目前中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)正處于高速發(fā)展階段， 截止到 2021 年底，風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到 168690 MW， 占全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)總量的 34.7% 。風(fēng)電機(jī)組主 齒輪箱是整機(jī)傳動(dòng)鏈的核心部件，其主要功能是通過(guò)齒輪副增速將葉片轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，以達(dá)到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速。相關(guān)文獻(xiàn)指出，近年來(lái)中國(guó)眾多風(fēng)場(chǎng)的齒輪箱由于潤(rùn)滑方式不當(dāng)、潤(rùn)滑效果差而頻繁出現(xiàn)故障，導(dǎo)致售后維修和維護(hù)費(fèi)用很高，并且在風(fēng)電機(jī)組中主齒輪箱的初裝潤(rùn)滑油量最大，也最易產(chǎn)生潤(rùn)滑故障。因此，齒輪箱潤(rùn)滑管理對(duì)于風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義。

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱種類有主齒輪箱、偏航和變槳齒輪箱，本文主要對(duì)主齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)做出概述。

　　一、主齒輪箱構(gòu)造

　　主齒輪箱一般由箱體、主軸、軸承、齒輪副、行星架、減噪減震裝置和潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)等組成。

　　主齒輪箱箱體在機(jī)組工作過(guò)程中需要同時(shí)承受靜荷載和動(dòng)荷載，靜荷載部分來(lái)源于箱體本身的重量，傳動(dòng)軸和聯(lián)軸器的剛度與質(zhì)量、發(fā)電機(jī)的特性直接影響其動(dòng)荷載，因此齒輪箱箱體作為機(jī)組傳送動(dòng)力的核心部件，需要有足夠的剛度、強(qiáng)度以滿足軸承、外部附件和軸的安裝要求，還需要有良好的密封性能，避免環(huán)境中的水分、灰塵和其他雜質(zhì)進(jìn)入箱體內(nèi)部。

　　主齒輪箱主軸通過(guò)法蘭盤與風(fēng)輪相連接，風(fēng)輪是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榇笈ぞ亍⒌娃D(zhuǎn)速的動(dòng)能裝置，而主軸就是這一動(dòng)能轉(zhuǎn)換的承載體，因此其除了用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)部件還要同時(shí)承受較大彎矩和轉(zhuǎn)矩，因此主軸材料需要具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

　　主齒輪箱軸承是用來(lái)支撐主軸以及軸上零部件的裝置，其還需要控制主軸的旋轉(zhuǎn)精度以達(dá)到減小主軸和支撐部件之間的摩擦。

　　主齒輪箱之所以能夠?qū)⑷~輪轉(zhuǎn)動(dòng)獲得的低轉(zhuǎn)速機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咿D(zhuǎn)速機(jī)械能主要是通過(guò)齒輪副實(shí)現(xiàn)的，通經(jīng)過(guò)齒輪副作用以達(dá)到發(fā)電機(jī)發(fā)電所要求的轉(zhuǎn)速，齒輪副主要由直齒斜齒齒輪副和行星齒輪系組成。一個(gè)或者多個(gè)行星輪在自轉(zhuǎn)的同時(shí)還繞著 太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)即是行星齒輪系，其包括太陽(yáng)輪、行星架、行星小齒輪和齒圈，具有增速比較大、體積小、重量輕、承載力高等優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)造圖詳見(jiàn)圖 1。

圖1行星齒輪系原理

　　二、主齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)

　　主齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)要求

　　齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)一般由電動(dòng)泵、過(guò)濾裝置、機(jī)械泵、油風(fēng)冷卻器、壓力傳感器、連接管路等組成。考慮到主齒輪箱摩擦副既有高速輕載亦有低速重載工況，工作環(huán)境惡劣，為保證機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)必須滿足以下幾點(diǎn)要求：一是能滿足齒輪箱內(nèi)各運(yùn)動(dòng)部件的強(qiáng)制潤(rùn)滑要求;二是具有能夠排除系統(tǒng)中氣泡的要求，因?yàn)闅馀輹?huì)使齒輪箱造成損壞; 三是需具有一定的冷卻功能，能通過(guò)風(fēng)扇將箱體內(nèi)熱空氣排出箱體外，四是潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)其使用的潤(rùn)滑油具有相應(yīng)運(yùn)動(dòng)黏度、極壓抗磨性能、抗乳化性能、氧化安定性和熱安定性能、防銹防腐蝕性能、抗泡沫等要求。

