齿轮箱冷却系统的改造

齿轮箱冷却系统的改造

郝继鹏

身份证号码：41090119820228XXXX江苏南京210012

摘要：本文主要针对齿轮箱冷却系统展开分析，思考了齿轮箱冷却系统的改造方法和改造的基本的措施，希望可以为今后的齿轮箱冷却系统的改造工作提供参考。

关键词：齿轮箱；冷却系统；改造

前言

为了提高齿轮箱冷却系统的效果，有必要对其进行改造，在改造的过程中，进一步提升齿轮箱冷却系统的效果，这是开展改造工作的一个重要的原因和关键点。

1、齿轮油散热系统的工作原理

齿轮油散热系统的工作原理为：①机组启动，齿轮箱低速油泵工作，当齿轮油温高于40℃时，齿轮箱高速油泵工作；②当齿轮箱油温高于55℃或高速轴轴承温度高于70℃时，温控阀关闭，散热器开始自动工作，润滑油经过散热器冷却后再进入齿轮箱；③当齿轮油温降到45℃且高速轴轴承温度低于65℃时，散热器自动停止工作，润滑油直接经温控阀进入到齿轮箱强制润滑；④当齿轮油温高于75℃或高速轴轴承温度高于90℃时，风机限负荷运行。⑤当齿轮油温高于80℃或高速轴轴承温度高于95℃时，风机自动停机。

运行中的风电机组，在炎热的夏天大负荷运转时，有时会报齿轮箱油温高故障。要想正确处理齿轮箱油温高的问题，首先应了解齿轮箱润滑与冷却系统的工作过程及原理。

比如机组齿轮箱的正常工作油温为-15℃~75℃之间，当高于75℃时，风机会自动限制出力，从而保护风机。当齿轮箱油温高于80℃时，风机会自动报齿轮箱油温高而故障停机。当齿轮箱温度低于-15℃时，齿轮箱中的加热系统会自动加热，将齿轮箱油加热到-15℃以上，当温度在-15℃~45℃之间时，齿轮箱油流动的路径为油泵到滤芯再到齿轮箱。在这一过程中如果系统压力高于10bar，那么齿轮箱油将直接通过润滑泵到单向阀再到齿轮箱，这样加速油的循环，使得油温快速升高。随着油温的升高，系统压力也会随之降低，当压力在3bar~10bar时，溢流阀会自动关闭，3bar的溢流阀会自动打开，油经过粗滤流回到齿轮箱。当齿轮箱油温进一步升高时，3bar溢流阀会自动关闭，齿轮箱油经过滤芯两级过滤后回到油箱。如果齿轮箱油温高于45℃而低于60℃时，温控阀将开始动作。温控阀是由充满蜡的混合物和一个带工作塞的压力安全外壳组成。温控阀的工作原理是当油温上升时，蜡的体积开始随着温度的升高而膨胀，并且通过传递压力给一个橡胶弹性体，直接推动工作塞。此时，阀体开始整齐地移动，并通往冷却器通道，活塞的移动完全通过油温来控制，不需要增加任何外界的附加能量。当油温低于45℃时，齿轮箱油的循环路径是通过旁通模式，直接从齿轮箱来，再直接回到齿轮箱中去。

2、原因分析及解决办法

鉴于对齿轮箱润滑和冷却系统的了解，以及对温控阀工作原理的说明，我们对齿轮箱油温高的原因及处理方法做如下分析。

2.1检查PT100温度传感器

检查PT100温度传感器功能是否正常，用万用表检测PT100的阻值与温度的关系是否与PT铂电阻的温度与阻值对应表相对应。如有误差，需更换PT100或者做相应的接屏蔽线等处理措施。

2.2散热片检查

检查散热片是否漏油或是否有大量的灰尘和污垢。因为大量的灰尘会堵住散热片的通风道，会影响散热片的散热效果。如果散热片渗油，需更换散热片;如果是散热片含有大量的灰尘和污垢，需及时用高压水枪和纯净水对散热片进行冲洗。也可以在散热片底部加装防尘网，对散热片进行防尘、防絮保护，从而保证散热片的清洁和正常的工作。同时也能延长散热片的使用寿命，减少检修人员的工作量。

