田野

吉林吉電新能源有限公司，中國(guó)·吉林 長(zhǎng)春 130000

1 引言

伴隨著中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)投入運(yùn)行的機(jī)組已達(dá)近10萬(wàn)臺(tái)，對(duì)如此巨大數(shù)量的風(fēng)電機(jī)組正確維保成為風(fēng)電各相關(guān)方共同的話題。而對(duì)于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，齒輪箱屬于風(fēng)機(jī)的主傳動(dòng)鏈部分，是關(guān)鍵性部件。其用途是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)能傳遞給發(fā)電機(jī)，并通過(guò)齒輪箱齒輪副的增速作用使輸出軸的轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機(jī)發(fā)電所需的轉(zhuǎn)速。而齒輪箱潤(rùn)滑油的清潔度對(duì)齒輪箱的使用效率和壽命有至關(guān)重要的影響。因此，對(duì)齒輪箱的潤(rùn)滑管理尤其是齒輪箱的換油工作成為各風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商高度關(guān)注的重要內(nèi)容。

以往風(fēng)場(chǎng)多采用傳統(tǒng)的人工換油，該換油方式需要維護(hù)人員多次上下風(fēng)機(jī)，運(yùn)下廢油并運(yùn)上新油，最后再加入風(fēng)機(jī)齒輪箱。按照人工換油方式，更換一個(gè)風(fēng)機(jī)齒輪箱油，需要4個(gè)人8小時(shí)連續(xù)作業(yè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且換油不徹底，齒輪箱內(nèi)留存廢油，導(dǎo)致新注入的齒輪油清潔度受到污染，換油效果會(huì)大打折扣[1]。

隨著技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)今風(fēng)場(chǎng)大多采用換油車高空換油系統(tǒng)，該換油方式一方面節(jié)約了人力物力，另一方面可去除風(fēng)機(jī)齒輪箱內(nèi)的廢油和雜質(zhì)，使新油不再受到廢油污染，從而更好地保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備，并且潤(rùn)滑油的使用壽命會(huì)更長(zhǎng)，也減少了采購(gòu)潤(rùn)滑油的費(fèi)用。

因此，深入研究高空換油系統(tǒng)的原理、組成、功能等，對(duì)高空換油系統(tǒng)的正確使用以及其未來(lái)發(fā)展方向具有重要意義。

2 高空換油系統(tǒng)設(shè)計(jì)及組成

風(fēng)電齒輪箱高空換油系統(tǒng)一般由排廢油系統(tǒng)、沖洗油系統(tǒng)、清洗油系統(tǒng)、新油系統(tǒng)、氣動(dòng)輔助系統(tǒng)、膠管卷?yè)P(yáng)機(jī)、電控系統(tǒng)等組成，整體安裝于箱式貨車內(nèi)。排廢油系統(tǒng)、沖洗油系統(tǒng)、清洗油系統(tǒng)、新油系統(tǒng)為高空換油系統(tǒng)的四大主功能部分，氣動(dòng)輔助系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、膠管卷?yè)P(yáng)機(jī)為輔助功能部分。換油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，原理如圖2所示，現(xiàn)對(duì)其四大主功能分別予以介紹。

圖1 高空換油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

圖2 高空換油系統(tǒng)原理

2.1 排廢油系統(tǒng)

排廢油系統(tǒng)主要為將齒輪箱內(nèi)的廢油回收到廢油箱中。首先用氣動(dòng)輔助系統(tǒng)中真空泵對(duì)廢油箱進(jìn)行抽真空，之后利用氣壓和重力回收廢油，要求盡可能回收徹底。

2.2 沖洗油系統(tǒng)

由于排廢油系統(tǒng)無(wú)法徹底排空廢油，一定會(huì)留有殘余，加之齒輪箱內(nèi)殘留的鐵屑雜質(zhì)等，故需要對(duì)齒輪箱進(jìn)行沖洗。沖洗時(shí)一般采用低黏度的潤(rùn)滑油，這樣沖洗更徹底，鐵屑等雜質(zhì)更容易被排出齒輪箱。

對(duì)沖洗油系統(tǒng)，最重要的是如何保證將沖洗油順利泵送到齒輪箱中，該問(wèn)題同樣適用于清洗油系統(tǒng)和新油系統(tǒng)，只是泵送的介質(zhì)不同而已。現(xiàn)以黏度最大的VG320齒輪箱潤(rùn)滑油為例進(jìn)行分析，同時(shí)假定系統(tǒng)流量25L/min，膠管長(zhǎng)度100m。