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油選型

　　主齒輪箱使用潤(rùn)滑油數(shù)量較大，約占風(fēng)電機(jī)組總用油量的 75% ，現(xiàn)多采用強(qiáng)制循環(huán)潤(rùn)滑和油池飛濺式潤(rùn)滑，使用 VG320 型合成齒輪油居多，比較注重油品黏溫、極壓抗磨減摩等性能。

　　三、主齒輪箱潤(rùn)滑油取樣、監(jiān)測(cè)規(guī)范及推薦使用年限

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油取樣規(guī)范

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油取樣要求和位置：主齒輪箱潤(rùn)滑油取樣人員需熟悉主齒輪箱潤(rùn)滑油系統(tǒng)，遵守 DL /T 796 和 DL /T 666 的規(guī)定，在取樣時(shí)需采取防護(hù)措施，如佩戴防滑手套、穿防護(hù)服，佩戴面罩以防止吸入油霧或油蒸氣。

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油所取樣品要有代表性，能反應(yīng)系統(tǒng)中油液的品質(zhì)，并能夠反應(yīng)齒輪箱內(nèi)各部件的磨損狀態(tài)。

　　主齒輪箱一般設(shè)有專用的潤(rùn)滑油取樣口，需依次按照箱體專用取樣口、過(guò)濾器入口處測(cè)壓閥、過(guò)濾器頂端透氣孔的順序選擇取樣位置，并且應(yīng)保證每次取樣都在同一點(diǎn)、采用同樣的取樣方法和工器具。

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油取樣工具和取樣時(shí)間： 主齒輪箱油取樣工具一般包括未經(jīng)污染的取樣瓶、干燥清潔的取樣管和測(cè)壓軟管、標(biāo)簽紙和抹布等。

　　取樣時(shí)間一般要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于維護(hù)服務(wù) 模式后才能取樣，且需確保取樣時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行至正常工作溫度。

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油取樣步驟： 將取樣口周圍的灰塵、油漬用抹布擦拭干凈，打開(kāi)取樣閥口，放出 50 ～ 100 mL 的油液倒入廢液桶中，然后用干凈取樣瓶進(jìn)行取油，每個(gè)取樣瓶所取樣品量不超過(guò)取樣瓶容積的 3 /4。取樣量需滿足檢測(cè)用量。取樣結(jié)束后立即用瓶蓋封口并及時(shí)貼標(biāo)簽，標(biāo)簽信息應(yīng)至少包含樣品編號(hào)、風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組編號(hào)、油品牌號(hào)、取樣位置、取樣時(shí)間等信息。樣品密封好后放置在干燥、避光的環(huán)境下保存。

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)規(guī)范

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)周期： 主齒輪箱潤(rùn)滑油若使用時(shí)間在 3 a 以內(nèi)則每年監(jiān)測(cè) 1 次，3 a 以上每年監(jiān)測(cè) 2 次; 在機(jī)組出質(zhì)保前 3 個(gè)月需監(jiān)測(cè) 1 次，作為出質(zhì)保時(shí)大部件運(yùn)行狀態(tài)判定的依據(jù)之一; 另外再換油后三個(gè)月亦需監(jiān)測(cè) 1 次。

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)指標(biāo)： 主齒輪箱潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括運(yùn)動(dòng)黏度( 40 ℃ ) 、元素含量、水分含量、紅外分析、PQ 指數(shù)， 選做指標(biāo)有鐵譜分析、清潔度、酸值。主齒輪箱潤(rùn)滑油指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表 1。

表 1 風(fēng)電主齒輪箱潤(rùn)滑油指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油推薦使用年限

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油若是合成油推薦使用期限為 7 a，非合成油推薦使用期限為 4 a，達(dá)到推薦使用期限后建議及時(shí)換油。對(duì)于未達(dá)到使用期限，但出現(xiàn)主齒輪箱潤(rùn)滑油劣化、齒輪箱磨損等情況時(shí)，或者在油液監(jiān)測(cè)報(bào)告里明確建議換油的，應(yīng)及時(shí)更換主齒輪箱潤(rùn)滑油。

