CN103388673B - 风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法及系统装置 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法，其特征在于，在变桨小齿轮与变桨轴承齿圈相啮合的位置，根据所啮合的齿轮数，在每一对变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处喷射润滑脂，以达到直接有效的润滑效果。所述的喷射润滑脂是将油脂经过润滑泵泵送到油脂喷射机构，经过油脂喷射机构对准变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处喷射出的。本发明通过定点喷射润滑脂润滑的方式，能对风机上长期处于啮合位置的变桨开式齿轮进行最直接的润滑。克服了传统润滑齿轮润滑方式，因为变桨转动角度过小，而无法将润滑脂涂抹到啮合齿面的问题。

Description

风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法及系统装置

技术领域

本发明涉及一种风机发电机组的运行作业方式及装置，特别涉及一种风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方式及系统装置，主要适应于兆瓦级风力发电机组变桨开式齿轮的润滑。

背景技术

风机在运行中由于风向和风力的作用，需要不停的进行变桨，变桨一般都是通过变桨系统来完成的；现有的兆瓦级变桨距风力发电机组普遍采用电动变桨系统。电动变桨系统通过变桨开式齿轮啮合带动变桨轴承旋转，从而实现叶片变桨。当风机并网发电时，绝大部分时间桨叶在0°附近（即叶片为0°附近，也就是浆距角为0°的位置附近）微动或者小角度范围内调节角度，造成变桨轴承0°附近的开式齿频繁的处于转动啮合状态，在风机实际运行中易出现该处齿轮过早磨损情况。为了保证变桨系统的的有效运行，需要对变桨系统的开式齿轮进行润滑；目前在兆瓦级风机上，变桨开式齿轮润滑方式通常采用人工润滑方式和润滑齿轮润滑方式（如附图1所示）。人工润滑方式通过停机后在变桨轴承齿圈和变桨小齿轮表面涂抹润滑脂的方式进行润滑维护；而润滑齿轮润滑方式是通过一个能排出润滑脂的润滑齿轮3与变桨小齿轮2啮合，将润滑脂自动涂抹到变桨小齿轮2上，再通过变桨小齿轮2与变桨轴承齿轮1转动啮合，向啮合处提供润滑脂以期达到润滑变桨开式齿轮的目的。而目前兆瓦级风力发电机组上普遍采用的润滑齿轮的润滑方式，通过对其润滑原理和结构进行分析可以发现，这种润滑方式仅对较大角度或者360度全角度范围内的旋转啮合齿轮能起到较好地效果。可是由于风机并网发电时，变桨轴承0°附近开式齿轮一直处于微动或者小角度转动的状态，风机运行较短的时间内就会出现因润滑脂缺失而出现齿轮干摩擦的状况，干摩擦急剧地加速了变桨开式齿轮磨损。从而可以发现润滑齿轮润滑的方式没有考虑到变桨开式齿轮绝大部分时间处于微动或者小角度范围内转动啮合的实际工况，并不能完全适用于风机变桨开式齿轮润滑。此外，因风机维护属高空作业，且通常风机内部空间狭小，所以在风机上采用人工润滑通常存在维护不及时，维护难度大，维护成本高等问题。因此很有必要对现有的风力发电机组变桨开式齿轮的润滑方式进行改进。

目前，在风电行业之外的其他行业，如重型矿山、冶金等行业，对回转支承的开式齿也有采用油雾润滑或喷射润滑等方式。但上述方式一般都针对360度回转支承，是将润滑油（脂）喷在开式齿的齿面上，且需要将润滑油（脂）与压缩空气混合，通过压缩空气的动力将润滑油（脂）喷射到开式齿齿面。这样的方式同样仅对较大角度或者360度全角度范围内的旋转啮合齿轮能起到较好地效果，对处于微动或者小角度范围内来回旋转的开式齿润滑效果不佳。而且润滑油（脂）消耗很大，需要使用到压缩空气，在风机旋转的轮毂体中不易实现。

