风电齿轮箱润滑系统优化技术探析

风电齿轮箱润滑系统优化技术探析

蔡金伟

南京孚奥智能技术有限公司 江苏南京 210000

【摘要】在当下全球能源危机爆发，以及环境污染日益加剧的社会氛围内，各国都在大力发展清洁可再生能源。在此背景下，风力发电迎来了空前的机会，与之相应的设备制造行业也处于快速成长阶段。目前，我国的风力发电机组主要位于偏远地区，受到环境影响相对较弱，同时由于大部分安装机组在地域空旷、地势平整的地方，其运作方式均属风力发电，经受高强度风力的冲击，很容易产生风险故障。所以，本文通过研究风电齿轮箱润滑系统，分析运作过程中的故障现象，并给出了相应的解决方法。

【关键词】风电齿轮箱；润滑系统；故障；优化措施

一、风电齿轮箱及润滑系统概述

（一）风电齿轮箱

风电齿轮箱是风力发电机组中的关键部分，它可以完成动力传输，把风能转换成机械能，之后将动力传输到发电机产生一定的转速。在风力的作用下，发电机组可以得到一定的动力，但风轮的旋转速度较小，无法满足发电机的使用需求，所以必须在风力发电机组中安装相应的齿轮箱，以达到提升速度、增加风能利用率的目的。据市场统计，2021年我国的风电齿轮箱需求量为11.24万台，市场规模价值达到242亿元，由此可见风力发电技术的快速发展，在未来将成为电力技术的主要来源之一。

（二）润滑系统

通常被频繁使用的机组装置是以齿轮箱转动为主，作为装置运行的重要组件，在整个发电过程中占据主导地位，自然风力推动了叶片旋转，经过齿轮箱作用转变为动能，最终通过发电机释放电能。在装置运转的各个环节中，润滑系统的功能在于向正在转动的组件表面提供清洁润滑油，这是为了减小相邻零件间产生的摩擦阻力，进而有效的减弱零件表面磨损度。存在优良性能的润滑系统可以更好地降低零件间的摩擦频率，减少装置所受到的冲击和振动力度，预防疲劳点蚀现象的出现，相对应避免生锈和外界腐蚀概率发生。

二、风电齿轮箱润滑系统常见故障

（一）微点蚀

微点蚀实际上就是一种零件表面的磨损现象，情况严重会造成齿轮的整体损坏。微点蚀又称为齿轮灰斑，通常在齿轮间的滑动接触面上生成，表面会呈现为类似发灰形态，而且还会随之出现裂纹、麻点、灰斑点或材料转移等问题。一般来说，产生这种问题的原因是齿轮金属材料的疲劳性，使得表面出现微小的裂缝，并逐步呈现冷胶合状态的转换与发展。微点蚀形成的根源尤为复杂，可以解释为，由于零件表面接触并产生摩擦的时候，没有产生符合标准厚度的油膜，使得流体动力润滑模式不能够正常作用。因为齿轮的加工精度不符合规定的要求，使得齿轮外部往往会产生峰点，此时如果产生的油膜不能够将其遮盖掉，那么在齿轮转动的时候，这些峰点彼此接触、摩擦很容易致使金属疲劳，齿轮的表面也会过热，这就是微点蚀产生的主要原因。

（二）轴承损坏

轴承属于设备运转和传力的关键部分，轴承的故障一般是由于在运转过程中不断累计损坏。润滑系统的轴承产生磨损的过程和微点蚀的形成非常相似，在其运行的时候，轴承混进极小硬度极高的杂质或粒子，不同的轴承之间连接的缝隙与空间极低，所以当杂质、硬物、颗粒等掉入缝隙之后，机械运转会导致磨损情况的出现，同时性能较低的润滑油也会使金属表面出现腐蚀。润滑系统的轴承破损只是小规模的，经历表面材料产生了更大的缺陷等，从而造成了二次损坏。风速的转力也会使得引起轴承形变，通常来说润滑油很难深入轴承的重叠接触面，这就加大了该部分内部的磨损压力，以至于在风力较大时立刻产生了轴承永久性形变。