　　四、主齒輪箱潤(rùn)滑油更換方案

　　隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行年限的增加，齒輪箱油會(huì)由于氧化變質(zhì)、損耗、剪切等原因使其潤(rùn)滑性能逐漸下降，所以油品是有使用壽命的，需要根據(jù)齒輪油檢測(cè)報(bào)告、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間以及油品的性能指標(biāo)進(jìn)行不定期更換油品。此外，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期處于極端高( 低) 溫、灰塵大、濕氣大的環(huán)境中，工作環(huán)境相當(dāng)惡劣，因此，風(fēng)電機(jī)組潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中會(huì)被氧化產(chǎn)生油泥、磨損、有外界污染物如水蒸氣、沙塵等進(jìn)入油內(nèi)，這些因素也會(huì)影響到油品的潤(rùn)滑效果。風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行更換主齒輪箱油的目的在給齒輪箱創(chuàng)造一個(gè)干凈、良好的潤(rùn)滑環(huán)境，從而讓齒輪箱良好運(yùn)轉(zhuǎn)，讓整個(gè)發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定高效運(yùn)行。

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油更換參考指標(biāo)

　　各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不同，為了不出現(xiàn)過(guò)早換油造成油品浪費(fèi)或盲目延長(zhǎng)換油周期造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞的情況，每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)根據(jù)自己實(shí)際情況制定較為合理的換油指標(biāo)。表 2 為某風(fēng)電場(chǎng)的換油指標(biāo)。

表 2 某風(fēng)電場(chǎng)主齒輪箱潤(rùn)滑油換油指標(biāo)

　　主齒輪箱潤(rùn)滑油更換步驟

　　更換潤(rùn)滑油的準(zhǔn)備工作：更換潤(rùn)滑油的作業(yè)人員需佩戴好個(gè)人防護(hù)措施，如安全帽、防護(hù)服和防護(hù)手套等; 準(zhǔn)備好干凈且可密封的油桶; 準(zhǔn)備好油品取樣工具和清洗齒輪箱工具( 清洗油、過(guò)濾網(wǎng)、管路連接器等) ; 準(zhǔn)備好同型號(hào)的合格潤(rùn)滑油、濾芯等。

　　舊油排放：風(fēng)電機(jī)組在停機(jī)后應(yīng)趁熱將主齒輪箱里潤(rùn)滑油通過(guò)專用放油閥放出，在此之前需卸下齒輪箱頂部的空氣過(guò)濾器，再打開(kāi)過(guò)濾器底部放油閥放出過(guò)濾器里的金屬屑、殘?jiān)龋敝敛辉儆杏蛷南潴w流出。然后檢查并清除殘留在箱體內(nèi)的黏質(zhì)物、金屬屑和殘?jiān)取?/p>

　　工作油沖洗：在加入沖洗油前先檢查空氣過(guò)濾器的干燥劑是否失效，如已失效則進(jìn)行更換。注入清洗油約 300 L，待主齒輪箱油循環(huán) 1 h 后放出，此過(guò)程中盡量保持潤(rùn)滑油的溫度在正常工作范圍內(nèi)，約 40 ～ 60 ℃，且應(yīng)保持流動(dòng)速度在允許范圍內(nèi)盡可能的高，以達(dá)到較好的清洗效果。

　　新油加注：清洗完成后，按照齒輪箱的維護(hù)使用操作規(guī)程的要求加注新油至要求的液位，并重新裝上空氣過(guò)濾器。

　　確認(rèn)換油成功： 在新油加注完成后，待機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 1 ～ 2 d 后，檢查齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)是否通暢，是否有漏油、異常噪聲等現(xiàn)象發(fā)生，并檢查齒輪箱油位是否在達(dá)到規(guī)定的油位，如若沒(méi)有，則需要補(bǔ)充新油至規(guī)定油位。一般情況下，需要在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn) 30 d 后抽取油樣進(jìn)行化驗(yàn)檢測(cè)，以確認(rèn)換油后各項(xiàng)指標(biāo)合格。

　　五、主齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)的管理措施

　　近年來(lái)全國(guó)眾多風(fēng)場(chǎng)的齒輪箱由于潤(rùn)滑方式不當(dāng)、潤(rùn)滑效果差而頻繁出現(xiàn)故障，導(dǎo)致售后維修和維護(hù)費(fèi)用居高不下。因此，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)該采取以下 6 方面措施來(lái)進(jìn)行主齒輪箱潤(rùn)滑管理，以達(dá)到預(yù)防潤(rùn)滑油劣化、保證機(jī)組高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。

