O 孫彬彬

（國(guó)華（呼倫貝爾）新能源有限公司 內(nèi)蒙古 021000）

淺談低溫情況下風(fēng)電機(jī)齒輪箱油的流動(dòng)性問(wèn)題

O 孫彬彬

（國(guó)華（呼倫貝爾）新能源有限公司 內(nèi)蒙古 021000）

作為一種清潔的可再生資源，風(fēng)力發(fā)電已成為一種必然的趨勢(shì)。然而在東北、內(nèi)蒙、華北等中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電大區(qū)常出現(xiàn)極端低溫天氣。低溫下潤(rùn)滑油的流動(dòng)性會(huì)受到很大影響從而會(huì)使得齒輪箱不能得到潤(rùn)滑，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)出現(xiàn)故障報(bào)警現(xiàn)象。本文即詳細(xì)介紹了潤(rùn)滑油的低溫流動(dòng)性及其有可能帶來(lái)的風(fēng)電機(jī)齒輪箱故障問(wèn)題并給出了解決方案。

低溫；風(fēng)電機(jī)；齒輪箱；潤(rùn)滑油

當(dāng)今，風(fēng)能發(fā)電憑借其較低的生產(chǎn)成本，及綠色環(huán)保的特點(diǎn)，受到了越來(lái)越多的人的青睞。目前我國(guó)已安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中有約70%以上處于低溫環(huán)境地區(qū)，安裝在低溫地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能不能適應(yīng)嚴(yán)寒地區(qū)的環(huán)境就顯得尤為重要。而在日常的潤(rùn)滑維護(hù)中，采用合理的潤(rùn)滑技術(shù)避免齒輪損傷已受到各風(fēng)電場(chǎng)越來(lái)越多的重視，尤其在低溫條件下風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的潤(rùn)滑問(wèn)題更不容忽。

一、風(fēng)電機(jī)齒輪箱潤(rùn)滑油特性及在低溫條件下的流動(dòng)性

齒輪潤(rùn)滑油包括兩種成分：基礎(chǔ)油和添加劑。它具有六大特性。適當(dāng)?shù)恼扯?、良好的極壓抗磨性、良好的抗氧化安定性、良好的抗剪切安定性、良好的防銹性和良好的抗乳化性。

1.粘度,即流體的內(nèi)摩擦力，是油膜厚度的量度。VI高，粘度隨溫度變化小，表明潤(rùn)滑油的粘溫性能好；VI 低，則相反。因此為改善潤(rùn)滑油的粘溫性能，我們可適量加粘度指數(shù)改進(jìn)劑，工作溫度很高或很低時(shí)，應(yīng)選用粘度指數(shù)高的潤(rùn)滑油用以避免潤(rùn)滑油因粘度過(guò)高而影響齒輪箱正常工作。

2.傾點(diǎn),作為潤(rùn)滑油能流動(dòng)的最低溫度是潤(rùn)滑油低溫特性的一個(gè)重要指標(biāo)。如ASTM D97潤(rùn)滑油中不同量的蠟質(zhì)低溫時(shí)結(jié)晶出來(lái)，導(dǎo)致潤(rùn)滑油固化，不能流動(dòng)。故在低溫條件下應(yīng)選用傾點(diǎn)較低的潤(rùn)滑油用以避免齒輪箱故障。而目前普遍采用的Mobilgear SHC XMP320潤(rùn)滑油，是一種工業(yè)齒輪油，性能優(yōu)異、屬于完全合成的。它在40℃時(shí)候，粘度為320cSt，傾點(diǎn)為-38℃，為研究其在低溫情況下的流動(dòng)性。

二、低溫下齒輪油的流動(dòng)性變差對(duì)齒輪箱的影響

經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)在室外溫度極低的冬天，冷卻液通過(guò)散熱器回流回來(lái)的溫度非常低(液壓泵初啟動(dòng)時(shí)冷卻液溫度為-15℃)，而當(dāng)溫度極低的冷卻液流經(jīng)油水交換器時(shí)，使得板式油水交換器的溫度大大降低。而當(dāng)齒輪油流經(jīng)油水交換器時(shí)，與流經(jīng)油水交換器的冷卻液進(jìn)行劇烈熱交換，從而使得齒輪油溫度大大降低，導(dǎo)致流經(jīng)的齒輪油粘度增大，齒輪油的流動(dòng)性逐漸增大，系統(tǒng)壓力也隨之增大。當(dāng)油的壓力增大到一定程度時(shí)，部分齒輪油會(huì)經(jīng)過(guò)溢流閥溢流回齒輪箱。隨著潤(rùn)滑油流量的減少，齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)的散熱效果降低，從而潤(rùn)滑油的溫度會(huì)持續(xù)升高和，150軸承溫度也將逐漸升高。當(dāng)150軸承溫度高于機(jī)組設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)報(bào)警停機(jī)。

三、解決風(fēng)電機(jī)故障停機(jī)問(wèn)題的方法

實(shí)際揚(yáng)程即固定的管路阻抗分量會(huì)存在于泵類(lèi)機(jī)械的裝置內(nèi)，這是因?yàn)橐砸簯B(tài)形式存在的傳送物質(zhì)在傳輸過(guò)程中，吸入側(cè)和排出側(cè)會(huì)有會(huì)位差產(chǎn)生。故，一般所說(shuō)的工況調(diào)節(jié)是指流量調(diào)節(jié)。而通過(guò)調(diào)節(jié)泵出口閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)和通過(guò)改變離心泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是離心泵最常用的2種調(diào)節(jié)流量的方法。但是都會(huì)使得能源浪費(fèi)嚴(yán)重；所以通過(guò)變頻來(lái)改變輸油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，是實(shí)現(xiàn)油泵的工況調(diào)節(jié)，解決低溫條件下齒輪箱油溢出導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)停機(jī)問(wèn)題的可行的技術(shù)途徑。

