[发明专利]温度适应型风电齿轮箱润滑系统

说明书

一种温度适应型风电齿轮箱润滑系统，粘度传感器采用音叉原理，用于检测齿轮箱加热腔内润滑油的粘度，并将粘度信号反馈给控制器；控制器采用PID开环控制，将粘度信号作为输入参数，通过PID数学模型运算后，输出参数用于控制润滑泵的转速和转矩；润滑泵由齿轮泵和变频电机组成；控制器通过设定粘度阈值，用阈值逻辑输出控制加热器的启停；加热器伸入到加热腔的内部，用于对加热腔内润滑油的加热；轴承储油腔、齿轮储油腔、箱体储油腔和加热腔位于齿轮箱的内部，加热腔位于轴承储油腔、齿轮储油腔和箱体储油腔的下部。本发明提供一种控制效果较好、使用寿命较长的温度适应型风电齿轮箱润滑系统。

技术领域

本发明涉及风力发电机领域，尤其是一种风电齿轮箱润滑系统。

背景技术

风力发电机组因安装区域和季节不同，工作环境温度差异很大。在北方冬季，风电机组工作环境温度低至-30℃，夏季可达40℃。风电齿轮箱是风电机组重要组成部件，以齿轮传动为主，其内部采用全合成VG320齿轮油进行润滑，该润滑油的粘度受温度影响变化很大，粘度指数一般都在150左右。以Mobil SHC XMP 320润滑油为例，-30℃时粘度已达到84477cSt，而40℃时粘度为335cSt。-30℃时粘度84477cSt已严重超出一般润滑泵可泵送液体粘度范围(＜10000cSt)。仅依靠润滑泵已无法直接泵送润滑油，满足齿轮箱轴承和齿轮的润滑要求。

然而，风电齿轮箱在刚刚启机时受环境温度影响，其润滑泵启动非常困难，但齿轮箱平稳运行后，因一部分机械能转化为热能，使齿轮箱内部的齿轮和轴承温度不断升高，齿轮和轴承是通过润滑油进行散热的。为确保齿轮和轴承的润滑和散热更加充分，齿轮和轴承所需要的润滑油流量也不断增加。此时，润滑油温度不断上升，粘度不断下降。齿轮箱润滑油通过外部冷却，油温可以有所下降。

目前，为解决齿轮箱低温启动困难，要么是给齿轮箱增加加热器，对润滑油进行预热；要么是在润滑泵不工作状态下，直接强制启动齿轮箱，通过能量转化，对润滑油预热。预热到泵送温度后启动润滑泵，对齿轮箱齿轮和轴承进行润滑。简单使用加热器对齿轮箱进行预热，由于齿轮箱热容比较大，箱体又为金属表面，散热比较快，齿轮箱温度上升得很慢。以采用3KW加热器的2MW齿轮箱为例，北方冬季预热时间多在5～20小时。强制启动齿轮箱，利用能量转化对齿轮箱预热，齿轮和轴承在无油状态下运行，容易出现干摩擦，产生磨损。另外，即使润滑泵能够打油，但在固定转速和转矩下运行，由于润滑油粘度差异，其寿命也将受到很大影响。

中国实用新型专利CN 203114514U，公开了一种风力发电机组低温启动控制装置，包括控制装置、风速仪、温度传感器、变桨系统和加热器，所述风速仪和所述温度传感器均连接所述控制装置，所述温度传感器和加热器均设置在所述风力发电机组的齿轮箱上，所述变桨系统连接所述控制装置。其存在的技术缺陷为：

第一、加热器装于齿轮箱的底部，加热器与齿轮箱的接触面积为0.5m²。所述的加热器工作时将对整个齿轮箱进行加热，一方面齿轮箱热容比较大，加热器的功率相对较小，另一方面齿轮箱表面积比较大，又都是金属表面，散热功率也比较大，这使齿轮箱在加热的同时也在大量散热。这样，除非齿轮箱加热器的功率设计得足够大，否则，加热器对于整个齿轮箱的温升作用将非常小。相反，若加热器的功率设计得很大，不但占用很大的齿轮箱内部空间，而且也增加了齿轮箱的成本和耗电量。

第二、风力发动机组在空载状态下，控制桨叶的桨距角在50°-70°之间，通过调整桨距角控制风轮转速在3-5RPM之间。首先，随着风电行业的发展，风电机组桨叶做得越来越大，通过变桨系统调节桨叶处于一定的角度，也越发显得缓慢。而风速是瞬时变化量，作用在风轮上的载荷也随时都在变化，因此，根据风速信号不断调节桨叶的桨距角，很难维持风轮所吸收风能的稳定性。其次，控制风轮在空载状态下，低速运转，风轮所需吸收风能很小，而风轮及整个传动链在低速状态下阻尼载荷变化也较大，这使风机在低速空载状态下维持稳定速度就越发显得困难了。