風(fēng)電機(jī)組齒輪箱高溫問(wèn)題處理分析

劉家慧

摘? ?要：隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，我國(guó)電力需求與日俱增，電力供應(yīng)壓力越來(lái)越大。尤其是近些年，隨著節(jié)能減排工作的順利開(kāi)展，風(fēng)能發(fā)電成為了緩解供電壓力的中堅(jiān)力量。風(fēng)電機(jī)組作為風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備，其高效、穩(wěn)定地運(yùn)行顯得尤為重要。但是，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于多方面因素干擾，風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的冷卻效果不理想，即使經(jīng)過(guò)反復(fù)清洗修理，齒輪箱的高溫問(wèn)題仍未改善。本文將以1500kW風(fēng)電機(jī)組為例，對(duì)洗輪箱的高溫問(wèn)題以及處理措施進(jìn)行分析探究。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)? 齒輪? 高溫處理

中圖分類號(hào)：TG457.25? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（a）-0134-02

1? 齒輪箱高溫問(wèn)題的影響

1.1 限制風(fēng)電機(jī)組功率運(yùn)行

齒輪箱溫度過(guò)高，會(huì)使風(fēng)機(jī)低功率運(yùn)行，甚至導(dǎo)致停機(jī)，這嚴(yán)重降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作效率，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。就目前而言，齒輪箱超溫現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年浪費(fèi)電量要高達(dá)發(fā)電小時(shí)數(shù)的5%～10%左右，更有甚者，達(dá)到數(shù)十萬(wàn)瓦。而隨著運(yùn)行時(shí)間增加，機(jī)組無(wú)法穩(wěn)定帶滿負(fù)荷運(yùn)行的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。面對(duì)這種情況，有些制造廠商私自更改齒輪油箱的最高溫度限定值，為潤(rùn)滑系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行埋下了安全隱患。

1.2 降低齒輪箱與潤(rùn)滑油的壽命周期

對(duì)于全合成潤(rùn)滑油（如齒輪油等）而言，每當(dāng)溫度提高10℃，齒輪油的使用壽命將隨之減少50%左右。而在持續(xù)高溫的環(huán)境下，潤(rùn)滑油氧化速度加快，對(duì)其粘溫性造成影響，進(jìn)而引起品變質(zhì)、油耗變大等一系列問(wèn)題。與此同時(shí)，在潤(rùn)滑油氧化的過(guò)程中，其發(fā)泡特性不斷提升，導(dǎo)致油膜剛度降低，潤(rùn)滑性能減弱，加劇齒面、軸承間的磨損，出現(xiàn)齒輪傳動(dòng)失效、工作齒面偏載等現(xiàn)象，導(dǎo)致齒輪箱工作效率低下、使用壽命縮短。

1.3 減弱機(jī)艙的通風(fēng)能力

齒輪箱溫度過(guò)高，將會(huì)嚴(yán)重影響風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙冷卻能力，導(dǎo)致機(jī)艙與環(huán)境溫度差值較大。換言之，機(jī)艙溫度與環(huán)境溫度差值越大，意味著風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙整體冷卻系統(tǒng)的問(wèn)題就越大。同時(shí)，高溫環(huán)境下，機(jī)艙內(nèi)電氣元件老化現(xiàn)象顯著，極易發(fā)生安全故障。尤其是在夏季等高溫氣候，風(fēng)電機(jī)組的電氣故障現(xiàn)象頻發(fā)，這與冷卻能力低下脫不開(kāi)關(guān)系。

2? 高溫原因分析

2.1 齒輪箱運(yùn)行效率降低

齒輪箱的出廠潤(rùn)滑系統(tǒng)主要有鋁管鋁翅片冷卻器、管道、油泵以及過(guò)濾器等。當(dāng)發(fā)電機(jī)組功率為1500kW時(shí)，冷卻器的額定功率通常設(shè)計(jì)為47kW;設(shè)計(jì)條件如下：環(huán)境溫度<40℃，齒輪箱傳動(dòng)功率>97.5%，齒輪箱溫度<75℃。當(dāng)運(yùn)行時(shí)間增加，齒輪箱無(wú)法實(shí)現(xiàn)滿載運(yùn)行，且運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致散熱效果與散熱需求失衡。

2.2 實(shí)際散熱效果下降

環(huán)境溫度明顯低于散熱器進(jìn)風(fēng)口溫度，大約維持在10℃，這比設(shè)計(jì)值要高出一倍。在對(duì)散熱器阻塞、管道設(shè)計(jì)缺陷等諸多因素進(jìn)行綜合考量后，散熱器進(jìn)風(fēng)口的溫度很可能還會(huì)增加。