現(xiàn)在，我們可以控制管路的特性曲線不變，由離心泵的特性可以推論：當(dāng)使離心泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，可以列得相關(guān)性能關(guān)系式如下：

其中，Q、H、P分別代表離心泵轉(zhuǎn)速為n時(shí)的流量、揚(yáng)程和功率。

圖（3-1） 流量與量程的關(guān)系

顯然，功率比等于離心泵轉(zhuǎn)速的立方之比，因此，當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速即便有微小的變化，其所需的輸入功率也會(huì)有一個(gè)很大改變。即當(dāng)轉(zhuǎn)速減小，功率會(huì)減小很多，節(jié)能效果可見(jiàn)一斑。經(jīng)實(shí)驗(yàn)知當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速減小到比額定轉(zhuǎn)速的20%還要小的時(shí)候，離心泵的特性曲線與之前的曲線非常相近，而將離心泵的轉(zhuǎn)速?gòu)膎減小到n1的時(shí)候，它的特性曲線則平行于原來(lái)的曲線?，F(xiàn)在，我們就假設(shè)原管路的特性曲線平行于原曲線，可設(shè)R代表管路特性曲線R，A是R和HQ(n)的公共點(diǎn)，記為原工況點(diǎn)。待我們加入變頻電機(jī)裝置之后，離心泵轉(zhuǎn)速即變成n1，特性曲線則變成了H1-Q1(n1)，此時(shí)，離心泵的出口閥呈全開(kāi)的狀態(tài)，管路特性曲線記為R1(n1)，較為平緩。此時(shí)，A1點(diǎn)是R1(n1)和H1-Q(n1)的公共點(diǎn)，記為新工況點(diǎn)。顯然，Q1與Q是相等的，表示離心泵的排量是保持不變的，但是變了的是泵的實(shí)際揚(yáng)程。它從H減少到H1。故，由圖像可知：HAA1H1的面積即表示離心泵揚(yáng)程節(jié)省的能量大小，同時(shí)，輸油量也能得到保證。

接下來(lái)，我將給出流量與輸出功率及軸功率的關(guān)系圖。它包含了電動(dòng)機(jī)的輸入功率、軸的輸出功率（即泵的軸功率）和流量是在不同的調(diào)節(jié)方式下的變化曲線圖。如圖，曲線1表示在不考慮管路閥門(mén)的控制的條件下得到的電動(dòng)機(jī)的輸入功率曲線，曲線2表示采用轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、液力耦合器，使用轉(zhuǎn)差功率調(diào)速時(shí)，得到的電動(dòng)機(jī)的輸入功率曲線，曲線3則表示當(dāng)使用變頻器調(diào)速控制的時(shí)候得到的電動(dòng)機(jī)的輸入功率曲線。

圖（3-2） 流量與輸入功率及軸功率的關(guān)系

由圖可得，節(jié)能效果最好的調(diào)節(jié)方式是變頻電機(jī)調(diào)節(jié)。

在此，我們給出了變頻調(diào)速的主電路圖。（3-3）

圖（3-3）輸油泵變頻調(diào)速的主電路

其中主要的硬件設(shè)備有：

1 三相異步電動(dòng)機(jī)

2.編碼器

3變頻器

4西門(mén)子PLC200

電動(dòng)機(jī)連線圖為：（3-4）

圖（3-4）

變頻器接線圖為：（3-5）

圖：（3-5）

其中在選擇電機(jī)的極數(shù)和額定功率的時(shí)候注意：要求電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速盡可能的覆蓋整個(gè)調(diào)速范圍。因?yàn)殡姍C(jī)的極數(shù)決定了同步轉(zhuǎn)速。也為了充分利用設(shè)備潛能，避免浪費(fèi)，電機(jī)可短暫超出同步轉(zhuǎn)速，但是要小于電機(jī)允許的最大轉(zhuǎn)速。另外還需注意：一定的海拔高度和環(huán)境溫度決定了特定的變頻器的額定容量及參數(shù)。一般的范圍是指海拔1000m以內(nèi)，以及溫度在40℃或25℃以內(nèi)。但是若在此范圍之外的話，則在確定變頻器參數(shù)、型號(hào)的時(shí)候，環(huán)境造成的降容因素就不可忽略了。

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Analysis of Oil Mobility Problem of Wind Turbine Gear Case in Low Temperature

Sun Binbin
（Guohua (Hulun Buir) New Energy co., LTD, Nei Monggol , 021000）

As a kind of clean and renewable resources, wind power generation has become an inevitable trend. However, in the wind power generation places such as Northeast China, Inner Mongolia and north China often have the extremely cold weather.In low temperature, the liquidity of lubricating oil will be badly affected thus it makes gear box can't get lubrication and causes fault alarm phenomenon for wind turbine motor. In this paper, it makes a detail analysis of the low temperature fluidity of lubricating oil and the problems that may cause wind turbine gear case malfunction problem, finally, the solution is given.

low temperature；wind turbine；gear case；lubricating oil

T

A

孫彬彬（1989～），男，國(guó)華（呼倫貝爾）新能源有限公司，研究方向：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)。