风电机组齿轮箱超温原因分析及治理措施

随着全球经济的发展和人口的增加，对能源的需求不断增加。风能作为一种清洁能源，受到越来越多的关注和重视。风电机组的技术不断提高和成本不断降低，风能发电的成本已经逐渐接近传统能源，市场需求也在不断增加。风电场站普遍设备基数大，随着机组缺陷高发期来临，大部件超温问题愈来愈严重，造成停机时间增长，机组可利用率逐渐下降，现场运行工作量突增，技术人员相对匮乏，给检修工作带来一定难度。本文从景峡某风场的实际故障案例出发，分析齿轮箱温控阀失效对齿轮箱超温的影响，并针对性其温包进行技术改造，彻底解决了因温控阀损坏导致齿轮箱轴承超温的问题。关键词：风力发电机组齿轮箱超温

温控阀

1引言风电机组齿轮箱作为风力发电机组的核心部件之一，主要作用是将风轮转动的低速运动转换为高速运动，以驱动发电机发电。同时，齿轮箱还具有减速、传递扭矩、支撑风轮等功能。轮系作为风电机组齿轮箱传递能量的重要部件，其安全稳定运行对维持齿轮箱寿命至关重要。经研究分析齿轮箱润滑冷却系统发现，冷却润滑系统中的ACS温控阀通过感温元件热胀冷缩原理，根据油温实时调节阀门的开闭，实现油液是否冷却的功能。该温控阀理论可以动作3万次，寿命到后温包中的橡胶套就会损坏导致温控阀失效。温控阀失效后，无法控制齿轮箱内油温，可能导致油温过高、齿轮箱过热、齿轮箱轴承损伤，对风电机组的运行安全和寿命都会产生不良影响。通过对温控阀进行改造，将由温度控制阀的开闭改造为压力控制，有限避免了温控阀的失效。经过改造后，我们发现机组的温度控制更加稳定，机组的效率和寿命也得到了提高。同时，改造后的温控阀也更加耐用，减少了机组故障的发生率。2齿轮箱冷却系统工作原理该风场采用海装2.0MW双馈式风电机组，齿轮箱采用重齿FL2000HD-128型齿轮箱，冷却方式为空水冷。采用四川川润公司的冷却散热系统，齿轮箱冷却系统主要由水泵，压力罐，油水热交换器，空冷器，油泵，系统管路组成。该装置冷却介质为60%水+40%乙二醇的混合液体。原理为由水泵带动冷却液在密闭系统内部循环，不断将齿轮箱运行产生的热量由油水交换器带到散热装置进行冷却。从而使齿轮箱冷却。风冷却器散热片为网孔式铝合金板,利用电机带动叶轮转动，产生的涡流不断将空气吸入，冷空气与散热片接触后吸收板片内的热物质。3齿轮箱超温故障研究分析通过对风力发电机组齿轮箱参数及保护定值、齿轮箱润滑冷却装置散热效率、齿轮箱油以及温控阀等方面进行对比分析，确认齿轮箱超温的根本原因，为后续齿轮箱超温故障处理提供有利的技术支持。3.1机组保护定值机组冷却散热系统保护定值为:齿轮箱进口油温度>25C，温控阀打开，使得润滑油经冷却器冷却后再进入到齿轮箱;齿轮箱进口油温度＜25C，温控阀关闭，润滑油直接进入齿轮箱;当油温＞60℃、或入口温度＞60℃、或水温＞60℃，冷却风扇启动。通过对机组运行数据分析，此定值满足机组运行要求:且机组冷却散热系统水泵及风扇运行情况与保护定值设定值一致。3.2齿轮箱及冷却散热器热能效率对齿轮箱及散热器热能效率进行核算。根据行业标准齿轮箱设计的机械效率不低于97%，在标准条件下应达到的其他指标如下:最大发热功率:P=(l-n)xP=0.97x2000kW=1940kW，根据热平衡公式Q=C*p*M*At，齿轮箱出口温度t1=齿轮箱进口温度t2+Q/(C*p*M)/3600=67(取冷却液密度:1.07g/cm3、比热容:3.46kj/kg·k、流量分别取150L/min)。