（三）泡沫问题

在齿轮箱润滑体系中，泡沫问题也是存在的普遍故障现象。在齿轮箱系统的运行中，由于风机的高速旋转，导致内部的润滑油不断波动和混合，从而导致空气弥漫进润滑体系，使得润滑油中出现泡沫。当然，泡沫实际产生的体量取决于周围温度和压力，也是因为所使用的润滑油本身对空气的溶解程度，不同的润滑油溶解程度也是不一样的，进而产生泡沫的速度也是不同的。泡沫会使得润滑油的循环受到阻碍，影响润滑油膜的形成，造成部分油体的温度逐渐升高，甚至超出标准或是气蚀等现象的出现。此外，由于泡沫数目增多，体积太大导致油体的外溢，从而使得油液浪费，增加了安全风险。因此，为了有效的处理泡沫问题，对于系统进行有效排气要慎重处理，使得一部分空气能够从中得到释放，进而减缓泡沫的形成。

（四）润滑冷却系统问题

润滑冷却系统可以及时将齿轮在动态传送时的热量进行分散，从而保持润滑油在日常运行中能够保持温度稳定。冷却系统一旦出现失效，往往会致使油温度过高，很可能出现超标停机，从而使得系统失效。润滑制冷设备的运转异常引起的系统问题包括：油箱漏油、齿轮箱异常噪声、润滑系统的压力状态不正常等。其中，温度较高引起的停机是造成齿轮设备不能正常使用的重要原因，而导致温度升高的原因可能是因为温度控阀的温包无效化，冷却系统的功率太低，以及安全阀门的开关异常等。

三、风电齿轮箱润滑系统优化措施

（一）风电齿轮箱润滑冷却系统的结构优化

目前存在于润滑系统中，润滑油本身温度与系统压力在一定的范围内成反比的关系。所以对受到温度干扰的零件，将使用压力控制的零件来取代其在系统中的位置，从而达到理想的系统性能。而温控阀所控制的作用在于，根据油路工作温度和设置温度来确定各种油路间距。检测和记录温度控阀的临界值，并通过计算得出相应的压力，并利用一般的单向控制阀，从而有效地处理温包使用上的一些难题。我国对于单向控制阀的功能，目前技术上使用较为成熟，并且在实际中具有维护与更换方便，费用较低的优势性，利用该系统的部件优化可以有效地解决由于温包故障而造成的温度问题。

（二）风电齿轮箱润滑系统换热器的设计优化

换热器是整个润滑系统温度控制的重点，它的设计和应用对于减少能量消耗、提高散热性能起到十分重要的作用。目前，该方法采用了多个假设其特定的数值，以完成符合全部约束条件的公式结果，但由于相关参数的制约，不能得到最佳的解，需要进行最优解。而所得出的最合适的计划是利用功率损耗最小数值为基础，以翅片的结构、流动参数为交互干扰变量，寻找相应的参数组合，减少生产和投入的资金，确保原有的生产可靠。当然，技术人员对于换热器的设计优化不能局限于只对参数的设定，同样探究翅片工艺、保温时间也可将换热器可靠性得以提升，做到进一步完善，在确保低能耗的情况下，各项参数的最佳组合。

（三）风电齿轮箱润滑油的净化方案

润滑油是系统中的重要部分，它的功能在于使得整个系统能够有效地降低磨损、腐蚀、锈蚀等问题出现的频率。润滑油运用时会出现的困难是污染，主要是会出现杂质颗粒、尘埃等，这些东西能降低油液质量、氧化速度加快，增加系统的故障频率。在日常的运转环境中，润滑系统的运行耗费的时间较长，更换频率相应降低。因此，在油箱中，这些污染物一般会沉淀附着在油箱的内壁上，导致安全危险。由于油液的污染快速，在对其进行进化时需保持持续、随时的监测，可以分为两个方面：一是强化润滑体系，采用高品质的润滑油，保障其清洁性。为避免外界污染，油箱要进行密封处理，阻止尘埃、杂质的混入，所存放的油液也需按时替换，并清理其中的附着物；二是通过旁路清洁系统，做到能够很好的过滤过程，维持油体的洁净程度不变，达到提高油液的利用率。

四、结语

目前，正是我国风力发电新能源发展大好时机，市场增长有着巨大的潜力，并且国家对于绿色能源使用加大了政策支持力度，有利于各方各业对自主创造能力的不断加强。对于风力发电机组来说，润滑系统可以保障整体机械设备的运转品质。若是想要提高我国风力发电技术水平，突破现有的主要瓶颈，需要技术人员优化风电齿轮箱组部件的稳定性能，同时降低部件发生故障几率，创新实现高质量、高水准的系统技术手段。

【参考文献】

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[3]薛凯.浅析齿轮箱润滑系统的结构和控制原理[J].液压与气动,2011(3):58-59.