將VG320潤(rùn)滑油泵送到齒輪箱中主要考慮三部分阻力：一是油液泵送高度產(chǎn)生的靜壓力；二是油液泵送過(guò)程中的沿程損失；三是油液泵送過(guò)程中的局部損失。

2.2.1 油液泵送高度產(chǎn)生的靜壓力

式中：ρ——潤(rùn)滑油密度，按20℃條件下，該值為899.9kg/m3。

g——重力加速度。

h——潤(rùn)滑油需提升高度，按100m計(jì)算。

代入式（1），計(jì)算可得881902Pa，即靜壓力0.88MPa。

2.2.2 沿程損失

式（2）為雷諾數(shù)計(jì)算公式，式（3）為沿程壓力損失計(jì)算公式，式（4）為膠管中壓力損失因數(shù)計(jì)算公式

將式（2）（4）代入式（3）中可得：

V——膠管中潤(rùn)滑油流速m/s。

d——膠管內(nèi)徑m。

l——膠管長(zhǎng)度m。

ρ——潤(rùn)滑油密度kg/m3。

按流量25L/min計(jì)算，流速：

膠管內(nèi)徑d=0.025m。

膠管長(zhǎng)度l=100m。

潤(rùn)滑油密度ρ=899.9kg/m3。

將上述數(shù)據(jù)代入式（5）可得：

即黏度損失6.4MPa。

2.2.3 局部損失

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，同時(shí)考慮VG320潤(rùn)滑油粘度高，局部損失可按0.5MPa計(jì)算。

綜合上述三部分，系統(tǒng)需要克服的阻力即系統(tǒng)壓力為0.88+6.4+0.5=7.78MPa，留一定的安全系數(shù)，即系統(tǒng)壓力8.5MPa。

系統(tǒng)壓力8.5MPa，系統(tǒng)流量25L/min，對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率為：

也就是說(shuō)選用4kW電機(jī)就可以將25L/min潤(rùn)滑油泵送到高空齒輪箱中，該數(shù)據(jù)同樣適用于清洗油系統(tǒng)和新油系統(tǒng)。

2.3 清洗油系統(tǒng)

對(duì)齒輪箱沖洗過(guò)后，齒輪箱內(nèi)會(huì)殘留部分的沖洗油。由于沖洗油多為低粘度的潤(rùn)滑油，與齒輪箱VG320潤(rùn)滑油不相容，故此時(shí)需要使用清洗油系統(tǒng)。通過(guò)清洗油系統(tǒng)將VG320潤(rùn)滑油加注到高空齒輪箱中，對(duì)齒輪箱進(jìn)行清洗，減少殘油，避免新油的二次污染。

對(duì)清洗油系統(tǒng)，最重要的依然是如何把潤(rùn)滑油加注到高空齒輪箱中，其計(jì)算過(guò)程與沖洗油一致。

2.4 新油系統(tǒng)

新油系統(tǒng)用于對(duì)清洗合格的齒輪箱加注新潤(rùn)滑油，從而完成更換潤(rùn)滑油目的。理論上油桶內(nèi)新潤(rùn)滑油的污染度是不符合潤(rùn)滑系統(tǒng)污染度要求，故加注新潤(rùn)滑油時(shí)最好通過(guò)5μm或者精度更低的過(guò)濾器過(guò)濾，已達(dá)到加注的油品完全符合要求的目的。

對(duì)新油系統(tǒng)，最重要的依然是如何把潤(rùn)滑油加注到高空齒輪箱中，其計(jì)算過(guò)程與沖洗油一致[2]。

2.5 系統(tǒng)特點(diǎn)

通過(guò)上述對(duì)高空換油系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組成的深入研究，認(rèn)識(shí)到高空換油系統(tǒng)采用四步換油，即抽廢油、沖洗、清洗、加注新油，其具有下述特點(diǎn)。

2.5.1 清潔可靠

高空換油系統(tǒng)采用四步換油，徹底清除雜質(zhì)，降低殘油率，避免混油，保證加注到齒輪箱潤(rùn)滑油的清潔度。

2.5.2 省時(shí)高效

高空換油系統(tǒng)采用自動(dòng)化操作，大幅度減少勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)節(jié)省換油時(shí)間。

