°C。當(dāng)溫度低于-15°C時(shí)，先通過(guò)齒輪箱中的加熱系統(tǒng)，將齒輪油加熱到-15°C再啟動(dòng)機(jī)器。

剛開機(jī)時(shí)齒輪油溫度較低，所以齒輪油的粘度大，造成系統(tǒng)內(nèi)壓力升高。如果此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)壓力高于10bar，那么齒輪油通過(guò)安全閥直接與電機(jī)構(gòu)成回路，加速齒輪油的循環(huán)，使油溫迅速升高，降低系統(tǒng)的壓力。此時(shí)回路如圖2所示。

隨著齒輪油的循環(huán)，潤(rùn)滑油溫度不斷升高，管路中的壓力逐漸降低。當(dāng)壓力在3bar～10bar范圍時(shí)，10bar安全閥自動(dòng)關(guān)閉，3bar安全閥自動(dòng)打開。齒輪油經(jīng)過(guò)粗過(guò)濾器(50μm)流回齒輪箱構(gòu)成回路。如圖3所示。

當(dāng)齒輪油溫度進(jìn)一步升高后，管路中的壓力降低到3bar以下，從而使3bar安全閥自動(dòng)關(guān)閉，齒輪油經(jīng)過(guò)兩級(jí)過(guò)濾器后流回齒輪箱構(gòu)成回路。但如果此時(shí)的油溫在45°C～60°C范圍內(nèi)，那么冷卻齒輪箱所需油量為80[l/min]。系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，導(dǎo)致齒輪油油溫超過(guò)60°C，則系統(tǒng)要求對(duì)齒輪油進(jìn)行冷卻。即齒輪油先經(jīng)過(guò)兩級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾后，再流經(jīng)熱交換器冷卻，最后流回齒輪箱構(gòu)成回路。如圖4所示。

從齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)工作過(guò)程分析中，可以看出在整個(gè)機(jī)組從啟動(dòng)到運(yùn)行，從低溫環(huán)境到高溫環(huán)境的轉(zhuǎn)化中，隨著溫度的變化潤(rùn)滑油溫度趨高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開散熱油路，通過(guò)自然風(fēng)或強(qiáng)制吹風(fēng)散熱；當(dāng)溫度降下來(lái)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉散熱油路。在低溫環(huán)境冷啟動(dòng)前，要落實(shí)先啟動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，待確認(rèn)軸承、齒輪副得到足夠潤(rùn)滑后再啟動(dòng)主機(jī)。