【摘 要】隨著國家新能源戰(zhàn)略的實施，風(fēng)力發(fā)電受到了人們的廣泛關(guān)注。在大型風(fēng)力發(fā)電機組的所有部件當中，風(fēng)電齒輪箱及其潤滑系統(tǒng)具有非常重要的作用，其工作狀態(tài)是否正常、工作性能是否良好直接決定著發(fā)電機組的工作效率以及使用壽命。因此，對整個風(fēng)電齒輪箱潤滑系統(tǒng)在運行中可能會出現(xiàn)的一些常見問題進行探討，并提出一些有針對性的優(yōu)化措施，具有重要的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)電齒輪箱；潤滑系統(tǒng)；優(yōu)化措施

1.風(fēng)電齒輪箱潤滑系統(tǒng)概述

隨著全球能源需求的不斷增加，越來越多的國家將能源戰(zhàn)略的目光投向了新能源以及清潔可再生能源。在這種背景下，風(fēng)力發(fā)電及其產(chǎn)業(yè)遇到了前所未有的發(fā)展機遇，伴隨著風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大量制造，相關(guān)的研究也逐漸展開。當前，通用的風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)備都是以齒輪箱驅(qū)動為主要的動力，它也是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，在風(fēng)力發(fā)電中發(fā)揮著核心的作用。風(fēng)力通過作用于葉片帶動其旋轉(zhuǎn)，再通過齒輪箱轉(zhuǎn)化成動能，最終由發(fā)電機輸出電能。在系統(tǒng)運行的過程中，潤滑系統(tǒng)的工作運行有非常重要的作用，潤滑系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題將直接導(dǎo)致齒面、齒輪以及細部軸承出現(xiàn)磨損或者損壞。良好的潤滑能夠減小部件之間的摩擦，減少系統(tǒng)受力的沖擊以及工作振動，防止系統(tǒng)的疲勞點蝕，并能有效地防止生銹和外部腐蝕。

2.風(fēng)電齒輪箱潤滑系統(tǒng)常見的故障和原因分析

風(fēng)電齒輪箱潤滑系統(tǒng)常見的故障主要分為微點蝕、軸承故障、冷卻系統(tǒng)故障以及泡沫問題，這些故障的產(chǎn)生很大程度上是由于潤滑油以及潤滑系統(tǒng)的工作不良。

2.1微點蝕及其原因分析

微點蝕也叫做齒輪灰斑，常常在不同齒輪之間的滑動接觸面上產(chǎn)生，在其表面存在一種發(fā)灰的表征狀態(tài)，并伴隨著一定數(shù)量的微小裂紋、麻點、灰斑點或者材料轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，常常是由于齒輪金屬材料的疲勞狀態(tài)引起的，這是一個在齒輪表面形成細微裂紋以及逐漸產(chǎn)生冷膠合的狀態(tài)轉(zhuǎn)移和發(fā)展的綜合過程。微點蝕的成因比較復(fù)雜，主要是因為齒輪在相互接觸摩擦的過程中沒有形成足夠厚的潤滑油膜，導(dǎo)致流體動力潤滑的狀態(tài)沒有徹底形成，而是處于邊界潤滑或者混合潤滑的中間范圍。由于齒輪的加工精度達不到理想標準，齒輪表面常常有一些峰點，如果潤滑油的厚度不足以將其有效覆蓋，這些金屬的凸起在齒輪相互接觸、受力、摩擦、滑動的過程中就會產(chǎn)生金屬疲勞，齒面局部就會出現(xiàn)過熱的情況，從而產(chǎn)生微點蝕。

2.2軸承損壞及其原因分析

軸承也是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運轉(zhuǎn)、傳力的重要部件之一，軸承的損壞通常是一個由初次損壞到二次損壞不斷積累的過程。造成軸承損壞的原因是多方面的，具體包括機組的受力負荷、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動速度、油溫變化、潤滑問題、安裝問題等。齒輪箱潤滑系統(tǒng)的軸承出現(xiàn)磨損、破壞的機理和微點蝕的出現(xiàn)有類似之處，當處于工作狀態(tài)的軸承系統(tǒng)進入了微小的硬質(zhì)雜質(zhì)或者微小顆粒，由于不同軸承接合的間隙與空間非常微小，這些雜質(zhì)、硬物、顆粒等進入到間隙中就會使其產(chǎn)生磨損，同時劣質(zhì)的潤滑油在一定程度上也會造成金屬表面的腐蝕。潤滑系統(tǒng)的軸承損壞通常是一個磨損積累的過程，剛開始可能僅僅是一次規(guī)模較小的初級損壞，由于初級損壞導(dǎo)致的壓痕、銹蝕和表面刮擦進一步發(fā)展成為表面材料的脫落、金屬疲勞、系統(tǒng)振動、間隙擴大等，最終導(dǎo)致了軸承的二次損壞。

