風(fēng)電機(jī)組齒輪箱超溫原因分析及治理措施

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，對(duì)能源的需求不斷增加。風(fēng)能作為一種清潔能源，受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視。風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)不斷提高和成本不斷降低，風(fēng)能發(fā)電的成本已經(jīng)逐漸接近傳統(tǒng)能源，市場(chǎng)需求也在不斷增加。風(fēng)電場(chǎng)站普遍設(shè)備基數(shù)大，隨著機(jī)組缺陷高發(fā)期來(lái)臨，大部件超溫問(wèn)題愈來(lái)愈嚴(yán)重，造成停機(jī)時(shí)間增長(zhǎng)，機(jī)組可利用率逐漸下降，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工作量突增，技術(shù)人員相對(duì)匱乏，給檢修工作帶來(lái)一定難度。本文從景峽某風(fēng)場(chǎng)的實(shí)際故障案例出發(fā)，分析齒輪箱溫控閥失效對(duì)齒輪箱超溫的影響，并針對(duì)性其溫包進(jìn)行技術(shù)改造，徹底解決了因溫控閥損壞導(dǎo)致齒輪箱軸承超溫的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱超溫

溫控閥

1引言風(fēng)電機(jī)組齒輪箱作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件之一，主要作用是將風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為高速運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)，齒輪箱還具有減速、傳遞扭矩、支撐風(fēng)輪等功能。輪系作為風(fēng)電機(jī)組齒輪箱傳遞能量的重要部件，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)維持齒輪箱壽命至關(guān)重要。經(jīng)研究分析齒輪箱潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)中的ACS溫控閥通過(guò)感溫元件熱脹冷縮原理，根據(jù)油溫實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)油液是否冷卻的功能。該溫控閥理論可以動(dòng)作3萬(wàn)次，壽命到后溫包中的橡膠套就會(huì)損壞導(dǎo)致溫控閥失效。溫控閥失效后，無(wú)法控制齒輪箱內(nèi)油溫，可能導(dǎo)致油溫過(guò)高、齒輪箱過(guò)熱、齒輪箱軸承損傷，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全和壽命都會(huì)產(chǎn)生不良影響。通過(guò)對(duì)溫控閥進(jìn)行改造，將由溫度控制閥的開(kāi)閉改造為壓力控制，有限避免了溫控閥的失效。經(jīng)過(guò)改造后，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)組的溫度控制更加穩(wěn)定，機(jī)組的效率和壽命也得到了提高。同時(shí)，改造后的溫控閥也更加耐用，減少了機(jī)組故障的發(fā)生率。2齒輪箱冷卻系統(tǒng)工作原理該風(fēng)場(chǎng)采用海裝2.0MW雙饋式風(fēng)電機(jī)組，齒輪箱采用重齒FL2000HD-128型齒輪箱，冷卻方式為空水冷。采用四川川潤(rùn)公司的冷卻散熱系統(tǒng)，齒輪箱冷卻系統(tǒng)主要由水泵，壓力罐，油水熱交換器，空冷器，油泵，系統(tǒng)管路組成。該裝置冷卻介質(zhì)為60%水+40%乙二醇的混合液體。原理為由水泵帶動(dòng)冷卻液在密閉系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，不斷將齒輪箱運(yùn)行產(chǎn)生的熱量由油水交換器帶到散熱裝置進(jìn)行冷卻。