來源：2022年電力行業技術監督工作交(jiāo)流會暨專業技術論(lùn)壇

作者：晁衛

随(suí)着國(guó)民經濟的快速發展，風電(diàn)作為Z清潔的能源之一越來越引起(qǐ)重視，而風力機(jī)組是風能發電系統的重要組成部分，其運行(háng)維護極其重要。風力(lì)發電機組的工作環境極其惡劣，其(qí)長期處于極端高低溫、濕氣大、灰塵(chén)大的環境(jìng)中，且大都處于較偏(piān)遠地區，維修不便，因此确保其長期穩定可靠運轉是(shì)Z基本的要求。風力(lì)發電機組屬于大型轉動設備，其(qí)潤(rùn)滑的重要性不言而喻。

衆所周知，針對不同的潤滑對象則需要配置不同的潤滑劑，風電機組潤滑系統主要包括兩部分，一(yī)是主齒(chǐ)輪箱、偏航變槳齒輪箱和(hé)液壓系統(tǒng)部件采用(yòng)的液體潤滑油潤滑，二是主軸軸承、偏航(háng)齒圈、變槳(jiǎng)軸承等采(cǎi)用的半固(gù)體的潤滑脂潤滑。風電機組各重要(yào)部位使用的(de)潤滑劑情況詳見表1。

一、主齒輪箱潤滑(huá)

除了直驅式風力發電機(jī)組外，其他形(xíng)式的機組都要應(yīng)用(yòng)齒輪箱，齒輪箱(xiāng)是通過齒輪副進(jìn)行動力傳輸的，風電機組主齒輪箱見下圖1。

主齒輪箱的部件組成

常用齒輪(lún)副：主齒輪箱常用的齒輪副包(bāo)括直(zhí)齒和斜齒圓柱齒輪副、行(háng)星齒輪系兩(liǎng)大部分。

(1)直齒和斜齒圓柱齒輪副由一對轉軸相互平行的齒輪構成。直齒圓柱齒輪的(de)齒(chǐ)與齒輪軸平行，而斜(xié)齒圓(yuán)柱齒輪的齒與軸線呈一(yī)定角度。人(rén)字齒(chǐ)輪在每個齒(chǐ)輪上都有兩排傾斜方向的斜齒。

(2)行星齒輪系是一個或多個所謂的行星(xīng)輪繞着一個太陽輪公轉，本身(shēn)又自(zì)轉(zhuǎn)的齒輪傳動輪系，其原理圖見下(xià)圖2。

實(shí)際應(yīng)用的風力發電機組主齒輪系中，Z常見的形式是由行星齒輪系和平(píng)行軸輪系混合構成的。在直齒輪、斜齒輪、人字齒輪中Z常用的齒形是漸開線齒形。這種齒形意味着當基圓勻速轉動時，齒面産生勻速位移，接觸線是一(yī)條直線。

齒輪箱分類：風力發電機(jī)組齒輪箱的種類很(hěn)多，按照傳統類型可分為圓柱齒輪箱、行星齒(chǐ)輪箱以及它們互相組合(hé)起來的齒輪箱;按(àn)照傳動的級(jí)數可分為單級和多(duō)級齒輪箱;按照傳動的布置形(xíng)式又可分為展開式、分(fèn)流(liú)式、同軸(zhóu)式以及混合式等(děng)。

箱體和軸(zhóu)承構造：傳(chuán)動齒輪副置于箱體之中，要求(qiú)箱體必須具備足夠的剛(gāng)性承受力和力矩，以防止變形，保證傳動(dòng)的質量。箱體在進行大批量生産時，常(cháng)采用球墨鑄鐵和其他高強度鑄鐵的箱體，其減振性好，且易于切削加工，而進行單件、小(xiǎo)批量生産(chǎn)時，常采用焊接或者焊接與鑄造相結合的箱體。

為(wéi)了便于裝配和定期檢查齒輪的齧合狀态，在箱體上通常設有觀察窗，且機座旁一般設有連體(tǐ)吊鈎(gōu)，供起吊整台齒輪箱(xiāng)用，另外會(huì)把齒輪箱安裝在由高強度橡膠和鋼墊做成的彈性支座上，以達到減(jiǎn)小齒(chǐ)輪箱傳到機艙機座振動的目的，在(zài)箱體上還設有透氣(qì)罩油位指示器、注油(yóu)器和放油孔(kǒng)。齒輪箱上常采用的軸承有圓(yuán)柱(zhù)滾子軸承、圓錐滾子軸承(chéng)、調心滾子軸承等，而(ér)在所有滾動軸承中，調(diào)心滾子軸承的承載能力Z大，且能夠廣泛應用在承受較大負載或者難以避免同軸誤差和撓曲較大的支承部位。

