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兆瓦级风电齿轮箱温度超限原因探讨分析

国际新能源网  来源:风能产业  作者:张军苗  日期:2017-10-12
  随着国内陆上兆瓦级风电机组后运维市场的扩大,齿轮箱作为整机大部件,对整机运行将至关重要,往往齿轮箱出现超温报警,则会导致停机,各大整机厂家,风场服务人员也会采取一定的措施处理,但效果不理想。由于现场维护人员的参差不齐,超温故障排除,有一定的困难。为使得该问题处理可靠得当,保持齿轮箱运行稳定可靠,一些经验分享一下,仅供参考学习。
 
  一、齿轮箱超温分析
 
  国内某2MW风场40台风机,出现多台机组齿轮箱高速级叶片侧轴承温度超限情况,从整机主控程序,润滑系统,冷却系统及齿轮箱综合考虑分析,判断齿轮箱低速轴超温一般有以下原因:
 
  1、温控阀损坏引起的
 
  该故障通过机组温度监控数据可以看出,冷却水温度较高,油温也较高,当机组运行过程中,油水无法实现热交换,引起油温高,而叶片侧轴承温度监控作为齿轮箱内温度较高位置,最先温度超过90℃,则出现超温报警,以致停机。
 
  图1温控阀结构


 
 
  2、冷却风扇散热器积灰多污染堵塞
 
  机舱尾部冷却风扇散热片,受季节因素,如有柳絮,灰尘盐雾等污染,极易造成其堵塞,或附着灰尘影响其散热效果,冷却系统理论上运行正常水温在35℃~45℃之间,如水温过高,齿轮油温将无法降下来,自然引起叶片侧轴承超温报警。
 
  图2  某风场10#机冷却风扇散热器灰尘多堵塞

 
  图3. 某风场10#机组超温监控数据

 
  图4.某风场25#机超温监控数据

 
  图5.正常6#机组温度监控数据

 
  以下为统计的其它项目风场五台齿轮箱高速级叶片侧超温数据,根据具体情况分析如下:
 
  图6. 4#机实时温度数据

 
  分析:由于水温43度左右时,油温达到60度以上,可见温控阀有故障,无法实现冷热交换,使得油温过高,可能也伴随着冷却系统散热器片污染,共同形成温度超限。
 
  图7. 22#机实时温度数据

 
  分析:该机怀疑为润滑油水冷系统散热器堵塞污染,导致水温无法正常,油温很高,从而引起的齿轮箱叶片侧轴承超温。
 
  图8. 19#机实时温度数据

 
  3、润滑油缺少、泡沫多或润滑油变质严重等。
 
  如润滑油加注量少,将会引起齿箱高速级叶片侧轴承位置喷油减小,也易引起该位置超温,一般观察球形油标及液位计,球形游标液位应在中线位置。另外油品泡沫多,会造成叶片侧轴承喷油量看似满足,油液气泡多,其实无法达到轴承降温的效果,且热量无法及时跟随油品带走,进而造成超温。当油品变质发黑严重且油品检测不合格时,就必须着手清洗齿轮箱并换新的润滑油了。
 
  图9.某国内2MW齿轮箱正常油位线

 
  4、PT100温度传感器及相关电气线路器件故障
 
  该故障,现场具备先行检查解决处理条件,对于传感器及齿轮箱上安装孔进行彻底检查,或调换高低速传感器进行测试,某现场安装传感器的箱体孔内有油液,且已超温变质发黑,若未及时清理,也易引起超温报警。
 
  图10. 温度传感器被污染及时清理

 
  5、齿轮箱高速级叶片侧轴承润滑油路堵塞
 
  若轴承得不到有效润滑降温,则需要通过打开箱体顶部视孔盖板检查轴承喷油量,观察喷油较正常机组小或者彻底不出油时,就可判断润滑油路发生了堵塞,需要协调齿轮箱厂家,进行专业的处理了。
 
  6、其它比如高速级叶片侧轴承跑圈,也就是轴承外圈与箱体发生相对滑移运动。对于专业工程师检查出轴承跑圈,则需要齿轮箱厂家进行专业开箱处理了。
 
  7、有些叶片侧轴承超温来自于齿轮箱进行过一两次开箱维修后引起的。由于一次拆箱处理后,部件装配不到位,塔顶机舱内装配工艺较车间工艺差,装配尺寸链无法较好保证,使得轴承与轴、箱体孔配合的不足,引起高速级装配工艺不合理,进而引起的较严重的零部件损坏,从而产生超温或损坏。
 
  二、解决方案
 
  1、温控阀损坏时需及时更换,如整机主控程序对于温控阀开关动作控制得当,可以延长其使用寿命,风场应匹配合适的润滑油与水冷热交换的程序逻辑控制。
 
  2、对于水冷系统风扇散热器通风不畅或堵塞情况,就需要清洗散热器。建议采用专业的清洗液,某些项目地处沿海区域,盐雾较重,对于散热片的腐蚀也较大,可靠有效的清洗,对于实现油水热交换非常关键。
 
  3、润滑油路堵塞、轴承本身故障等其他故障引起的超温,日常机组维护应寻求正确处理方法,遇到困难问题应多反馈,并沟通专业工程师,寻求优质的排查方法和有效的处理措施,以便快速恢复机组运行,避免机组不必要的停机。
 
  三、结语
 
  一般情况,冷却系统及温控阀故障是齿轮箱超温的两大主要原因。冷却系统散热器堵塞后及时彻底清理干净,则可实现冷却水温在合理温度区间,达到冷却润滑油,使其在合适温度(正常运行润滑油温一般在45℃~55℃之间),避免超温问题再现。温控阀作为切换进入齿轮箱的润滑油器件,当润滑油温到一定温度时,切换油路至换热器,实现冷却水与热油的温度交换,从而使进入齿轮箱油温合适,判断温控阀损坏后就应及时更换。
 
  良好的润滑油冷却系统对于兆瓦级风电水冷齿轮箱运行至关重要,伴随着投运风电设备存量的增多,风电运维和技改的后市场正在逐渐发展壮大,不管是第三方维护公司或整机供应商,特别是调试期及质保期内,都应该认识到良好的维护对于齿轮箱20年全生命周期影响颇深。因此,各方都必须重视平时的定检维护,做到有效预防,合理可靠解决,这样才能有效的降低齿轮箱损坏和下塔维修更换的故障风险,保证风电机组的良好稳定运行。
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