雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，齒輪箱是其核心器件之一，在保證機(jī)組正常運(yùn)行中起著關(guān)鍵的作用。新風(fēng)機(jī)由于齒輪箱自身狀況和使用條件運(yùn)行狀態(tài)良好，開(kāi)始的幾年內(nèi)一般未發(fā)生過(guò)溫問(wèn)題，隨著齒輪箱使用年限的增加，部分風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組齒輪箱的過(guò)溫問(wèn)題逐步凸顯，油溫過(guò)高會(huì)造成風(fēng)機(jī)停機(jī)，對(duì)發(fā)電量影響較嚴(yán)重，從而影響了全年的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
下面以華銳1.5MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組為例，對(duì)齒輪箱油溫高產(chǎn)生的原因和解決方案進(jìn)行探討。
1.齒輪箱過(guò)溫原因分析1.1冷卻器通風(fēng)量不足
出現(xiàn)齒輪箱油溫過(guò)高的風(fēng)機(jī)機(jī)型，其齒輪箱潤(rùn)滑油散熱所用的散熱器都采用了“油/風(fēng)冷卻器”，它是以空氣作為熱交換介質(zhì)進(jìn)行散熱的，油的降溫過(guò)程是通過(guò)冷卻器散熱片的油通道和風(fēng)通道的熱量置換完成的散熱片的通風(fēng)量直接影響散熱效率。
由于業(yè)主所處的地理環(huán)境情況，風(fēng)電場(chǎng)附近有大量柳樹(shù)，楊樹(shù)，每年春天飄飛的柳絮、楊絮和塵土可能附著在齒輪箱散熱片上，這種現(xiàn)象比較常見(jiàn)，容易造成齒輪箱散熱效率下降。另外，如散熱片有漏油或滲油現(xiàn)象出現(xiàn)，灰塵、毛絮會(huì)快速粘附堵塞散熱片，且很難清洗掉，降低散熱效率。華銳風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)賀德克冷卻器散熱片的實(shí)際照片如圖1。
1.2設(shè)計(jì)使用環(huán)境與實(shí)際使用環(huán)境有差異
在歐洲的大部分機(jī)型設(shè)計(jì)時(shí)，空氣溫度按40度設(shè)計(jì)，超過(guò)則降功率運(yùn)行或停機(jī)。但在國(guó)內(nèi)，夏季高溫天氣風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中，由于機(jī)艙內(nèi)設(shè)備散熱以及日照輻射等因素，導(dǎo)致機(jī)艙的溫度可高達(dá)50度以上，而冷卻器又是從機(jī)艙內(nèi)吸風(fēng)，導(dǎo)致油溫與空氣溫度差△T減小，而冷卻器的冷卻功率P=冷卻器當(dāng)量冷卻功率P01×△T。因此機(jī)艙溫度越高，造成冷卻功率減小。
華銳1.5MW早期風(fēng)機(jī)配置的齒輪箱冷卻器為賀德克的OK-EL10L-S型，根據(jù)賀德克提供的冷卻器參數(shù)曲線查得，當(dāng)潤(rùn)滑油流量為105L/min時(shí)，P01≈1.6，當(dāng)機(jī)艙溫度為50℃，要求油溫75℃時(shí)，冷卻功率約為40Kw,小于齒輪箱發(fā)熱量，造成齒輪箱過(guò)溫。
1.3溫控閥失效因素
溫控閥失效引起部分流量不經(jīng)過(guò)散熱器而直接回到齒輪箱，則必然導(dǎo)致油溫高。溫控閥損壞是一個(gè)不確定因素，應(yīng)進(jìn)行專業(yè)判斷或進(jìn)行更換判斷，發(fā)現(xiàn)是此故障引起的齒輪箱過(guò)溫，及時(shí)維修。
1.4油品質(zhì)量因素
潤(rùn)滑油中金屬顆粒、氧化生成物、水分等超標(biāo)，使?jié)櫥|(zhì)量降低，會(huì)增大發(fā)熱量，導(dǎo)致過(guò)溫。
2.解決方案介紹2.1日常維護(hù)方法
