袁加勝 高 祥 劉 迪

（華能國際電力股份有限公司貴州清潔能源分公司）

0 引言

在風能產(chǎn)業(yè)中，風電齒輪箱作為關鍵的傳動裝置，承擔著將風能轉(zhuǎn)化為電能的重要角色。然而，齒輪箱的可靠性和壽命受到多種因素的影響，其中之一就是油液的質(zhì)量和油溫的問題。油液的老化和過高的油溫可能導致齒輪箱性能下降、故障增加，甚至提前損壞。為了確保風電齒輪箱的正常運行和延長其使用壽命，加強油液的質(zhì)量和控制油溫成為至關重要的任務。本文總結(jié)了加強油液質(zhì)量、避免油液老化和控制油溫的方法，包括合適的油液選擇、定期更換、冷卻系統(tǒng)設計、齒輪箱強化設計以及油液過濾器的清洗和更換等。通過采取這些措施，可以提高風電齒輪箱的可靠性、性能和壽命，確保風能利用的有效性和可持續(xù)性發(fā)展。

1 風電齒輪箱冷卻系統(tǒng)工作原理

風電齒輪箱冷卻系統(tǒng)的工作原理是通過循環(huán)冷卻潤滑油來保持齒輪箱的溫度在可接受范圍內(nèi)，以確保齒輪和軸承等關鍵部件的正常運行。冷卻系統(tǒng)通常由冷卻器、冷卻油泵、油管路和控制裝置等組成。當風電機組運行時，齒輪箱內(nèi)部會產(chǎn)生大量熱量，通過熱量傳導和流體動力學的原理，熱量會導致潤滑油升溫。潤滑油進入齒輪箱后，經(jīng)過齒輪和軸承等部件的潤滑和冷卻作用，吸收了熱量，并同時帶走潤滑部件的摩擦熱量。隨后，熱量通過油管路流向冷卻器。

冷卻器可以采用空氣冷卻或者水冷卻的方式。在空氣冷卻系統(tǒng)中，通過風扇將冷卻器表面的熱量傳遞給空氣，使得潤滑油的溫度迅速降低。而在水冷卻系統(tǒng)中，潤滑油通過冷卻器的管道，與冷卻水進行熱交換，使?jié)櫥偷臏囟冉档汀＠鋮s油泵負責將冷卻過后的潤滑油再次輸送至齒輪箱內(nèi)，形成循環(huán)。控制裝置可以根據(jù)齒輪箱的溫度和運行狀態(tài)進行控制，以確保冷卻系統(tǒng)的正常工作。通過齒輪箱冷卻系統(tǒng)的工作，有效地降低了齒輪箱的溫度，保證了風電機組的可靠性和壽命。同時，也提高了風能利用效率和發(fā)電量。

圖1 一種風電齒輪箱箱體的結(jié)構(gòu)

圖2 可現(xiàn)場維護的風電齒輪箱的結(jié)構(gòu)

2 風電齒輪箱油溫高的原因

2.1 高軸功率和工作負荷

高軸功率和工作負荷是導致風電齒輪箱油溫升高的重要原因之一。風電機組在運行時，由于巨大的風力作用，使得風輪高速旋轉(zhuǎn)，進而產(chǎn)生高軸功率。高軸功率代表風電機組輸出的電能的多少，與風輪的轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)矩有關。同時，對于大型風電機組而言，由于其體量龐大，其工作負荷也較重。高軸功率和工作負荷的增加將導致齒輪箱內(nèi)部的摩擦增加，進而產(chǎn)生大量的熱量。這些熱量無法很好地散發(fā)出去，導致油溫升高。

2.2 齒輪箱內(nèi)部摩擦

齒輪箱內(nèi)部摩擦是導致風電齒輪箱油溫升高的一個主要原因。在風電機組的運轉(zhuǎn)過程中，齒輪和軸承等部件難免會發(fā)生摩擦作用。摩擦會引起能量的損耗，并產(chǎn)生大量的熱量。當齒輪輪齒與軸承以及其他接觸面之間的潤滑條件不理想時，摩擦熱量會進一步增加。這可能是由于潤滑油質(zhì)量不良、潤滑油過少或過多等原因?qū)е碌摹４送?，如果齒輪箱存在齒輪磨損、配合間隙不合適或未正確對中，都會增加齒輪和軸承的摩擦。這些摩擦熱量隨著時間的累積會導致油溫升高。

2.3 冷卻系統(tǒng)不足

冷卻系統(tǒng)不足是導致風電齒輪箱油溫升高的一個常見原因之一。風電齒輪箱通常配備冷卻系統(tǒng)來降低油溫。然而，如果冷卻系統(tǒng)設計不合理、冷卻器的散熱效果不好，或者冷卻液循環(huán)不暢，將導致冷卻效果不佳。這意味著無法充分從齒輪箱吸收產(chǎn)生的熱量，導致油溫升高。