2.3 冷卻風(fēng)扇流量達(dá)不到設(shè)定值

在額定功率下，本文研究的風(fēng)電機(jī)組的冷卻風(fēng)扇的設(shè)定風(fēng)量為15900m3/h。而在與冷卻器組合完成后，經(jīng)測(cè)量，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)量?jī)H為10500m3/h，這顯然無(wú)法達(dá)到冷卻器的冷卻系統(tǒng)運(yùn)行需求。

2.4 散熱翅片結(jié)構(gòu)不合理

由于散熱器的空氣側(cè)翅片面受到較大阻力，極易引起阻塞問(wèn)題。而油路管道內(nèi)的翅片分布集中，造成雜質(zhì)積累，提高內(nèi)循環(huán)阻力，削弱了循環(huán)倍率，導(dǎo)致冷卻效果不佳。

2.5 散熱器的進(jìn)風(fēng)口溫度過(guò)高

散熱器進(jìn)風(fēng)口溫度在最大設(shè)計(jì)限值（45℃）以上，究其原因，主要有以下兩點(diǎn)：其一，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)艙發(fā)熱量大，在有限時(shí)間內(nèi)，無(wú)法全部快速排出;其二，風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙內(nèi)外的熱交換效果不佳，導(dǎo)致機(jī)艙溫度不斷增加。當(dāng)齒輪箱發(fā)出溫度報(bào)警時(shí)，機(jī)艙內(nèi)的溫度也許還在設(shè)計(jì)極限值以下。

3? 處理方案

3.1 調(diào)整散熱器結(jié)構(gòu)

如圖1所示，改造前：散熱器的翅片結(jié)構(gòu)是鋸齒形狀，在中間部位存在突出，不易于清理維修，影響排污效果，尤其是對(duì)柳絮狀污物極易殘留。改造后：翅片為淺波紋形狀，有效解決了堵塞問(wèn)題，有助于提高散熱功率提、降低空氣阻力。

3.2 更換齒輪箱冷卻風(fēng)扇

葉片是影響風(fēng)冷冷卻器風(fēng)量的重要因素。在滿足電機(jī)功率以及葉片安裝等要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)科學(xué)選擇葉片規(guī)格型號(hào)，并采取合理措施，不斷優(yōu)化葉片形狀、角度以及曲率等參數(shù)。加大冷卻器排風(fēng)量可以有效提升散熱器（風(fēng)冷型）的散熱效果，同時(shí)還有利于改善齒輪箱機(jī)艙的作業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)降溫作用。同樣，這對(duì)于發(fā)電機(jī)以及變頻器等電器元件的散熱降溫都是有益的。

4? 結(jié)論分析

4.1 改造前數(shù)據(jù)分析

環(huán)境溫度：19.35℃;機(jī)艙均溫度31.24℃;齒輪箱均溫度61.75℃。其中，油溫>75℃油溫點(diǎn)數(shù)為1462，平均溫度達(dá)到3124℃。由于在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，齒輪箱溫度在75℃以上，導(dǎo)致機(jī)組功率受限，造成高達(dá)4.4萬(wàn)多千瓦的電量損失，相當(dāng)于機(jī)組發(fā)電量的5%左右。

4.2 改造后風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況

4.2.1 更換風(fēng)扇前后散熱器進(jìn)口溫度與環(huán)境溫度的差值對(duì)比分析

散熱器的進(jìn)風(fēng)口溫度就是機(jī)艙的溫度，因此，散熱器的冷卻效果與機(jī)艙溫度成反比關(guān)系。機(jī)艙溫度越高，冷卻效果越差。而機(jī)艙溫度主要由運(yùn)行散熱量、散熱器通風(fēng)能力決定的。對(duì)于同一風(fēng)電機(jī)組，機(jī)艙發(fā)熱量一般會(huì)保持不變。因此，散熱器的通風(fēng)效果是影響機(jī)艙溫度的決定性因素。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，功率相同的條件下，改造后的風(fēng)電機(jī)組，其機(jī)艙通風(fēng)能力明顯提高，機(jī)艙內(nèi)外環(huán)境的溫度差有效減小，其他元器件的散熱效果也有不同程度的提升。

4.2.2 改造前后齒輪箱油溫對(duì)比分析

環(huán)境溫度不同，齒輪箱的油溫也會(huì)存在一定差異。改造后，齒輪箱油溫有所降低，解決了因限功率造成的電量損失比重約為5%，該項(xiàng)優(yōu)化措施增加的經(jīng)濟(jì)收益在數(shù)萬(wàn)左右。同時(shí)，環(huán)境溫度提高，齒輪箱箱改造前后的有溫差也會(huì)隨之增加。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

參考文獻(xiàn)

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