通过专利文献检索未发现直接与本发明有关的文献报道，只是有一些相关的专利，与本发明有一定关系的主要有以下几个：

1、专利号为CN201020148087.4，名称为“一种行星轮的润滑装置”的实用新型专利，该专利公开了一种行星轮的润滑装置，涉及一种润滑装置，尤其是一种用于风力发电机用偏航或变桨齿轮箱的行星轮润滑装置的技术领域。一种行星轮的润滑装置，包括行星架、行星轮、滚针轴承、行星轴，行星轴的两端固定在行星架两侧板上，行星轮通过滚针轴承安装于行星轴上，行星轮或行星轴上设有对滚针轴承进行润滑的油孔。行星轮上设置的对滚针轴承进行润滑的油孔为：至少一个起于行星轮齿根止于滚针轴承的油孔。行星轴上设置的对滚针轴承进行润滑的油孔为：行星轴上设有一个轴向油孔，以及至少一个由轴向油孔导入滚针轴承的油孔。

2、专利号为CN201310021078.7，名称为“一种开式齿轮自动润滑装置”的发明专利，该专利公开了一种开式齿轮自动润滑装置，包括密闭的壳体以及转动装配在该壳体内的转轴，转轴的一端伸出壳体、且伸出部分固设有用于与齿轮的端面转动摩擦配合的摩擦轮；所述转轴的外周面上设有沿转轴轴向旋进的、用于输送润滑油的螺旋结构，所述壳体内具有与螺旋结构吻合配合、以在转轴转动时用于实现润滑油沿转轴轴向输送的适配孔段，且壳体内还具有与所述适配孔段的进油端连接的、具有注油孔的储油腔以及与适配孔段的出油端连接的、具有排油孔的排油腔。

3、专利号为CN201110251865.1，名称为“智能无气开式齿轮喷射润滑装置”的发明专利，该专利公开了一种智能无气开式齿轮喷射润滑装置，它解决了在润滑行业喷射润滑中的堵塞问题，它包括气泵、油箱、油管、喷射泵、控制箱和喷嘴、气泵通过管路连接在多位多通电磁阀上，多位多通电磁阀通过管路连接到与油箱相通的喷射泵上，喷射泵连接多功能电磁阀，回油管分别连接油箱和多功能电磁阀，多功能电磁阀还与安装在喷嘴支架上的喷嘴连接，在喷油嘴上方安装视频头，加油泵通过加油泵气管连接油箱和多位多通电磁阀，视频头和工业计算机通过视频采集线连接，油箱内温度传感器连接工业计算机，油箱内安装加热器。

4、专利号为CN201220364551.2，名称为“一种大型开式齿轮润滑系统”的实用新型专利，该专利公开了一种大型开式齿轮润滑系统，包括控制单元、配料单元以及输送单元，所述控制单元控制配料单元进行润滑油的稀释，并控制输送单元将稀释后的润滑油喷洒到大型开式齿轮系统上。

上述这些专利虽然都涉及到了开式齿轮的润滑，但都还是存在前面所说的问题，不能有效改善兆瓦级风力发电机组变浆系统的开式齿轮润滑状况，因此很有必要对此加以改进。

发明内容

本发明目的在于针对现有风力发电机组变桨开式齿轮润滑方式及装置所存在的一些不足，提出一种新的风力发电机组变桨开式齿轮润滑方式及装置，利用该方法及装置可通过简单的结构为变桨轴承0°附近齿轮提供及时地针对性润滑，从而使变桨开式齿轮始终处于良好的润滑状态下，以减缓变桨开式齿轮磨损。

本发明的发明目的是通过如下方法实现的：一种风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法，在变桨小齿轮与变桨轴承齿圈相啮合的位置，根据所啮合的齿轮数，在每一对变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处喷射润滑脂，以到达直接有效的润滑效果。

进一步地，所述的喷射润滑脂是指将油脂经过润滑泵泵送到油脂喷射机构，经过油脂喷射机构对准变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处喷射出的。

进一步地，所述的润滑泵采用电动柱塞泵，通过电机带动柱塞往复旋转，排出润滑脂，排出的润滑脂通过分配器到达油脂喷射机构，再由油脂喷射机构喷到所对准的变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处。所述润滑泵除具有排出油脂的功能外，还具有对其电机工作时间进行调节的功能。从安全角度考虑，在润滑泵的供应系统中还具有低油位报警信号反馈和溢流阀。

进一步地，所述的分配器为递进式分配器或单线式分配器。由电动润滑泵排出的润滑脂，通过分配器输送到多个喷嘴。整套装置中分配器的数量或者出油口的数量可以根据实际应用其情况进行增减。当分配器遇到堵塞情况时，分配器能通过堵塞监控装置输出堵塞报警信号。

