齿轮箱油温高原因分析及预防治理措施

田武涛李杰

【摘要】随着风力发电机组运行时间的增长，风力发电机组齿轮箱油温高缺陷日趋明显，呈现上升趋势，各风电企业和制造商针对此问题也提出了较多的治理措施。本文针对此问题从齿轮箱发热和冷却两个方面较全面的分析了油温高发生原因，并提出针对性较强的治理措施。

【关键词】风力发电机组齿轮箱温度高

目前国内在运风机主要以1.5MW-3.0MW风机为主，其中双馈式风机占比超过75%，双馈式风机与直驱式风机最大的区别就是装有增速齿轮箱，但随着风机运行时间的加长，齿轮箱温度高缺陷日趋明显，缺陷主要发生于每年5至10月份，治理难点在于该缺陷诱发因素较多，缺陷重复性较高，所以深入分析齿轮箱油温高诱发原因并制定针对性的治理措施意义重大。

一、齿轮箱发热原理

风机运行时依靠齿轮箱低转速升高至发电机所需要的转速，齿轮箱为机械传动部件，运行过程中因齿轮间磨擦、齿面挤压，轴承滚珠摩擦等原因，传动过程中会出现机械能量损失，根据《GB/T19073-2008风力发电机组齿轮箱》标准要求，在额定工况下，对于三级平行轴或一级行星+两级平行轴齿轮传动的齿轮箱，机械效率应不小于97%，即齿轮箱运行中允许最大3%的效率损失，风力发电机用齿轮箱采用强制压力润滑，也是为了提高传动效率。齿轮箱内部齿轮间磨损、齿面挤压等形式的效率损失都会产生热量，这部分热量就是齿轮箱发热的能量来源。

二、齿轮箱润滑和冷却系统

为了提高齿轮箱传动效率，降低齿轮箱发热，齿轮箱配备强制压力润滑系统，该系统主要作用有三点：一是减低齿轮齿面和轴承磨损；二是吸收齿轮间挤压和振动，保护齿轮防止过早损坏；三是冲洗齿面和轴承，带走齿面和轴承表面磨损产生的金属杂质。齿轮箱润滑系统外部回路附带冷却回路，主要作用是当齿轮箱内部油温较高时依靠冷却回路降低润滑油温度，防止润滑油因温度过高影响润滑效果或过早劣化。

三、润滑油温度高原因分析及治理

根据近年来齿轮箱油温高故障案例来分析，油温高故障主要有以下两种形式：

（一）齿轮箱油温测量回路缺陷

在实际运行过程中并不是所有的齿轮箱温度高故障都是齿轮箱自身故障导致，当齿轮箱轴、油温度检测回路存在故障时，风机也会报齿轮箱温度高故障，这种情况较少，消缺难度较小，测量回路故障主要表现以下两个方面：

1、传感器及接线缺陷

风力发电机组齿轮箱常用测温传感器为PT100铂热电阻测温传感器，该类型传感器使用于齿轮箱温度测量，正常情况下，阻值应小于130.8Ω，如传感器损坏，阻值较正常值偏大，如出现接线松动、虚接情况，风力发电机组会频报齿轮箱温度高故障，如接线断开，风力发电机组显示齿轮箱温度将远高于100℃。

2、主控模块故障

风机运行中，偶尔会出现因模块损坏导致测量温度数值异常，此时常伴随有该主控模块相关的其他故障，因此故障也较容易判断。

（二）齿轮箱冷却系统与机械传动发热失衡

正常情况下，齿轮箱发热量与冷却系统之间能够达到热平衡，这样当齿轮箱持续满负荷运行时，齿轮箱油温才能保持在60-80℃稳定运行范围内，而当这种热平衡被打破时，就会发生油温高故障，热平衡打破主要表现在两个方面，一是齿轮箱发热量升高；二是冷却系统冷却能力降低或失效。

1、齿轮箱发热量升高

这种情况主要原因为润滑油性能降低导致，也会出现因设计和质量缺陷导致齿轮箱内部齿轮啮合和轴承损失导致发热升高，但比较少见。

（1）润滑油性能降低

齿轮箱长时间运行后，润滑油黏度、酸值、水分、抗泡性、清洁度等会逐渐劣化，导致润滑油对齿轮和轴承的保护能力降低，齿轮间摩擦增大，发热增大，导致齿轮箱频报油温高故障。此问题一般会在齿轮箱运行超过5年后表现出来，因此应每年开展油品分析工作，检测指标超过标准要求时应对润滑油进行更换。

（2）滤芯堵塞或油位低，润滑能力降低

由于制造工艺问题，齿轮箱易出现密封圈损坏，螺栓松动等问题，造成润滑油渗漏，齿轮箱润滑油位低，或滤芯堵塞造成润滑油流速低，润滑和冷却能力降低，齿轮箱轴、油温度自然会升高。

2、冷却能力降低

齿轮箱运行中，冷却系统性能降低是齿轮箱轴、油温度高的主要原因，占齿轮箱轴油温度高缺陷90%以上。

（1）温控阀损坏或性能降低

润滑油能否通过散热器进行冷却，依靠温控阀调节润滑油流向，当温控阀损坏时不动作，或性能降低，润滑油不能及时进行冷却，油温会持续快速升高，导致风机报齿轮箱轴、油温度高故障。遇到此种情况，只需用红外测温枪测量温控阀冷、热出口油管温度即可判断温控阀是否损坏。

温控阀引起的油温高缺陷还有另一种情况，就是温控阀的选型与风机主控参数不匹配，例如某风机厂家设定冷却风扇开启温度为45℃，温控阀选择开启温度为45℃，而风机报油温高故障温度为75℃，因45℃温控阀完全开启时温度为60℃，即齿轮箱热平衡调节范围仅15℃，因此大风天气时，该厂家风机常报温度高故障。

（2）散热器堵塞，冷却功率降低

因为风力发电机组大多建于野外干旱荒漠地区，风沙较大，有些地区3-5月份柳旭和杨旭较多，沙尘、柳旭和杨旭都会堵塞散热器，散热器设计风速为5-6m/s，散热器堵塞后，通风量减小，冷却功率随之降低。针对此问题，风电企业应根据本企业所处自然环境，制定散热板定期清洗计划，在每年5月份高温季节来临前完成散热板清洗工作。

结束语

齿轮箱出现油温高缺陷主要原因为齿轮箱冷却系统与机械传动发热失衡，一方面润滑性能降低，发热量增加；另一方面原因为冷却系统性能降低，冷却功率降低，因此检查和治理缺陷过程中应从两个方面着手检查，找出具体原因，制定针对性措施，避免重复性缺陷发生。

参考文献

[1]DL/T797-2012，风力发电场检修规程[S].北京：中国标准出版社，2012.

[2]GB/T33540.3-2017，风机发电机组专用润滑剂第3部分：变速箱润滑油》[S].北京：中国标准出版社，2017.

[3]GB/T19073-2008，风力发电机组齿轮箱[S].北京：中国标准出版社，2008.