來源(yuán)：2022年電力行(háng)業技(jì)術監督工作交流會暨專(zhuān)業技(jì)術論壇

作者：晁(cháo)衛

随着國民經濟的快速發展(zhǎn)，風電作(zuò)為(wéi)z清潔(jié)的能(néng)源之一越(yuè)來越引起(qǐ)重視，而風力機組是(shì)風能發電系統(tǒng)的重(zhòng)要(yào)組成部(bù)分，其運(yùn)行維護(hù)極其(qí)重要。風力(lì)發電機組(zǔ)的工(gōng)作環境極其惡(è)劣，其長期(qī)處于(yú)極端高低溫、濕(shī)氣大、灰塵大的環境(jìng)中(zhōng)，且大都(dōu)處于較偏(piān)遠地(dì)區，維修不便，因(yīn)此确保(bǎo)其(qí)長期(qī)穩定可靠運轉(zhuǎn)是z基(jī)本的要求(qiú)。風力(lì)發電機組(zǔ)屬于大型轉動(dòng)設(shè)備(bèi)，其潤(rùn)滑的(de)重要性不言而喻。

衆(zhōng)所周(zhōu)知，針(zhēn)對不同的(de)潤滑對象則(zé)需要配(pèi)置不同(tóng)的(de)潤滑(huá)劑，風電機組潤(rùn)滑系統主(zhǔ)要包(bāo)括兩(liǎng)部(bù)分，一是(shì)主齒輪箱、偏航(háng)變(biàn)槳齒輪箱和(hé)液壓(yā)系統(tǒng)部(bù)件采用的液(yè)體潤(rùn)滑油(yóu)潤(rùn)滑，二是主軸軸承、偏航齒(chǐ)圈、變槳軸承(chéng)等采用的半固(gù)體的(de)潤滑脂潤(rùn)滑。風電機(jī)組各(gè)重要部位(wèi)使用的潤(rùn)滑(huá)劑(jì)情況(kuàng)詳見(jiàn)表1。

一、主齒輪箱潤滑(huá)

除了(le)直驅式風力發(fā)電機(jī)組(zǔ)外，其他形式(shì)的機組都(dōu)要應用齒輪箱(xiāng)，齒輪(lún)箱是(shì)通過(guò)齒輪(lún)副進行動(dòng)力傳輸(shū)的，風電(diàn)機組(zǔ)主(zhǔ)齒輪箱(xiāng)見下圖1。

主(zhǔ)齒(chǐ)輪(lún)箱的部件組成(chéng)

常用齒(chǐ)輪副：主(zhǔ)齒輪(lún)箱常用的(de)齒輪副包括直(zhí)齒和斜齒圓柱(zhù)齒輪副(fù)、行星齒(chǐ)輪系兩(liǎng)大部分(fèn)。

(1)直齒和斜齒圓(yuán)柱齒輪(lún)副由一(yī)對轉軸相互平(píng)行的(de)齒輪構成。直齒(chǐ)圓柱齒輪(lún)的齒與齒輪軸(zhóu)平行，而斜齒圓(yuán)柱齒(chǐ)輪的齒與(yǔ)軸線呈(chéng)一(yī)定角(jiǎo)度。人字(zì)齒輪在(zài)每個齒(chǐ)輪上都(dōu)有兩排傾斜方(fāng)向的斜齒。

(2)行星(xīng)齒輪(lún)系是(shì)一個(gè)或多個所謂的行星(xīng)輪繞(rào)着一(yī)個太陽輪公轉，本身(shēn)又自轉的齒輪傳動(dòng)輪系，其原(yuán)理(lǐ)圖見下(xià)圖2。

實(shí)際應用的(de)風力發電機組(zǔ)主齒輪系中，z常見的形式是由行星齒(chǐ)輪(lún)系和平行軸輪系混(hùn)合構成的。在直(zhí)齒輪(lún)、斜齒(chǐ)輪、人(rén)字齒輪中(zhōng)z常用(yòng)的齒形是漸開(kāi)線齒(chǐ)形(xíng)。這種齒形(xíng)意味着當基(jī)圓勻(yún)速轉動時(shí)，齒面産生勻速(sù)位移，接(jiē)觸(chù)線是(shì)一條(tiáo)直線。