进一步地，所述的油脂喷射机构包括喷嘴，喷嘴是喷射润滑脂的执行机构。所述喷嘴包括喷头、柱塞、弹簧、钢球、壳体，润滑脂由电动润滑泵排出，通过分配器到达喷嘴。弹簧推动钢球，将出油口封住，油脂无法排出。随着电动润滑泵的持续工作，系统内压力逐渐上升，当压力足以克服弹簧推力时，钢球发生位移，带压力的润滑脂通过喷头喷出，到达指定的润滑点。通过调节弹簧的型号，从而调节润滑脂的喷射压力、喷脂量和喷射距离。喷嘴的数量可以根据实际情况进行增减。

一种实现上述方法的风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑系统装置，包括润滑泵、分配器、高压油管、高压油支管和油脂喷射机构；由润滑泵工作排出润滑脂，排出的润滑脂通过高压油管送到分配器，再由分配器经过高压油支管送到油脂喷射机构，由喷射机构喷出；所述喷射机构包括多个喷嘴，喷嘴安装在固定装置上，固定装置又安装固定在轮毂体上，且喷嘴的出口对着变桨轴承开式齿与变桨小齿轮啮合位置的齿顶和齿根间隙，通过喷嘴往变桨开式齿啮合位置的齿顶和齿根间隙喷射润滑脂进行润滑。

进一步地，所述的润滑泵为电动柱塞泵，作为系统的唯一动力源，并带有低油位报警装置，低油位报警装置与工业计算机相连接。

进一步地，所述的喷嘴包括喷头、柱塞、弹簧、钢球、壳体，润滑脂由电动润滑泵排出，通过分配器到达喷嘴。弹簧推动钢球，将出油口封住，油脂无法排出。随着电动润滑泵的持续工作，系统内压力逐渐上升，当压力足以克服弹簧推力时，钢球发生位移，带压力的润滑脂通过喷头喷出，到达指定的润滑点。通过调节弹簧的型号，从而调节润滑脂的喷射压力、喷脂量和喷射距离。喷嘴的数量可以根据实际情况进行增减。

进一步地，所述的固定装置上设置有腰型孔，通过在固定装置上设置腰型孔或增加安装孔孔径的方式，喷嘴位置可调。

本发明的优点在于：

1、通过定点喷射润滑脂润滑的方式，能对风机啮合时长期处于啮合位置的变桨开式齿轮进行最直接的润滑。克服了传统润滑齿轮润滑方式，因为变桨转动角度过小，而无法将润滑脂涂抹到啮合齿面的问题。

2、该润滑方式和装置，结构简单，安装方便、经济性好，特别适合风机变桨开式齿润滑。

附图说明

图1是传统润滑方式的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例结构示意图；

图3是本发明的一个实施例的润滑系统管线布置示意图；

图4是本发明的一个实施例的喷嘴结构示意图；

图5是本发明的一个实施例的喷嘴安装示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

附图2-5给出了本发明的一个具体实施例，从附图可以看出本发明涉及一种风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法，在变桨小齿轮2与变桨轴承齿圈1相啮合的位置，根据所啮合的齿轮数，在每一对变桨小齿轮2和变桨轴承齿圈1相啮合的齿根和齿顶间隙处喷射润滑脂，以达到直接有效的润滑效果。

进一步地，所述的喷射润滑脂是指将油脂经过润滑泵5泵送到油脂喷射机构4，经过油脂喷射机构4对准变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处喷射出的。

进一步地，所述的润滑泵5采用电动柱塞泵（见附图3），通过电机带动柱塞往复旋转，排出润滑脂，排出的润滑脂经过高压油管6送到分配器7，再由分配器7经过高压油支管8送到油脂喷射机构4，再由油脂喷射机构4喷到所对准的变桨小齿轮2和变桨轴承齿圈1相啮合的齿根和齿顶间隙处。所述润滑泵除具有排出油脂的功能外，还具有对其电机工作时间进行调节的功能。从安全角度考虑，在润滑泵的供应系统中还具有低油位报警信号反馈和溢流阀。在分配器7内设有分配器堵塞信号采集器10，在润滑泵5内设有低油位信号采集器11，分配器堵塞信号采集器10和低油位信号采集器11在润滑泵5下端的信号收集装置9汇集后，由输出故障信号线12输出到控制系统，以便采取相应控制措施。