從而使齒輪箱冷卻。風(fēng)冷卻器散熱片為網(wǎng)孔式鋁合金板,利用電機(jī)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的渦流不斷將空氣吸入，冷空氣與散熱片接觸后吸收板片內(nèi)的熱物質(zhì)。3齒輪箱超溫故障研究分析通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱參數(shù)及保護(hù)定值、齒輪箱潤(rùn)滑冷卻裝置散熱效率、齒輪箱油以及溫控閥等方面進(jìn)行對(duì)比分析，確認(rèn)齒輪箱超溫的根本原因，為后續(xù)齒輪箱超溫故障處理提供有利的技術(shù)支持。3.1機(jī)組保護(hù)定值機(jī)組冷卻散熱系統(tǒng)保護(hù)定值為:齒輪箱進(jìn)口油溫度>25C，溫控閥打開(kāi)，使得潤(rùn)滑油經(jīng)冷卻器冷卻后再進(jìn)入到齒輪箱;齒輪箱進(jìn)口油溫度＜25C，溫控閥關(guān)閉，潤(rùn)滑油直接進(jìn)入齒輪箱;當(dāng)油溫＞60℃、或入口溫度＞60℃、或水溫＞60℃，冷卻風(fēng)扇啟動(dòng)。通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，此定值滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行要求:且機(jī)組冷卻散熱系統(tǒng)水泵及風(fēng)扇運(yùn)行情況與保護(hù)定值設(shè)定值一致。3.2齒輪箱及冷卻散熱器熱能效率對(duì)齒輪箱及散熱器熱能效率進(jìn)行核算。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱設(shè)計(jì)的機(jī)械效率不低于97%，在標(biāo)準(zhǔn)條件下應(yīng)達(dá)到的其他指標(biāo)如下:最大發(fā)熱功率:P=(l-n)xP=0.97x2000kW=1940kW，根據(jù)熱平衡公式Q=C*p*M*At，齒輪箱出口溫度t1=齒輪箱進(jìn)口溫度t2+Q/(C*p*M)/3600=67(取冷卻液密度:1.07g/cm3、比熱容:3.46kj/kg·k、流量分別取150L/min)。冷卻器當(dāng)量功率計(jì)算:根據(jù)當(dāng)量功率計(jì)算公式K=Q/At1，實(shí)測(cè)機(jī)艙溫度為35℃冷卻器當(dāng)量功率K=60/(67-35)=1.87kW/C(流量為150L/min時(shí))。川潤(rùn)散熱器散熱能力參數(shù):當(dāng)流量為150L/in時(shí)，散熱能力為1.65~1.67kW/C。當(dāng)機(jī)艙環(huán)境溫度為35C時(shí)，冷卻介質(zhì)在冷卻系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)壓力2.2-2.4bar下，油冷系統(tǒng)的散熱能力還有安全余量，在正常運(yùn)行情況下，可滿(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的散熱需求。通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，當(dāng)機(jī)組冷卻液不足、冷卻管路冷卻介質(zhì)流通不暢，灰塵和毛絮粘附堵塞散熱片，降低散熱效率熱片通風(fēng)量，都會(huì)造成齒輪箱散熱效率下降。3.3齒輪箱溫控閥溫控閥的失效會(huì)導(dǎo)致齒輪箱內(nèi)的油溫升高，因?yàn)闇乜亻y通常用于控制油的流量和冷卻效果。當(dāng)溫控閥失效時(shí)，冷卻系統(tǒng)無(wú)法正常工作，無(wú)法及時(shí)帶走齒輪箱內(nèi)產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致齒輪箱溫度升高。齒輪箱溫度的升高會(huì)導(dǎo)致齒輪箱油的黏度降低，潤(rùn)滑性能下降。黏度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑膜的破裂和摩擦增加，增加齒輪和軸承的磨損和損壞的風(fēng)險(xiǎn)，從而縮短齒輪箱的使用壽命。