齒輪(lún)箱分類(lèi)：風力發電機組齒輪箱(xiāng)的種(zhǒng)類(lèi)很多，按照傳統(tǒng)類型可(kě)分為(wéi)圓柱(zhù)齒輪箱、行星(xīng)齒輪箱(xiāng)以及(jí)它們互相(xiàng)組合起(qǐ)來的齒(chǐ)輪箱;按(àn)照(zhào)傳動的級(jí)數可分為單級和多級齒(chǐ)輪箱(xiāng);按(àn)照傳動的布置形(xíng)式又(yòu)可分(fèn)為展開式、分流式、同軸式(shì)以及混合式等(děng)。

箱體和軸(zhóu)承構(gòu)造：傳動(dòng)齒輪副(fù)置于箱(xiāng)體之中，要求(qiú)箱體(tǐ)必須具備足夠的剛性承(chéng)受力和力矩，以防(fáng)止(zhǐ)變形，保證(zhèng)傳動的質(zhì)量。箱體在進行(háng)大(dà)批量生産時(shí)，常采用(yòng)球墨(mò)鑄(zhù)鐵和其他(tā)高強(qiáng)度鑄鐵(tiě)的(de)箱體，其減(jiǎn)振性好，且(qiě)易(yì)于(yú)切削加工(gōng)，而進(jìn)行單(dān)件、小(xiǎo)批量生産時，常采用焊(hàn)接(jiē)或者(zhě)焊接與鑄造相(xiàng)結合的箱(xiāng)體。

為(wéi)了便于裝配和定期(qī)檢查(chá)齒輪(lún)的齧合狀(zhuàng)态，在箱體(tǐ)上通常設(shè)有觀察窗(chuāng)，且機(jī)座旁一般設有(yǒu)連體吊鈎(gōu)，供起吊整台(tái)齒輪箱(xiāng)用，另(lìng)外會把齒輪箱安(ān)裝(zhuāng)在由(yóu)高強度橡膠(jiāo)和鋼墊做(zuò)成的彈性支座(zuò)上，以達到減(jiǎn)小齒(chǐ)輪箱(xiāng)傳到機艙(cāng)機座(zuò)振動(dòng)的(de)目的，在(zài)箱體上還(hái)設有(yǒu)透氣(qì)罩(zhào)油位指(zhǐ)示器(qì)、注油(yóu)器和(hé)放油孔。齒輪箱(xiāng)上常(cháng)采用的軸(zhóu)承有(yǒu)圓柱滾子(zǐ)軸承、圓錐滾子(zǐ)軸承、調心滾子(zǐ)軸承等，而在所(suǒ)有滾動軸承中(zhōng)，調心(xīn)滾子軸承的承載(zǎi)能力z大(dà)，且能夠(gòu)廣泛應(yīng)用在(zài)承受較大(dà)負載或(huò)者難以避免同軸(zhóu)誤差(chà)和撓曲較(jiào)大的(de)支承部位。

密封(fēng)裝置：齒(chǐ)輪(lún)箱軸(zhóu)伸部位的密封(fēng)裝置一方(fāng)面能(néng)夠防止(zhǐ)潤滑油(yóu)外洩，另(lìng)一(yī)方面(miàn)能(néng)防止雜質進(jìn)入箱體内。常用(yòng)的密(mì)封裝置有(yǒu)非接觸式(shì)密封(fēng)和接(jiē)觸式密封(fēng)兩(liǎng)種。

(1)非(fēi)接觸式(shì)密封：常用的有氣膜密(mì)封(fēng)和濾膜密封，其可以(yǐ)實現密(mì)封介質(zhì)的零洩漏，徹底(dǐ)消除對環(huán)境的污染，且所有的(de)非接觸式(shì)密封均不(bú)會産生磨損，使用時間長(zhǎng)。

(2)接觸式密封：接(jiē)觸式密封(fēng)是使(shǐ)用密(mì)封(fēng)件的密(mì)封，密(mì)封件(jiàn)應可靠、耐久、摩擦阻(zǔ)力小(xiǎo)、容易(yì)裝拆(chāi)，應能随壓力的(de)升高而(ér)提高密(mì)封能(néng)力和有利于自動補(bǔ)償磨(mó)損。旋(xuán)轉(zhuǎn)軸(zhóu)常用唇形(xíng)密封圈。