2.4 環(huán)境溫度高

環(huán)境溫度高是導致風電齒輪箱油溫升高的一個重要原因。風電機組通常安裝在開闊的風場中，這些地區(qū)的環(huán)境溫度較高。高溫環(huán)境會對齒輪箱的散熱產(chǎn)生一定影響，使其難以有效散發(fā)熱量，導致油溫升高。當環(huán)境溫度升高時，冷卻系統(tǒng)的散熱效果會下降，無法有效地帶走齒輪箱內(nèi)部的熱量。這會使得齒輪箱內(nèi)的溫度逐漸升高，對齒輪和軸承等關鍵部件造成不利影響。

2.5 油液污染和老化

油液污染和老化是導致風電齒輪箱故障的常見因素之一。油液在齒輪箱中發(fā)揮著潤滑、冷卻和密封等重要功能，但隨著使用時間的增長，油液會受到外界環(huán)境和齒輪箱內(nèi)部的污染物的影響而逐漸變質(zhì)。首先，外界的污染物，如灰塵、顆粒物和異物進入油液中，造成污染。其次，齒輪箱內(nèi)部產(chǎn)生的金屬切屑、氧化產(chǎn)物和熱裂解產(chǎn)物也會污染油液。油液的污染會阻塞油路、降低潤滑性能，造成齒輪和軸承的過度磨損，甚至導致系統(tǒng)故障。同時，油液老化也是一個重要的因素，隨著時間的推移，油液中的添加劑和抗氧化劑會逐漸分解和失效，使其性能下降，降低了對齒輪箱的保護作用。

2.6 運行狀態(tài)異常

運行狀態(tài)異常是指風電機組在運行過程中出現(xiàn)不符合正常工作條件的情況。這可能包括但不限于以下問題：齒輪箱發(fā)出異常噪音、振動過大、油溫異常升高，發(fā)電機輸出功率偏低，故障報警等。運行狀態(tài)異?？赡茉从诙喾N原因，例如齒輪磨損、軸承故障、潤滑系統(tǒng)故障、電器元件損壞等。

3 風電齒輪箱油溫高原因的解決方法

3.1 加強冷卻系統(tǒng)功能

可以考慮在齒輪箱中安裝多個冷卻器，以增加散熱面積和冷卻效果。選擇高效的冷卻器，如高效散熱片或更具散熱效果的冷卻器。同時，優(yōu)化冷卻器的布局和位置，確保最大限度地接觸齒輪箱產(chǎn)生的熱量。選擇具有良好熱導率和熱穩(wěn)定性的冷卻介質(zhì)，如高效散熱油或具備優(yōu)良散熱性能的冷卻液。通過增加冷卻液的流動速度，可以提高散熱效果?？梢哉{(diào)整泵的運行速度或增加泵的數(shù)量來實現(xiàn)。

考慮引入額外的輔助冷卻系統(tǒng)，如冷卻風扇或冷卻風機，以增強空氣流動和散熱效果。引入先進的冷卻系統(tǒng)控制策略，如溫度控制器、自動調(diào)節(jié)閥等，以根據(jù)齒輪箱的工作狀況和環(huán)境條件來調(diào)整冷卻系統(tǒng)的運行狀態(tài)和效率。加強冷卻系統(tǒng)功能可以有效降低風電齒輪箱的油溫，提升整個系統(tǒng)的可靠性和性能。具體的加強措施需根據(jù)實際情況進行評估和實施，并確保冷卻系統(tǒng)的有效運行和定期的維護和檢查。

3.2 避免油路堵塞

定期檢查和清潔油路，定期檢查油路，包括油管、管道、油過濾器等，確保無異物或污垢的堵塞。如發(fā)現(xiàn)沉積物或污垢，應及時清洗。根據(jù)齒輪箱的要求和工作條件，選擇合適的潤滑油。注意選擇具備良好的抗氧化性和清潔性能的油液，以降低沉積物和污垢的形成。定期更換油液，油液會老化和污染，定期更換油液可降低堵塞風險。遵循制造商的建議，確保按時更換潤滑油。嚴格控制油液添加量，添加過多的油液可能導致溢出和堵塞。按照制造商指南，控制油液的添加量，避免過量。

定期更換和清洗油過濾器，油過濾器起到過濾雜質(zhì)和污垢的作用，但長時間使用后會堵塞。定期更換和清洗油過濾器，保持其正常工作。同時還需要注意操作和維護，操作和維護人員應定期進行培訓，了解正確的操作方法和維護保養(yǎng)流程。確保正確使用設備和工具，避免產(chǎn)生雜質(zhì)和污垢。通過遵循上述方法，可以減少油路堵塞的風險，保持風電齒輪箱的正常運行。然而，具體的措施需要根據(jù)實際情況和設備要求進行評估和實施。定期的維護、檢查和清潔對于避免油路堵塞至關重要。