長(zhǎng)期高溫運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致齒輪和軸承的變形和損壞，甚至引發(fā)故障和事故。而且齒輪箱溫度升高會(huì)導(dǎo)致能量損失增加，效率下降。高溫環(huán)境下，齒輪箱內(nèi)的摩擦和熱量產(chǎn)生會(huì)增加，從而消耗更多的能量，降低整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率。3.4齒輪箱油齒輪箱油在齒輪箱中起著潤(rùn)滑和冷卻的作用。齒輪箱油在齒輪箱內(nèi)形成潤(rùn)滑膜，減少齒輪和軸承的摩擦和磨損，降低齒輪箱的溫升，減少能量損失和熱量的產(chǎn)生。油的流動(dòng)可以將熱量從高溫區(qū)域帶到低溫區(qū)域，提高齒輪箱的散熱效率。但是油的黏度、抗氧化性、抗泡性等性能指標(biāo)會(huì)影響油在齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑和冷卻效果。齒輪箱潤(rùn)滑油的使用溫度過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致使用壽命降低。潤(rùn)滑油長(zhǎng)期在相對(duì)的高溫階段運(yùn)行，會(huì)改變其粘溫性能，加速油品的氧化，油液在氧化后發(fā)泡特性逐步增強(qiáng)，油品潤(rùn)滑特性變差，加劇齒面磨損和軸承磨損，導(dǎo)致齒輪箱傳動(dòng)效率下降。齒輪箱超溫原因通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保護(hù)定值、齒輪箱及冷卻散熱器熱能效率、齒輪箱油、溫控閥等方面進(jìn)行對(duì)比分析，明確齒輪箱超溫主要原因?yàn)闇乜亻y壽命到后，溫包中的橡膠套損壞導(dǎo)致溫控閥失效，使齒輪箱溫度過(guò)高。4齒輪箱超溫故障處理方案4.1齒輪箱冷卻系統(tǒng)維護(hù)風(fēng)冷卻器長(zhǎng)期工作時(shí)，散熱片表面逐漸積垢，熱交換性能下降，以至不能滿(mǎn)足冷卻要求，應(yīng)定期清掃冷卻板片表面及內(nèi)部沉積的灰塵、柳絮等雜物，保持散熱面清潔，保持空氣的流動(dòng)暢通。每半年對(duì)散熱板進(jìn)行檢查。使用高壓水槍對(duì)風(fēng)冷卻器散熱片進(jìn)行沖洗，清除板片縫隙內(nèi)的灰塵和毛絮。為保證水泵長(zhǎng)期使用，其輸送的的冷卻液必須清潔，管道暢通，機(jī)組冷卻液保證壓力充足，不應(yīng)有任何腐蝕性物質(zhì)和機(jī)械雜質(zhì)。4.2溫控閥進(jìn)行技改將由溫度調(diào)控的閥門(mén)改造為壓力控制的閥門(mén)，利用其通過(guò)冷卻器時(shí)因壓降不同形成背壓推動(dòng)控制閥移動(dòng)，并結(jié)合復(fù)位彈簧構(gòu)成不同回路切換，間接實(shí)現(xiàn)在油溫變化時(shí)控制溫控閥正常轉(zhuǎn)換到空氣冷卻器支路對(duì)高溫潤(rùn)滑油液進(jìn)行冷卻，達(dá)到調(diào)控系統(tǒng)油溫的目的。4.3齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)維護(hù)每年對(duì)油品對(duì)進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)性能指標(biāo)超標(biāo)或油液存在大量發(fā)泡、有懸浮物現(xiàn)象的油進(jìn)行過(guò)濾或更換。機(jī)組巡視時(shí)觀(guān)察齒輪箱油液顏色，同時(shí)查看過(guò)濾器壓差發(fā)訊器是否已經(jīng)報(bào)警。如果壓差發(fā)訊器已經(jīng)發(fā)訊，且變臟的濾芯還繼續(xù)長(zhǎng)期使用，濾芯壓差可能已經(jīng)超過(guò)10bar使濾芯壓潰破壞，從而油液中的大顆粒雜質(zhì)未經(jīng)過(guò)過(guò)濾直接進(jìn)入閥芯和閥套之間導(dǎo)致閥組卡死。這樣必須取出閥芯和閥套進(jìn)行清洗，同時(shí)更換使用新濾芯。5結(jié)論此次風(fēng)機(jī)齒輪箱超溫故障的主要是齒輪箱溫控閥因壽命限制而導(dǎo)致