密封裝置(zhì)：齒輪(lún)箱軸伸部位的密封裝置一方(fāng)面能夠防(fáng)止(zhǐ)潤滑油外洩，另一(yī)方面(miàn)能防止雜質進入箱體内。常用的(de)密(mì)封裝置有非接觸式(shì)密封(fēng)和接觸式密封兩種。

(1)非接觸(chù)式密封：常用的有氣膜密封(fēng)和濾膜密封，其可以實現密封介質的零洩漏，徹底(dǐ)消除對環境的污染，且所有的(de)非接觸式密封均不會産生磨損，使用時間長。

(2)接觸式密封：接(jiē)觸式密封是使用密封件的密封，密(mì)封件應可靠、耐久、摩擦阻(zǔ)力小、容易(yì)裝拆，應能(néng)随壓(yā)力的升高(gāo)而提高密封(fēng)能力和有利于自動補償磨損。旋轉軸常用唇形密封(fēng)圈。

主齒輪箱潤滑油(yóu)的工況要求

作為風電機組核心傳動部件，考慮到主(zhǔ)齒輪箱(xiāng)摩擦副既有低速重載工況、又有(yǒu)高速輕載工況，且所處環境惡劣，對其使用的潤(rùn)滑油運動粘度、極壓抗磨性能、抗乳化性能、氧化?定性和熱安(ān)定性能、防鏽防腐蝕性能、抗泡沫性能都有較高要求。

主齒輪箱潤滑油監測指标(biāo)和周期

(1)監測必做指标：運動粘度(40℃)、水分含量、元素含量、PQ 指數、紅外分析，分析鐵(tiě)譜、清潔度、酸值為主齒輪箱油液監測的選做指标。

(2)監測周期：每年監測一次，監測結果異常的，根據油液(yè)報告進行複檢;機(jī)組出質保前三(sān)個(gè)月需監測一次(cì)，作(zuò)為出質保(bǎo)時大部件運行狀态判定的依據之一，此(cǐ)次監測可包含在上(shàng)述所規定的監測頻次内(nèi)。

二、偏航和(hé)變槳(jiǎng)齒輪箱潤滑

偏航(háng)機構與機組控制系統配合，轉動(dòng)機艙使風輪掃掠面與風向保持垂(chuí)直，使風輪始終處于(yú)迎風(fēng)狀态，以(yǐ)保證風力發電機具有Z大的發電能力，偏航系統結構見下圖3;變槳機構是通過改變安裝在輪毂(gū)上的葉片槳距角的大小，使(shǐ)葉(yè)片剖面的攻角發生變化來(lái)迎合風速變化，從而改(gǎi)變葉片氣動特性，使槳葉和整機的受力狀況大為改善，變槳系統結構見下圖4。

偏(piān)航和變(biàn)槳齒輪箱部件的組成

風力發電機組偏航和變槳齒(chǐ)輪箱上有可直接安裝伺服電機軸(zhóu)的(de)電(diàn)機法蘭，齒輪(lún)箱上具有四級(jí)或五級行星傳動機(jī)構，每級行星傳動機構均具有太陽(yáng)輪、行(háng)星輪、行星軸(zhóu)、行星架，齒輪箱的輸入軸與一級太陽(yáng)輪齧合。另(lìng)外主流的偏航和變槳齒輪箱都采用了NGW行星傳動，其具有功率密度大、結構緊湊、傳動效率高、傳動比大、運行平穩、抗沖擊和抗振(zhèn)動能力強等優點。

偏航(háng)和變槳齒輪箱潤滑油的工況要求

偏航和變槳齒輪箱均存在低速重載、啟停較頻繁、扭矩較大等特(tè)點。變槳齒輪箱随槳葉360度旋轉，受(shòu)到的沖擊更大，且(qiě)大(dà)部分時間在工作，理論上工況更惡(è)劣，對可靠性要求更高;而偏航齒輪箱僅部分時間工(gōng)作，立式安(ān)裝在(zài)機艙内，維護較(jiào)變槳(jiǎng)稍方便一些。但由于被(bèi)動偏航等非正常工況存在，對其使用的潤滑油要有承(chéng)載能力高、極壓抗磨性能好、稠度大等(děng)特性，一般使用VG320或VG220合(hé)成型(xíng)齒(chǐ)輪油。