3.3 加強油液的質(zhì)量

選擇符合制造商規(guī)定的高質(zhì)量潤滑油。根據(jù)齒輪箱的要求和工作條件選擇合適的油液，確保其具備良好的熱穩(wěn)定性、抗氧化性和耐磨性?？刂朴鸵旱拇鎯褪褂?，存儲油液時，應避免暴露在高溫、潮濕和陽光直射的環(huán)境。在使用過程中，確保油液干凈且不受外界雜質(zhì)的污染。定期進行油液分析和檢測，定期對油液進行分析和檢測，以評估其質(zhì)量和性能。監(jiān)測油液中的粘度、酸值、堿值、污染物含量、水分含量等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應的措施。

定期更換油液，根據(jù)制造商的建議，定期更換潤滑油，以避免油液老化和性能下降。更換油液應遵循正確的排放和回收流程。根據(jù)需要，添加合適的油液添加劑來提升潤滑油的性能。例如，抗氧化劑、清潔劑和抗磨劑等，以提高油液的抗氧化性、清潔性和潤滑性。定期清洗和更換油過濾器，油過濾器起到過濾雜質(zhì)和污染物的作用。定期清洗或更換油過濾器，確保其正常工作，防止污染物進入油液。

3.4 避免油液老化

油液在過高的溫度下容易加速老化。確保齒輪箱的工作溫度在制造商指定的范圍內(nèi)，避免過熱或過冷的情況發(fā)生。定期更換潤滑油，油液隨著時間的推移和使用而逐漸老化和降解。根據(jù)制造商的建議，定期更換潤滑油以保持其良好性能。避免水分和雜質(zhì)的污染，水分和雜質(zhì)是油液老化的常見原因之一。確保油液的存儲容器、管道和處理設備的密封性良好，避免水分和雜質(zhì)的污染?？刂蒲鯕饨佑|，氧氣也是促使油液老化的因素之一。確保油液的存儲容器密封良好，避免過多的氧氣接觸。

添加與油液配套的抗氧化劑，根據(jù)制造商的建議，可以添加合適的抗氧化劑到油液中，以幫助抑制油液的氧化和老化過程。定期監(jiān)測油液的性能，定期進行油液的分析和測試，以評估其粘度、酸值、堿值、水分含量和污染物含量等參數(shù)。如有必要，及時采取措施修復或更換老化嚴重的油液。

3.5 加強齒輪箱設計

選擇高強度和高耐磨性的材料用于齒輪箱的零部件制造，如齒輪、軸和殼體等。這樣可以提高齒輪箱的承載能力和耐久性。優(yōu)化齒輪的設計，根據(jù)齒輪傳動的特點和工作條件，進行齒輪的合理設計。包括正確的模數(shù)、齒數(shù)、齒廓形狀和潤滑方式等，以提高傳動效率和減少噪音。加強軸的設計，齒輪箱中的軸承受著扭矩和軸向載荷等作用力，因此軸的設計要足夠強度和剛性。考慮采用適當?shù)妮S材料和優(yōu)化的軸斷面形狀，以提高軸的承載能力和耐久性。

考慮冷卻系統(tǒng)設計，為齒輪箱設計合理的冷卻系統(tǒng)，以控制油液的溫度并提供充分的散熱。通過合理布置冷卻器和散熱片等部件，保持齒輪箱內(nèi)部溫度在可接受的范圍內(nèi)。引入振動和噪音控制措施，通過減振設備、噪音隔離和包覆材料等，降低齒輪箱的振動和噪音水平，提升操作環(huán)境和工作效率。加強密封和防護設計，確保齒輪箱有良好的密封性和防護性能，避免外部雜質(zhì)、水分和污染物的進入，保護內(nèi)部零部件的正常運行和壽命。

4 結(jié)束語

風電齒輪箱的油液質(zhì)量和油溫控制是確保風能轉(zhuǎn)化為電能高效運行的關鍵所在。通過加強油液的質(zhì)量、避免油液老化和控制油溫，我們可以延長齒輪箱的使用壽命，提高其可靠性和性能。合適的油液選擇、定期更換、冷卻系統(tǒng)設計、齒輪箱強化設計以及油液過濾器的清洗和更換等措施，都可以為保持風電齒輪箱的良好工作狀態(tài)做出重要貢獻。我們必須認識到油液管理對于風能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關重要。通過不斷改進和實施最佳實踐，我們能夠確保風電齒輪箱的性能優(yōu)越、壽命長久，并為可再生能源的利用做出積極的貢獻。讓我們共同努力，實現(xiàn)清潔能源的可持續(xù)利用。