2.3泡沫問題及其原因分析

泡沫問題也是齒輪箱潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)的常見問題。在齒輪箱系統(tǒng)工作的過程中，風(fēng)輪機的快速轉(zhuǎn)動會引起箱內(nèi)潤滑油的振動以及攪動，使空氣進入到潤滑系統(tǒng)中，引起潤滑油的泡沫問題。產(chǎn)生的泡沫會對油體的正常循壞產(chǎn)生擾動，干擾正常潤滑油膜的產(chǎn)生，引起油體局部溫度過高或者氣蝕等問題。同時，如果泡沫的數(shù)量過多或者規(guī)模過大還會造成油體溢出現(xiàn)象，產(chǎn)生油液浪費的問題，加大系統(tǒng)的安全隱患。泡沫問題的有效解決必須充分地考慮潤滑系統(tǒng)的排氣問題，釋放出一定數(shù)量的空氣，消除泡沫產(chǎn)生的條件。

2.4潤滑冷卻問題導(dǎo)致的系統(tǒng)故障及其原因分析

潤滑冷卻系統(tǒng)能夠?qū)X輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)動以及動力傳輸過程中產(chǎn)生的熱量有效地散發(fā)掉，維持潤滑油的正常工作溫度。冷卻系統(tǒng)發(fā)生技術(shù)故障常常會導(dǎo)致油溫過高，甚至造成超標停機，給系統(tǒng)造成技術(shù)故障。潤滑冷卻的工作狀態(tài)異常導(dǎo)致的系統(tǒng)問題有油溫過高、油箱漏油、齒輪箱的異常噪聲、潤滑系統(tǒng)的壓力狀態(tài)不正常等。其中由于油溫過高導(dǎo)致的停機故障是一種最為嚴重的系統(tǒng)問題，主要是由于溫控閥的溫包失效、冷卻系統(tǒng)的功率過低以及安全閥的開關(guān)異常導(dǎo)致的。

3.風(fēng)電齒輪箱潤滑系統(tǒng)優(yōu)化措施

3.1風(fēng)電齒輪箱潤滑油的凈化方案

潤滑油是潤滑系統(tǒng)的核心，是潤滑系統(tǒng)發(fā)揮減少振動與磨損、防止腐蝕和銹蝕等作用的基本前提。潤滑油在使用過程中最大的問題就是污染問題，污染物包括雜質(zhì)顆粒、塵埃等，污染能使油液產(chǎn)生品質(zhì)下降、氧化程度加深、性能異常等問題，增加潤滑系統(tǒng)故障發(fā)生的概率。在實際的工作條件下，潤滑系統(tǒng)的工作時間比較長，更換周期也隨之增加，所以潤滑系統(tǒng)中的污染物常常沉淀在油箱的內(nèi)壁底部，并造成安全隱患。針對油液污染速度較快的特點，其凈化方案要連續(xù)并且要隨時監(jiān)控，必須做到以下兩點：第一，對潤滑系統(tǒng)要加強管理，使用優(yōu)質(zhì)的潤滑油并保持一定的清潔度。為了防止外部污染問題，油箱要加強密封管理，防止塵埃、雜質(zhì)的進入，油液應(yīng)該采用定期更換的方法，及時地將雜質(zhì)清除；第二，要加裝旁路清潔系統(tǒng)，在線將雜質(zhì)過濾，保持油體的清潔，增加油液的使用效益。

3.2風(fēng)電齒輪箱潤滑冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在潤滑系統(tǒng)中，潤滑油的溫度和系統(tǒng)壓力有一定的規(guī)律關(guān)系，溫度的升高能使系統(tǒng)壓力變小，反之亦然。因此，系統(tǒng)溫度控制的相關(guān)部件可以采用壓力控制的部件進行代替，實現(xiàn)一定的系統(tǒng)功能。在潤滑冷卻系統(tǒng)中，溫控閥的基本功能是基于油路的工作溫度以及設(shè)定溫度實現(xiàn)不同油路之間的切換。通過探測分析溫控閥的溫度切換臨界值對應(yīng)的系統(tǒng)壓力，利用一個普通的單向控制閥，替代其功能實現(xiàn)，可以解決溫包的使用壽命短、更換頻繁、成本較高的問題。單向控制閥的技術(shù)相對成熟，技術(shù)標準嚴格，維修和更換方便，使用成本低。通過這種系統(tǒng)元件優(yōu)化可解決溫包失效導(dǎo)致的油溫異常問題。

3.3風(fēng)電齒輪箱潤滑系統(tǒng)換熱器設(shè)計的優(yōu)化措施

換熱器在整個潤滑系統(tǒng)的油溫控制中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，換熱器的設(shè)計以及使用對降低系統(tǒng)的能量消耗、提高系統(tǒng)的散熱性能等具有重要影響。換熱器在設(shè)計時需要滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、換熱效率、油液的溫度控制等一系列的技術(shù)要求?，F(xiàn)有的做法是通過多次假定其具體的幾何尺寸，求解滿足所有約束條件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方程，由于相關(guān)參數(shù)的限制，這種試湊法不能求得最優(yōu)解，必須將其優(yōu)化?，F(xiàn)行的優(yōu)化方案是基于功率損耗最小作為設(shè)計的約束條件，以翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)和流動參數(shù)作為兩個相互影響的目標變量，從而尋求相關(guān)參數(shù)的最佳組合，有效地降低制作和設(shè)計成本，保證原件的技術(shù)可靠性。

4.結(jié)語

本文主要對風(fēng)電齒輪箱的潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主要功能進行了概述，著重探討了常見的故障和問題，并在此基礎(chǔ)上分析了關(guān)于換熱器設(shè)計、潤滑油的凈化方案以及冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化措施，希望對相關(guān)的工作者有所幫助。

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