2.5.3 封閉運(yùn)行

高空換油系統(tǒng)為密閉式系統(tǒng)，減少泄漏，同時(shí)由于高空換油系統(tǒng)配有氣動(dòng)輔助系統(tǒng)，提高了回廢油和加注新油的速度。

2.5.4 可過(guò)濾可加熱

高空換油系統(tǒng)配有過(guò)濾器和加熱器，可對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾和加熱，從而既能保證潤(rùn)滑油的清潔度又能夠適應(yīng)更多場(chǎng)合。

3 高空換油系統(tǒng)發(fā)展方向

近幾年由于風(fēng)電齒輪箱高空換油系統(tǒng)的廣泛普及，較好解決了風(fēng)電齒輪箱的換油問(wèn)題，但隨著風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展，其已不能完美的滿足風(fēng)場(chǎng)主的需求。結(jié)合筆者所在公司風(fēng)場(chǎng)換油時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題，筆者認(rèn)為未來(lái)高空換油系統(tǒng)主要有下述幾個(gè)發(fā)展方向：

①目前高空換油系統(tǒng)多直接用于換油，但對(duì)于運(yùn)行三四年的齒輪箱，其油品尚不需要更換，只需要經(jīng)過(guò)多重過(guò)濾，去除油品中的水分和雜質(zhì)即可，但目前高空換油系統(tǒng)尚不能滿足該項(xiàng)需求，即使能滿足，所需過(guò)濾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)使用價(jià)值。例如筆者所在公司所采購(gòu)的換油系統(tǒng)，其過(guò)濾一遍一齒輪箱潤(rùn)滑油（約400L）大概需要3h，而這僅僅只是過(guò)濾一遍。故對(duì)運(yùn)行三四年的齒輪箱油品快速過(guò)濾是未來(lái)?yè)Q油系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。

②冬季時(shí)由于環(huán)境溫度低，潤(rùn)滑油黏度高，換油時(shí)常發(fā)生吸油不暢，回油不順的現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q油時(shí)間加長(zhǎng)甚至無(wú)法換油，雖然目前換油系統(tǒng)都配有加熱器可對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行加熱，但不足以滿足潤(rùn)滑油溫度需求，在寒冷冬季換油系統(tǒng)仍然無(wú)法工作，嚴(yán)重影響使用效率。故冬季時(shí)換油系統(tǒng)如何保證順利工作也是未來(lái)?yè)Q油系統(tǒng)的一個(gè)研究方向。

③與人工換油相比，高空換油系統(tǒng)雖然大幅度節(jié)省了人力物力，但換油的前期準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，加之四步換油過(guò)程所需的時(shí)間，更換一臺(tái)齒輪箱潤(rùn)滑油依然需要數(shù)小時(shí)。故如何能最大化地減少換油時(shí)間，提高換油效率也是未來(lái)?yè)Q油系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向[3]。

4 結(jié)論

論文針對(duì)風(fēng)電齒輪箱換油問(wèn)題，詳細(xì)介紹了目前應(yīng)用較普遍的風(fēng)電齒輪箱高空換油系統(tǒng)，深入研究其四步換油方式及其所具有的優(yōu)勢(shì)，最后結(jié)合筆者所在公司換油系統(tǒng)使用過(guò)程中的問(wèn)題，闡述了未來(lái)?yè)Q油系統(tǒng)的發(fā)展方向。

通過(guò)上述分析，得出如下結(jié)論：

①風(fēng)電齒輪箱高空換油系統(tǒng)相比人工換油，節(jié)省了大量人力物力，較好地解決了齒輪箱換油問(wèn)題。

②風(fēng)電齒輪箱高空換油系統(tǒng)采用四步換油，即排廢油、沖洗、清洗、加注新油。

③風(fēng)電齒輪箱高空換油系統(tǒng)最重要的是如何把潤(rùn)滑油加注到高空齒輪箱中，根據(jù)計(jì)算，4kW電機(jī)可以把25L/min流量的潤(rùn)滑油加注到齒輪箱中。

④隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，高空換油系統(tǒng)未來(lái)應(yīng)向加強(qiáng)過(guò)濾、提高換油效率等方向發(fā)展。