　　一是新油品是潤(rùn)滑管理的源頭，因此要控制好新油品的質(zhì)量。風(fēng)場(chǎng)要對(duì)新油品的合格證、使用說(shuō)明書(shū)等質(zhì)量證明文件進(jìn)行檢查，并要對(duì)新油品進(jìn)行抽檢，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)黏度、氧化值、水分和 PQ 指數(shù)等特征因子是否滿足技術(shù)使用要求，防止以舊充新、以次充好等情況的發(fā)生。另外，一般情況下不同名牌的油禁止混用，除非通過(guò)性能檢測(cè)，確保混用后能夠符合技術(shù)要求，才能混用;

　　二是當(dāng)潤(rùn)滑油用量不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)向設(shè)備補(bǔ)充同牌號(hào)潤(rùn)滑油，并應(yīng)經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理; 在此過(guò)程中要求人員要嚴(yán)格按照換油操作規(guī)程進(jìn)行操作，嚴(yán)禁將標(biāo)識(shí)不清的油品加入齒輪箱;

　　三是要按計(jì)劃定期對(duì)主齒輪箱油進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)，且當(dāng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)如鐵元素、PQ 指數(shù)和運(yùn)動(dòng)黏度等異常時(shí)要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)周期或者增加監(jiān)測(cè)指標(biāo);

　　四是當(dāng)潤(rùn)滑油定期監(jiān)測(cè)指標(biāo)出現(xiàn)異常或者報(bào)告建議更換油品時(shí)，風(fēng)場(chǎng)要引起重視;

　　五是新油注入齒輪箱前需進(jìn)行過(guò)濾處理除去雜質(zhì)，還要做好干燥劑的及時(shí)更換，預(yù)防潮濕空氣進(jìn)入箱體內(nèi)，還應(yīng)盡量避免齒輪箱油超高溫運(yùn)行;

　　六是對(duì)出質(zhì)保期的機(jī)組要加強(qiáng)潤(rùn)滑管理，要求機(jī)組在出質(zhì)保期前后進(jìn)行油液取樣監(jiān)測(cè)，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備的整體運(yùn)行狀況做出合理評(píng)估，這樣即可以做到預(yù)警故障還可預(yù)防隱患，為風(fēng)電場(chǎng)消除潤(rùn)滑故障隱患。

　　六、主齒輪箱潤(rùn)滑油系統(tǒng)對(duì)機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要性分析

　　在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)必須始終保持良好狀態(tài)，否組就會(huì)損壞齒面或軸承。主齒輪箱良好的潤(rùn)滑系統(tǒng)具有以下作用: 一是能夠?qū)X輪或軸承起到較好的保護(hù)作用，能夠減小振動(dòng)對(duì)機(jī)組的傷害，提高設(shè)備的穩(wěn)定性，減少停機(jī)損失和維修費(fèi)用; 二是具有冷卻、抗腐蝕和防銹功能，還能夠傳遞動(dòng)力，防止齒輪或軸承疲勞點(diǎn)強(qiáng)，三是可以吸收沖擊，減小摩擦和增大抗磨性，具有較高的承載能力并防止膠合; 四是可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備購(gòu)置費(fèi); 五是可以延長(zhǎng)潤(rùn)滑油的使用周期和壽命，降低潤(rùn)滑油油耗，以減少對(duì)環(huán)境的污染。

　　綜上所述，齒輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)在風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)中起著關(guān)鍵作用，其會(huì)直接影響到整個(gè)機(jī)組設(shè)備的安全，所以對(duì)運(yùn)行中的齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)必須做到應(yīng)檢必檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)齒輪箱中的故障隱患，嚴(yán)格按照操作規(guī)程保持潤(rùn)滑系統(tǒng)長(zhǎng)期處于最佳潤(rùn)滑狀態(tài)， 以減少非正常停機(jī)和風(fēng)機(jī)故障的維修費(fèi)用。

　　七、結(jié)論

　　主齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的“心臟”，而潤(rùn)滑油又是主齒輪箱設(shè)備的“血液”，因此潤(rùn)滑系統(tǒng)的失效能導(dǎo)致主齒輪箱內(nèi)所有運(yùn)動(dòng)零部件出現(xiàn)磨損、失效和故障等狀況。齒輪箱的良好潤(rùn)滑系統(tǒng)可以延長(zhǎng)油品使用壽命以減少油品油耗，延長(zhǎng)供油泵、濾芯和零部件壽命，減少停機(jī)損失和維修費(fèi)用，進(jìn)而提高產(chǎn)能和生產(chǎn)安全。因此，風(fēng)場(chǎng)良好的潤(rùn)滑管理體系對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義。

　　參考文獻(xiàn)略