2.3温控阀的检查

温控阀在齿轮箱油温小于45℃时，不动作;当齿轮箱油温大于45℃时，温控阀开始动作;当齿轮箱油温大于60℃时，温控阀切换动作全部完成。由于齿轮箱油温设定最大值为75℃。根据齿轮箱润滑及冷却的工作原理可知，当齿轮箱油的温度大于75℃时，齿轮箱油的循环路径是通过全冷模式完成的，因此可以对旁路油管与去冷却器油管进行对比。正常情况下，当油温在45℃左右时，齿轮箱上的旁路油管应该在45℃左右，而去散热片的油管温度应该为机舱环境温度。当油温在45℃~60℃之间时，旁路油管也逐步关闭，而去散热片的油管温度应逐渐升高。当齿轮箱油的油温大于60℃时，齿轮箱油循环通过全冷模式完成，途径散热片，油冷风扇给散热片强制进行风冷。如果在油温大于50℃后，而齿轮箱去散热片的油管温度一直是冷的，则有可能温控阀异常，需重新更换温控阀。对于我国南方的风电场，可以根据实际地理位置和气候的情况，对温控阀进行改造，可以直接将温控阀改为单向阀。具体方法为直接在温控阀的顶针处加一高度与顶针行程相等高度的空心抱箍，使温控阀的顶针行程一直处于最大位置，这样就可以使得齿轮箱油的循环路径一直为全冷却模式。齿轮箱油全部经过散热片冷却后再流回到齿轮箱中去。对于我国的北方风场，由于天气异常寒冷，一旦风机停机后，再重新起机，齿轮箱油预热的时间较长。如果将温控阀改为单向阀，则齿轮箱预热时间会更长。具体情况可根据当地的实际情况进行改造。

2.4单向阀检查

华锐风机单向阀设定压力为10bar，作用是当润滑系统压力超过10bar时单向阀打开，能够做到对液压系统卸荷和保护的作用。单向阀是否损坏，可以通过风机的操作面板，直接启动油冷循环系统的油泵，注意观察齿轮箱冷却系统的压力，如果压力低于10bar，用手触摸单向阀及相连接的油管，如果温度较高，则说明单向阀已打开，单向阀打开的原因有两种，一是齿轮箱冷却回路之间存在堵塞现象，导致管路中压力较大，使得单向阀打开。另外一种原因就是可能单向阀损坏，则需要更换单向阀。

3、齿轮箱冷却系统的改造

某风电场于2009年年底投产，在日后的运行过程中，经常由于齿轮箱油温过高报警停机，经分析原因在于风电机的齿轮箱冷却电机功率小，在满发状态下，由于齿轮箱产生大量的热能不能及时地散发出去，齿轮箱油温高而造成风电机的停机。经过检修人员的研究，须对齿轮箱的冷却电机及油泵电机进行改造。

由于未更换的齿轮箱冷却电机和油泵电机是单速电机，无论在任何情况下都是以恒定的速度转动。这样在齿轮油温低时，会造成一定的电能损失;而在齿轮油温高时，齿轮油的循环速度不能达到冷却的要求，从而导致油温过高而风电机停机。为了解决这个问题，经过研究探讨，决定把电机改为双速电机，并且改进了控制元件，达到了风电机在各种情况下的冷却条件。

3.1双速电机的变速原理

电机的变速采用改变绕组的连接方式，也就是说用改变电机旋转磁场的磁极对数来改变它的转速。主要是通过外部控制线路的切换来改变电机线圈的绕组连接方式来实现。①在定子槽内嵌有两个不同极对数的共用绕组，通过外部控制线路的切换来改变电机定子绕组的接法来实现变更磁极对数;②在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的联接。

我们的风电机的冷却系统所用的电机线圈的绕组连接方式是第一种电机是由三个接触器控制的，高速时低速侧短路，低速时高速侧开路。低速时，电机内接线为△形接法;而高速时，电机内部接线为Y形接法。

经过齿轮箱改造后，齿轮箱油温过高的故障再未出现，通过分析，齿轮箱油温传感器在一定温度下，发出信号再由PLC控制启动低速冷却;在超过设定的温度值时，PLC会发出信号启动高速电机。

4、结束语

综上所述，在齿轮箱冷却系统的改造方面，我们要更加清楚改造的方法，也要明确改造过程中的要求，本文总结了齿轮箱冷却系统的改造的方案和具体的方法，可供参考。

参考文献：

[1]王宝.采煤机摇臂齿轮箱冷却方式改进[J].山西科技，2017，26(05):113+115.