應(yīng)定期進(jìn)行油品檢查檢測(cè)，如有關(guān)參數(shù)超標(biāo)，應(yīng)對(duì)油品進(jìn)行過(guò)濾或換油。油品質(zhì)量下降會(huì)使齒輪箱磨損加快，影響齒輪箱效率，當(dāng)齒輪箱效率下降后，換油只能緩解齒輪箱過(guò)溫，但不能根治，應(yīng)考慮其它改造方案。
2.2設(shè)計(jì)更換大功率冷卻器
從華銳風(fēng)機(jī)齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)原理分析可知，要解決齒輪箱效率降低等因素造成的過(guò)溫問(wèn)題，須提高潤(rùn)滑系統(tǒng)的換熱能力，因此必須增加系統(tǒng)中“風(fēng)/油冷卻器”的當(dāng)量冷卻功率，在不改變?cè)杏吐芳帮L(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的情況下，設(shè)計(jì)更換更大功率的冷卻器是一種可行的方案。
2.2.1設(shè)計(jì)增加富裕面積
散熱器本體（圖3）外形調(diào)整增大，相對(duì)于目前風(fēng)場(chǎng)采用的散熱器性能系統(tǒng)K=1.6，調(diào)整之后的散熱器性能可以提升至K=1.75以上，并留有較大的富余面積。對(duì)應(yīng)地，圖3件②（引風(fēng)罩）、③（風(fēng)扇）、⑥（格柵）等結(jié)構(gòu)件將根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行微調(diào)，以滿足新散熱器的安裝和使用要求。
2.2.2散熱器采用抗污染設(shè)計(jì)
散熱器采用抗污染設(shè)計(jì)（如圖4），盡量減小污染所導(dǎo)致的散熱器性能下降，耐污染型風(fēng)側(cè)翅片結(jié)構(gòu)如下，這種設(shè)計(jì)可以減少污染導(dǎo)致散熱器性能下降出現(xiàn)的情況，從而可以減少現(xiàn)場(chǎng)清洗散熱器的頻率。
2.3加裝冷卻器，配合原冷卻器工作(串聯(lián))
為提高潤(rùn)滑系統(tǒng)的換熱能力，在原有冷卻系統(tǒng)中增加一個(gè)獨(dú)立風(fēng)冷式油冷卻器，油路采用與原冷卻器串聯(lián)聯(lián)接，散熱片選擇時(shí)應(yīng)滿足不易堵塞、易清洗。新增冷卻器的選型必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算。根據(jù)華銳1.5MW機(jī)組齒輪箱配置，應(yīng)考慮的參數(shù)為：潤(rùn)滑油粘度：ISOVG320；齒輪箱油量：500升；環(huán)境溫度：50℃；齒輪箱最高油溫：75℃，串聯(lián)的散熱器原理圖如圖5所示。
2.4改進(jìn)散熱器參數(shù)和控制策略
通過(guò)調(diào)查后重新修訂了齒輪箱油溫相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，并針對(duì)溫度報(bào)警和故障進(jìn)行重新優(yōu)化;增加變頻器及其軟件控制策略，實(shí)現(xiàn)了機(jī)艙內(nèi)溫度的控制;設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)散熱器的功能可以恢復(fù)，并可避免柳絮、灰塵等對(duì)散熱器造成的再次污染，風(fēng)機(jī)可在較高環(huán)境溫度情況下仍可以滿負(fù)荷運(yùn)行，改變相關(guān)部件的工作過(guò)程如圖6，圖7。
3.結(jié)語(yǔ)
以上介紹了華銳SL1500雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱過(guò)熱的原因和改善方案，幾種方法在現(xiàn)場(chǎng)也得到了應(yīng)用，實(shí)踐證明可以對(duì)齒輪箱油溫高起到改善作用。