主(zhǔ)齒輪(lún)箱(xiāng)潤滑油的工(gōng)況要求

作(zuò)為風電機組核(hé)心傳動部件(jiàn)，考慮到(dào)主齒輪箱(xiāng)摩擦副(fù)既(jì)有低速重(zhòng)載(zǎi)工況、又(yòu)有高(gāo)速輕(qīng)載工況，且所(suǒ)處環境(jìng)惡劣，對其使用的潤(rùn)滑油運動(dòng)粘度(dù)、極壓(yā)抗磨(mó)性能、抗乳化性(xìng)能、氧(yǎng)化?定性和熱安(ān)定性能、防(fáng)鏽防(fáng)腐蝕性能、抗泡(pào)沫性(xìng)能都(dōu)有較高要求。

主(zhǔ)齒輪(lún)箱潤滑油(yóu)監測指标(biāo)和周(zhōu)期

(1)監測(cè)必做指(zhǐ)标：運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)、水(shuǐ)分(fèn)含量、元素含(hán)量、pq 指(zhǐ)數(shù)、紅(hóng)外(wài)分(fèn)析，分析鐵譜、清(qīng)潔度、酸(suān)值(zhí)為主(zhǔ)齒輪(lún)箱(xiāng)油液監(jiān)測的選做指标。

(2)監測周期：每年(nián)監測一次(cì)，監測結果(guǒ)異常(cháng)的，根(gēn)據油液報(bào)告進(jìn)行複(fú)檢;機組出(chū)質保前三個(gè)月需監測一(yī)次，作(zuò)為出質保時大(dà)部件(jiàn)運行(háng)狀态(tài)判定(dìng)的(de)依(yī)據之一，此(cǐ)次監測可(kě)包含在上述所規定的監測頻(pín)次内(nèi)。

二、偏(piān)航和(hé)變槳(jiǎng)齒(chǐ)輪箱潤(rùn)滑

偏(piān)航機(jī)構(gòu)與(yǔ)機組控(kòng)制系統(tǒng)配合，轉(zhuǎn)動機艙(cāng)使風(fēng)輪掃掠面(miàn)與風向保持垂(chuí)直，使(shǐ)風輪始終(zhōng)處于迎風(fēng)狀态(tài)，以保(bǎo)證(zhèng)風力發(fā)電機具有z大的(de)發電(diàn)能(néng)力(lì)，偏航(háng)系統(tǒng)結(jié)構見(jiàn)下(xià)圖3;變(biàn)槳機構是(shì)通過(guò)改變安裝(zhuāng)在輪毂(gū)上的葉(yè)片槳距角的大(dà)小，使葉片(piàn)剖面的攻角發(fā)生變化來(lái)迎合(hé)風速(sù)變化，從而(ér)改變(biàn)葉片(piàn)氣動特性(xìng)，使槳葉和(hé)整機的受力狀況大(dà)為改(gǎi)善，變槳系統結構見下圖(tú)4。

偏航和變槳齒輪箱部(bù)件的組(zǔ)成

風(fēng)力發電機組偏航(háng)和(hé)變槳(jiǎng)齒輪箱上(shàng)有可(kě)直(zhí)接安裝伺服(fú)電機軸的電機法蘭，齒輪箱上具有四級(jí)或五(wǔ)級行(háng)星傳動機(jī)構，每級行星傳(chuán)動機構均具有(yǒu)太陽(yáng)輪、行(háng)星輪(lún)、行星(xīng)軸、行星架(jià)，齒輪箱的(de)輸入(rù)軸與一級太陽(yáng)輪齧合(hé)。另外主(zhǔ)流的(de)偏航和變(biàn)槳齒(chǐ)輪(lún)箱都采(cǎi)用了ngw行星(xīng)傳動(dòng)，其具有功率密(mì)度大、結構緊湊、傳動(dòng)效率(lǜ)高、傳(chuán)動比大、運行平(píng)穩、抗(kàng)沖擊(jī)和抗振動(dòng)能力強等(děng)優點(diǎn)。