偏航和變槳齒輪箱潤滑油監測指标和周期

(1)監測必做指标：運動粘度、元素含量、PQ指數、紅(hóng)外分析。

(2)監測周期：機組出質保前需按機組數量20%的比例對全場機組偏航和變槳(jiǎng)齒輪箱油進行抽檢，對于檢測結果不合(hé)格的應與整機廠商協商更換(huàn)。

三、液壓系統潤滑(huá)

液壓系統是以有(yǒu)壓液體為介質(zhì)，實現動力傳輸和運動控制的機械單元(yuán)，其具有傳動平(píng)穩、功率密度大、容(róng)易實現無(wú)級調速、易于更(gèng)換(huàn)元器(qì)件和過載保護可靠等優(yōu)點，在大型風力發電機組中得到廣泛應用。

在定槳距風力發電(diàn)機組中，液壓系統主要用于空氣動力(lì)制動、機械制動，以及偏航驅動與制動;在變槳距風(fēng)力發電機組中，液壓系統主要用于控制變距機構和(hé)機械制動，也用于偏航(háng)驅動與制動。此(cǐ)外液壓系統還(hái)常用于齒輪箱(xiāng)潤滑油液的冷卻和過濾、發電(diàn)機水冷、變流器(qì)的溫度控(kòng)制、開關機艙和驅動起重機等，風電(diàn)機組液壓(yā)系統結構見下圖5。

液壓系統的(de)部件(jiàn)組成

風力(lì)發電(diàn)機的液壓系統是一個公共服務系(xì)統，它為風力發電(diàn)機上一切使用液壓驅動力的裝置提供動力，其(qí)主要功能是為變漿(jiāng)控制裝置、安全漿距控制裝置、偏航驅動和制(zhì)動裝置、停機制動裝置提供(gòng)液壓驅動力。

液壓(yā)系統由動力元件、控(kòng)制元件、執行元件(jiàn)和輔助元件組成。動力元件(jiàn)将機(jī)械能轉換為液體壓力能，如液壓泵;控制元件控制系統壓力、流量、方向以及進(jìn)行(háng)信号轉換和放大，作為控制元件的主要是各類液壓閥;執行元件将流體(tǐ)的壓力能轉換為機械能(néng)，驅動各類機(jī)構，如液壓缸;輔助元件為(wéi)保證系(xì)統正常工作除上述3種元件外的裝置，如油箱、過濾器、蓄能器、管件等。

液壓系統潤滑油的工況要求

在定槳距風力發電機組中，液(yè)壓(yā)系統的主要任務(wù)是驅動風(fēng)力發電機組的氣動刹車和機(jī)械刹(shā)車;在變槳距風力發電機組中，液壓系統主要控制變距機構，實現風力(lì)發電機組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時也制控機械刹車機構，其使用的(de)液壓油要具有(yǒu)良好(hǎo)粘溫性能、防鏽(xiù)防腐性能、清潔(jié)度等性能，多采用VG32合成液壓油。

液壓系統潤滑(huá)油監測指(zhǐ)标和(hé)周期

(1)監測指标：包含運動粘度(40℃)、水分含量、元素(sù)含(hán)量、PQ指數、清潔度、紅(hóng)外分析。

(2)監測周期：機組出質保前三個月需對全部機組液壓油監測一(yī)次，對于檢測不合格的液壓油應與(yǔ)整機廠商協商更換;使用時間達到(dào)5年時，對全部機組液(yè)壓油定檢(jiǎn)1次，之後每兩年檢測1次，對于定(dìng)檢過程中發現的異(yì)常案例應按照油液監測報告建議适當(dāng)增加取樣頻次或更換液壓油。

四、結束語(yǔ)

通過對風電機組主(zhǔ)齒輪箱、偏航變槳齒輪箱、液壓系統潤滑方面的簡(jiǎn)介，體現了潤滑管理在風電場運行中重要性，做好(hǎo)潤滑油的(de)化驗工作，掌握潤滑油物(wù)化特性，能夠及時發現機(jī)組(zǔ)大部件的磨損狀況，可以有效提高風電機組(zǔ)運行的可靠性。

通過對風電機組齒輪箱、偏航(háng)變槳齒輪箱、液壓系統(tǒng)的介紹，反應潤滑對于風(fēng)電機組大部件的安全穩點運行具有重要(yào)意義，直接關系到風電(diàn)機組設備的可(kě)靠性和發電量，并且(qiě)對運行中的潤滑油的化驗指标(biāo)和周期加以闡述(shù)。