进一步地，所述的分配器7为递进式分配器或单线式分配器。由电动润滑泵排出的润滑脂，通过分配器7输送到多个喷嘴。整套装置中分配器的数量或者出油口的数量可以根据实际应用其情况进行增减。当分配器遇到堵塞情况时，分配器7能通过堵塞监控装置输出堵塞报警信号。

进一步地，所述的油脂喷射机构4包括喷嘴9（见附图4），喷嘴9是喷射润滑脂的执行机构。所述喷嘴9包括喷头14、柱塞15、弹簧16、钢球17、壳体18，润滑脂由润滑泵5排出，通过分配器到达喷嘴13。喷头14旋接在壳体18上，柱塞15插在喷头14内的内孔内，弹簧16套在柱塞15上，顶在柱塞15的凸台和喷头14内底面上，迫使柱塞15上顶到钢球17，钢球17安装在柱塞15凸台的凹槽13内，并顶住壳体18的进油口出口位置。弹簧16推动钢球17，将出油口封住，油脂无法排出。随着润滑泵5的持续工作，系统内压力逐渐上升，当压力足以克服弹簧16推力时，钢球17发生位移，带压力的润滑脂通过喷头14喷出，到达指定的润滑点。通过调节弹簧16的型号，从而调节润滑脂的喷射压力、喷脂量和喷射距离。

进一步地，所述的喷嘴9的数量可以根据实际情况进行增减。一般喷嘴数为每一个小齿轮与变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶各3-4个（见附图5），图5中有一个变桨轴承1和变桨输出小齿2，它们两共同作用可以带动一个叶片变桨。目前的风机通常有3个叶片（也有少量的2叶片机型）。图中一个变桨轴承和变桨输出小齿根据两者的啮合齿数，一般需要3-4个喷嘴，这3-4个喷嘴是一组，然后有多少个叶片就需要配置多少组喷嘴。

另外，变桨轴承0度位置是可以转动的，而喷嘴的位置是不可以转动的。但是根据风机工作的特点，变桨轴承0度位置处的绝大部分时间在喷嘴的安装位置处。

一种实现上述方法的风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑系统装置，包括润滑泵5、分配器7、高压油管6、高压油支管8和油脂喷射机构4；由润滑泵5工作排出润滑脂，排出的润滑脂通过高压油管6送到分配器7，再由分配器7经过高压油支管8送到油脂喷射机构4，由喷射机构4喷出；所述喷射机构4包括多个喷嘴9，喷嘴9安装在固定装置18上，固定装置18又安装固定在轮毂体上，且喷嘴9的出口对着变桨开式齿与变桨小齿轮啮合位置的齿顶和齿根间隙，通过喷嘴9往变桨开式齿啮合位置的齿顶和齿根间隙喷射润滑脂进行润滑。

进一步地，所述的润滑泵5为电动柱塞泵，作为系统的唯一动力源，并带有低油位报警装置，低油位报警装置与工业计算机相连接。

进一步地，所述的喷嘴9包括喷头14、柱塞15、弹簧16、钢球17、壳体18，润滑脂由润滑泵5排出，通过分配器到达喷嘴13。喷头14旋接在壳体18上，柱塞15插在喷头14内的内孔内，弹簧16套在柱塞15上，顶在柱塞15的凸台和喷头14内底面上，迫使柱塞15上顶到钢球17，钢球17安装在柱塞15凸台的凹槽13内，并顶住壳体18的进油口出口位置。弹簧16推动钢球17，将出油口封住，油脂无法排出。随着润滑泵5的持续工作，系统内压力逐渐上升，当压力足以克服弹簧16推力时，钢球17发生位移，带压力的润滑脂通过喷头14喷出，到达指定的润滑点。通过调节弹簧16的型号，从而调节润滑脂的喷射压力、喷脂量和喷射距离。喷嘴的数量可以根据实际情况进行增减。

进一步地，所述的固定装置18上设置有腰型孔通过在固定装置上设置腰型孔或增加安装孔孔径的方式，喷嘴9位置可调。

进一步地，所述的喷嘴9的数量可以根据实际情况进行增减。一般喷嘴数为每对变桨小齿轮与变桨轴承齿圈相啮合处各3-4个（见附图5），图5中有一个变桨轴承1和变桨输出小齿2，它们两共同作用可以带动一个叶片变桨。目前的风机通常有3个叶片（也有少量的2叶片机型）。图中一个变桨轴承和变桨输出小齿根据两者的啮合齿数，一般需要3-4个喷嘴，这3-4个喷嘴是一组，然后有多少个叶片就需要配置多少组喷嘴。