冷却器当量功率计算:根据当量功率计算公式K=Q/At1，实测机舱温度为35℃冷却器当量功率K=60/(67-35)=1.87kW/C(流量为150L/min时)。川润散热器散热能力参数:当流量为150L/in时，散热能力为1.65~1.67kW/C。当机舱环境温度为35C时，冷却介质在冷却系统标准压力2.2-2.4bar下，油冷系统的散热能力还有安全余量，在正常运行情况下，可满足风力发电机组齿轮箱的散热需求。通过以上数据分析，当机组冷却液不足、冷却管路冷却介质流通不畅，灰尘和毛絮粘附堵塞散热片，降低散热效率热片通风量，都会造成齿轮箱散热效率下降。3.3齿轮箱温控阀温控阀的失效会导致齿轮箱内的油温升高，因为温控阀通常用于控制油的流量和冷却效果。当温控阀失效时，冷却系统无法正常工作，无法及时带走齿轮箱内产生的热量，导致齿轮箱温度升高。齿轮箱温度的升高会导致齿轮箱油的黏度降低，润滑性能下降。黏度过低会导致润滑膜的破裂和摩擦增加，增加齿轮和轴承的磨损和损坏的风险，从而缩短齿轮箱的使用寿命。长期高温运行可能会导致齿轮和轴承的变形和损坏，甚至引发故障和事故。而且齿轮箱温度升高会导致能量损失增加，效率下降。高温环境下，齿轮箱内的摩擦和热量产生会增加，从而消耗更多的能量，降低整个风电机组的发电效率。3.4齿轮箱油齿轮箱油在齿轮箱中起着润滑和冷却的作用。齿轮箱油在齿轮箱内形成润滑膜，减少齿轮和轴承的摩擦和磨损，降低齿轮箱的温升，减少能量损失和热量的产生。油的流动可以将热量从高温区域带到低温区域，提高齿轮箱的散热效率。但是油的黏度、抗氧化性、抗泡性等性能指标会影响油在齿轮箱内的润滑和冷却效果。齿轮箱润滑油的使用温度过高将会导致使用寿命降低。润滑油长期在相对的高温阶段运行，会改变其粘温性能，加速油品的氧化，油液在氧化后发泡特性逐步增强，油品润滑特性变差，加剧齿面磨损和轴承磨损，导致齿轮箱传动效率下降。齿轮箱超温原因通过对风力发电机组保护定值、齿轮箱及冷却散热器热能效率、齿轮箱油、温控阀等方面进行对比分析，明确齿轮箱超温主要原因为温控阀寿命到后，温包中的橡胶套损坏导致温控阀失效，使齿轮箱温度过高。4齿轮箱超温故障处理方案4.1齿轮箱冷却系统维护风冷却器长期工作时，散热片表面逐渐积垢，热交换性能下降，以至不能满足冷却要求，应定期清扫冷却板片表面及内部沉积的灰尘、柳絮等杂物，保持散热面清洁，保持空气的流动畅通。每半年对散热板进行检查。使用高压水枪对风冷却器散热片进行冲洗，清除板片缝隙内的灰尘和毛絮。为保证水泵长期使用，其输送的的冷却液必须清洁，管道畅通，机组冷却液保证压力充足，不应有任何腐蚀性物质和机械杂质。4.2温控阀进行技改将由温度调控的阀门改造为压力控制的阀门，利用其通过冷却器时因压降不同形成背压推动控制阀移动，并结合复位弹簧构成不同回路切换，间接实现在油温变化时控制温控阀正常转换到空气冷却器支路对高温润滑油液进行冷却，达到调控系统油温的目的。4.3齿轮箱润滑系统维护每年对油品对进行检测分析，对性能指标超标或油液存在大量发泡、有悬浮物现象的油进行过滤或更换。机组巡视时观察齿轮箱油液颜色，同时查看过滤器压差发讯器是否已经报警。如果压差发讯器已经发讯，且变脏的滤芯还继续长期使用，滤芯压差可能已经超过10bar使滤芯压溃破坏，从而油液中的大颗粒杂质未经过过滤直接进入阀芯和阀套之间导致阀组卡死。这样必须取出阀芯和阀套进行清洗，同时更换使用新滤芯。5结论此次风机齿轮箱超温故障的主要是齿轮箱温控阀因寿命限制而导致