風電齒輪箱潤滑系統故障分析及解決措施研究

賀海軍

甘肅華電玉門風力發電有限公司 甘肅 酒泉 735211

1 引言

目前在我國節能減排和可持續發展的戰略推動下,我國加大了對風電等新能源發電企業的建設力度,表現出風電機組的單機容量和總裝機容量在持續增長,風電場的建設規模也在不斷增大。但是在長時間的風電機組運行中,也暴露出風電機組具有較高故障概率而影響其正常運行的問題,導致機組的利用率較低。而對于影響風電機組正常運行的故障進行分析可知,其中比較常見的故障就是齒輪箱故障,而且此類故障的排除時間比較長。齒輪箱運行中的常見故障則主要有輪齒損壞以及潤滑系統故障,而且其中的供油和冷卻系統故障的比例在不斷增長。此類故障不僅會影響潤滑系統的正常運行,還會損壞齒輪箱的其他部件,表現出供油不足、齒輪箱高溫以及軸承損壞等問題而縮短潤滑油的使用壽命,并且會影響齒輪箱乃至整個發電機組的正常運行。

2 風電齒輪箱潤滑系統常見故障及原因分析

2.1 冷卻器冷卻能力不足的問題 風電機組運行中容易出現齒輪箱潤滑油溫度過高的故障,這就會造成限制機組功率的問題,甚至導致停機故障的發生。而且潤滑油溫度過高還會加速潤滑油的氧化速度,在潤滑油被氧化之后還會產生沉淀物質和酸性物質而造成油道的堵塞問題,甚至還會加劇軸承、閥芯以及泵的磨損速度,導致齒輪箱的使用壽命縮短。在造成上述潤滑油溫度過高的原因中,比較常見的就是冷卻器冷卻能力不足的原因。在分析導致上述問題的原因時,主要分析風電齒輪箱在惡劣的運行環境中長時間運行時,由于疏于清掃管理會導致散熱器的散熱片或者是冷卻器的進風口過濾網位置上被各種污垢覆蓋,這就會降低上述散熱器和冷卻器的換能效率,同時如果有灰塵或其他物質附著在風冷器的外部,也會對其散熱效果造成影響。此外,在潤滑油經過長時間運行之后也會出現油品變質的問題,或者是出現較多的污垢堆積在風冷器管路中時,也會減小管路通經并且會降低冷卻器的散熱能力,此外還會導致流體和傳熱面之間的傳熱阻力的增加,降低總的傳熱系數而導致上述冷卻器冷卻能力不足及其引發的油溫過高的問題。

2.2 電動泵故障 齒輪箱潤滑油系統中的另一類常見故障就是電動泵故障,其中主要有電機、傳感器以及閥類等部位容易出現故障。而其中的電機故障則主要表現出溫度過高、不啟動、振動以及噪音過大等問題。而導致出現上述電機故障的原因則主要有電源的電壓異常或者三相電源不平衡的故障、或者是電機過載運行的原因、或者是電機本身出現繞組短路或短路以及其他類型的機械故障等原因、再或者就是由于周圍環境的溫度過高以及由于雜物或灰塵而影響散熱效果導致的通風散熱不良的原因等。其中的閥類部件則主要表現在溫控閥、壓力閥以及溢流閥等部件類型。在出現上述溫控閥故障時就會導致沒有經過冷卻的、溫度較高的潤滑油進入齒輪箱中而增加潤滑油的整體溫度。在油溫較低或者較高油壓時需要通過溢流閥來確保其正常運行,如果溫度過高而溢流閥故障,則會造成潤滑油流會箱體的問題,這就會減少油量而降低冷卻能力,導致油溫過高的問題。針對其中的傳感器故障來說,主要表現出其本身質量不達標或者是沒有正確接線安裝以及在安裝和使用中造成損壞等原因而造成的傳感器故障,這也會對齒輪箱的壽命造成影響。最后是針對電動泵的噪音故障來說,如果出現油壓過高或者油中的氣泡過多的情況,或者是由于齒輪箱與電動泵之間的排氣管發生了堵塞問題、過濾器存在較大的壓差問題以及箱體中的氣壓過高等原因都會導致電動泵運行中較大噪音的出現。

2.3 機械泵故障 機械泵運行中的常見故障主要有振動、噪音以及不抽油和溫度過高的問題。其中的噪音問題,主要是由于在機械泵的安裝中出現主被動齒輪安裝的較大偏差問題,或者是在運行中出現較為嚴重的齒輪和滑動軸承的磨損問題,再或者就是由于潤滑油出現泡沫以及潤滑油中進入空氣等原因。而其中不抽油的故障則主要是由于在齒輪箱的長時間停機的過程中出現了進油口位置的潤滑油被排空的現象,同時空氣也由此進入進油管道中增加了抽油的難度。此外,如果出現吸油管道的設計高度過高以及彎道太多、管道太長等原因都會導致上述問題的發生。而上述問題還會導致齒輪箱中的潤滑油量較少以及散熱效果降低,還會造成溫度過高甚至是損壞的問題。

3 風電齒輪箱潤滑系統解決方案

3.1 冷卻能力不足問題的處理 為了確保潤滑系統的冷卻能力,首先就是要在設計時保證風冷器的設計散熱功率在齒輪箱的發熱量以上,并且要滿足齒輪箱的運行環境以及維護要求。其次就是要在齒輪箱運行中做好對散熱器的散熱片以及冷卻器進風口過濾網位置的定期清理工作,還需要做好管路與散熱器中污垢的定期清理。最后就是要做好對潤滑油油質的定期檢測,做好潤滑油的及時更換以及補充等工作。

3.2 電動泵故障的處理 首先就是在選擇和設計電動泵時要保證電動泵在運行中不會出現超載的問題并且滿足齒輪泵的流量要求。其次就是要做好對電動泵中驅動電機的定期檢測和維護工作,對散熱器上的灰塵和污垢等進行定期清理。最后是針對容易出現故障的各個零部件,需要做好定期檢測和維修工作,及時更換已經損壞的部件,確保齒輪箱潤滑系統的正常運行。

3.3 機械泵故障的處理 針對機械泵運行中的常見故障,首先應該對其抽吸高度進行合理設計,并且要合理選擇抽油管道的長度、合理設計抽油管道的彎道。同時還要將存油彎道或者進油口的位置安裝一根與齒輪箱分配器連接的油管,避免空氣進入管道而增加抽油難度的問題。此外,還可以在泵的出口順轉子抽的方向增加排氣孔來實現對機械泵的優化設計,對上述問題的有效解決。

4 結語

針對目前風電機組運行中齒輪箱潤滑系統中的常見故障,如冷卻能力不足的故障、電動泵或者是機械泵等故障,在對引發原因進行分析之后,針對不同的故障提出了相應的故障和預防措施,保證齒輪箱潤滑油系統以及風電機組的正常運行。