本发明的优点在于：

1、通过定点喷射润滑脂润滑的方式，能对风机啮合时长期处于啮合位置的变桨开式齿轮进行最直接的润滑。克服了传统润滑齿轮润滑方式，因为变桨转动角度过小，而无法将润滑脂涂抹到啮合齿面的问题。

2、该润滑方式和装置，结构简单，安装方便、经济性好，特别适合风机变桨开式齿润滑。

Claims (6)

1.一种风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法，在变桨小齿轮与变桨轴承齿圈相啮合的位置，根据所啮合的齿轮数，在每一对变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处喷射润滑脂，以达到直接有效的润滑效果；所述的喷射润滑脂是指油脂经过润滑泵泵送到油脂喷射机构，经过油脂喷射机构对准变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处喷射出的；其特征在于，所述的润滑泵采用电动柱塞泵，通过电机带动柱塞往复旋转，排出润滑脂，排出的润滑脂通过分配器到达油脂喷射机构，再由油脂喷射机构喷到所对准的变桨小齿轮和变桨轴承齿圈相啮合的齿根和齿顶间隙处；所述润滑泵除具有排出油脂的功能外，还对其电机工作时间进行调节；从安全角度考虑，在润滑泵的供应系统中还具有低油位报警信号反馈和溢流阀。

2.如权利要求1所述的风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法，其特征在于，所述的分配器为递进式分配器或单线式分配器；由电动润滑泵排出的润滑脂，通过分配器输送到多个喷嘴；整套装置中分配器的数量或者出油口的数量根据实际应用情况进行增减；当分配器遇到堵塞情况时，分配器能通过堵塞监控装置输出堵塞报警信号。

3.如权利要求2所述的风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法，其特征在于，所述的油脂喷射机构包括喷嘴，喷嘴是喷射润滑脂的执行机构；所述喷嘴包括喷头、柱塞、弹簧、钢球、壳体，润滑脂由电动润滑泵排出，通过分配器到达喷嘴；弹簧推动钢球，将出油口封住，油脂无法排出；随着电动润滑泵的持续工作，系统内压力逐渐上升，当压力足以克服弹簧推力时，钢球发生位移，带压力的润滑脂通过喷头喷出，到达指定的润滑点；通过调节弹簧的型号，从而调节润滑脂的喷射压力、喷脂量和喷射距离。

4.一种实现权利要求1所述风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑方法的风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑系统装置，其特征在于，包括润滑泵、分配器、高压油管、高压油支管和油脂喷射机构；由润滑泵工作排出润滑脂，排出的润滑脂通过高压油管送到分配器，再由分配器经过高压油支管送到油脂喷射机构，由喷射机构喷出；所述喷射机构包括多个喷嘴，喷嘴安装在固定装置上，固定装置又安装固定在轮毂体上，且喷嘴的出口对着变桨轴承齿圈与变桨小齿轮啮合位置的齿顶和齿根间隙，通过喷嘴往变桨轴承齿圈啮合位置的齿顶和齿根间隙喷射润滑脂进行润滑；所述的润滑泵为电动柱塞泵，作为系统的唯一动力源，并带有低油位报警装置，低油位报警装置与工业计算机相连接；所述的喷嘴包括喷头、柱塞、弹簧、钢球、壳体，润滑脂由电动润滑泵排出，通过分配器到达喷嘴；弹簧推动钢球，将出油口封住，油脂无法排出；随着电动润滑泵的持续工作，系统内压力逐渐上升，当压力足以克服弹簧推力时，钢球发生位移，带压力的润滑脂通过喷头喷出，到达指定的润滑点。

5.如权利要求4所述的风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑系统装置，其特征在于，通过调节弹簧的型号，调节润滑脂的喷射压力、喷脂量和喷射距离；喷嘴的数量可以根据实际情况进行增减。

6.如权利要求5所述的风力发电机组变桨开式齿轮定点喷射润滑系统装置，其特征在于，喷嘴数为每对变桨小齿轮与变桨轴承齿圈相啮合处各3-4个；所述的固定装置上设置有腰型孔，通过在固定装置上设置腰型孔或增加安装孔孔径的方式，喷嘴位置可调。