偏(piān)航和變槳齒(chǐ)輪箱潤滑(huá)油的(de)工(gōng)況(kuàng)要求

偏航(háng)和變(biàn)槳齒輪箱均存(cún)在低速重載、啟停(tíng)較(jiào)頻繁、扭矩較大(dà)等特(tè)點(diǎn)。變槳齒(chǐ)輪箱(xiāng)随槳(jiǎng)葉360度(dù)旋(xuán)轉，受到的沖(chòng)擊更大，且大部分時(shí)間(jiān)在工作(zuò)，理論上(shàng)工況更(gèng)惡劣(liè)，對可靠性要求(qiú)更高(gāo);而偏(piān)航齒(chǐ)輪箱(xiāng)僅部(bù)分時間工(gōng)作，立式安裝在機艙(cāng)内，維護(hù)較(jiào)變槳(jiǎng)稍方便一些。但(dàn)由于被動偏(piān)航(háng)等非正常(cháng)工況存在，對其(qí)使用(yòng)的潤(rùn)滑油要有(yǒu)承載能(néng)力高、極(jí)壓抗(kàng)磨性(xìng)能好(hǎo)、稠度大等(děng)特性(xìng)，一般使(shǐ)用vg320或vg220合(hé)成型齒輪油。

偏(piān)航和(hé)變槳齒輪(lún)箱潤(rùn)滑油(yóu)監測指标和周期

(1)監測必(bì)做(zuò)指标：運(yùn)動粘(zhān)度、元素含(hán)量(liàng)、pq指數、紅外分(fèn)析。

(2)監測周期：機(jī)組出質保前需(xū)按機(jī)組數(shù)量20%的(de)比例對全(quán)場機組偏航和(hé)變槳(jiǎng)齒輪箱油(yóu)進行(háng)抽檢(jiǎn)，對于(yú)檢測(cè)結果不合(hé)格的應與(yǔ)整機(jī)廠商(shāng)協商更換(huàn)。

三、液(yè)壓系(xì)統潤滑

液(yè)壓系統是(shì)以有壓液體為介質(zhì)，實現(xiàn)動力傳輸和運動控制的(de)機械(xiè)單(dān)元(yuán)，其具(jù)有傳(chuán)動平穩、功(gōng)率密度大(dà)、容易(yì)實現(xiàn)無級調速(sù)、易于(yú)更換元器(qì)件和過載(zǎi)保護(hù)可靠等優點，在(zài)大型風力發電機組中(zhōng)得(dé)到廣(guǎng)泛應(yīng)用。

在(zài)定槳(jiǎng)距風力發(fā)電機組中，液壓系統(tǒng)主要用(yòng)于空氣(qì)動力制(zhì)動、機械(xiè)制(zhì)動，以及(jí)偏航(háng)驅動(dòng)與制(zhì)動;在(zài)變槳距風(fēng)力發(fā)電機組中，液壓(yā)系統(tǒng)主要用于控(kòng)制(zhì)變距機構(gòu)和機械制(zhì)動，也用于偏(piān)航驅動(dòng)與制動。此外液(yè)壓系統(tǒng)還常用于齒輪箱潤滑(huá)油液的冷卻和(hé)過濾、發電機水(shuǐ)冷、變流器的溫(wēn)度控(kòng)制、開關機(jī)艙和驅動(dòng)起重(zhòng)機等，風電機組(zǔ)液壓系統結構(gòu)見下圖(tú)5。

液壓系(xì)統的(de)部件組成(chéng)

風力發電(diàn)機的(de)液壓系統是一(yī)個公共服(fú)務系(xì)統，它(tā)為風力發電機上一切使(shǐ)用液壓驅(qū)動力(lì)的裝置提(tí)供(gòng)動(dòng)力，其主(zhǔ)要功能是為變漿(jiāng)控制(zhì)裝置(zhì)、安(ān)全漿距(jù)控制(zhì)裝置、偏航(háng)驅動(dòng)和制動裝置、停機制動裝(zhuāng)置提供液(yè)壓驅(qū)動力(lì)。

液壓(yā)系統(tǒng)由動(dòng)力(lì)元件、控(kòng)制元件、執行元件和輔(fǔ)助(zhù)元件(jiàn)組成。動(dòng)力元件将機械能轉換為液體壓(yā)力能(néng)，如液(yè)壓泵;控(kòng)制(zhì)元件控(kòng)制(zhì)系統壓力、流量、方向(xiàng)以及進行(háng)信号轉換和放大，作(zuò)為控制元件的主要(yào)是各(gè)類液(yè)壓閥;執行(háng)元件(jiàn)将流(liú)體的壓力(lì)能轉換為機械(xiè)能，驅動(dòng)各類機構，如液壓(yā)缸;輔(fǔ)助元(yuán)件為(wéi)保證(zhèng)系統正常工作除上述3種元件(jiàn)外的(de)裝置，如油(yóu)箱、過濾器(qì)、蓄能(néng)器、管件(jiàn)等。

液壓系統(tǒng)潤滑油的(de)工(gōng)況要求

在定(dìng)槳距風力發電(diàn)機組中，液(yè)壓系(xì)統的主(zhǔ)要(yào)任務(wù)是驅動風力發(fā)電機組(zǔ)的(de)氣動(dòng)刹車和(hé)機(jī)械刹車;在(zài)變槳距風(fēng)力發電機組中(zhōng)，液壓系統主要(yào)控制變距機構(gòu)，實現(xiàn)風力發(fā)電機組的(de)轉(zhuǎn)速控(kòng)制、功率控制，同(tóng)時也(yě)制(zhì)控(kòng)機械刹車(chē)機構，其使(shǐ)用的液壓油(yóu)要(yào)具有良好粘溫(wēn)性能(néng)、防鏽防腐性能、清潔度等(děng)性能，多采用vg32合(hé)成液(yè)壓油(yóu)。

液壓(yā)系統(tǒng)潤滑(huá)油監測指标(biāo)和周期(qī)

(1)監測(cè)指标(biāo)：包含運動粘度(40℃)、水分(fèn)含量、元素含量、pq指數(shù)、清潔(jié)度、紅(hóng)外分析。

(2)監測周期：機(jī)組(zǔ)出質保(bǎo)前(qián)三(sān)個月(yuè)需對(duì)全部(bù)機(jī)組液壓油監測一(yī)次，對(duì)于檢測(cè)不合格(gé)的液壓油應與整機廠商(shāng)協商(shāng)更換;使(shǐ)用(yòng)時(shí)間(jiān)達到5年時，對全部機(jī)組液壓油(yóu)定檢(jiǎn)1次(cì)，之後每(měi)兩年(nián)檢測(cè)1次，對(duì)于定(dìng)檢(jiǎn)過(guò)程中(zhōng)發現(xiàn)的異常案(àn)例應(yīng)按(àn)照油液(yè)監測(cè)報告(gào)建議(yì)适(shì)當增加(jiā)取樣(yàng)頻次或更換(huàn)液壓油(yóu)。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過對風(fēng)電機(jī)組主(zhǔ)齒輪箱、偏(piān)航變槳(jiǎng)齒輪箱(xiāng)、液壓系統(tǒng)潤滑(huá)方面的簡(jiǎn)介，體現了(le)潤滑管理(lǐ)在風(fēng)電場運行中重要性，做好(hǎo)潤滑(huá)油(yóu)的化驗工作，掌握潤滑油物化(huà)特性，能(néng)夠及時發現機(jī)組大(dà)部件(jiàn)的磨(mó)損狀況，可以有(yǒu)效提高風電機組運(yùn)行(háng)的可靠(kào)性。

通(tōng)過(guò)對(duì)風電(diàn)機組齒輪箱、偏(piān)航變槳齒輪箱、液壓系統的介(jiè)紹，反應潤滑對于風(fēng)電機組大(dà)部件(jiàn)的(de)安(ān)全穩(wěn)點運(yùn)行具有重(zhòng)要意義，直接關(guān)系到(dào)風(fēng)電機組設備的(de)可靠性(xìng)和發電量，并且(qiě)對運行中的(de)潤(rùn)滑油(yóu)的化驗指标和周(zhōu)期(qī)加以闡述(shù)。