CN104565327B - 一种齿轮箱润滑冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种齿轮箱润滑冷却系统，包括油泵、油泵电机、冷却器风扇、风扇电机和冷却器，油泵的进油口与齿轮箱的出油口连接，油泵电机和风扇电机分别与变频器连接，变频器对油泵电机和风扇电机进行调速控制，其控制方式为PID控制，齿轮箱的油槽内安装用于检测齿轮箱油槽温度的温度传感器。本发明根据齿轮箱的油槽内安装反馈的温度信息，通过对油泵电机和风扇电机的运行频率进行PID自动控制，以实现变频器对风扇运行速度和油泵电机运行转矩的控制，在油泵电机启动过程和运行过程中，根据润滑油温度和粘度的情况，使得油泵电机顺利启动，且实现高温工况下节约能源的目的。

Description

一种齿轮箱润滑冷却系统

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，尤其涉及一种对风电机组中的齿轮箱进行润滑及冷却的系统。

背景技术

在风电领域中，现有的齿轮箱润滑冷却系统，多使用固定转速的冷却器风扇对冷却器降温处理，无法针对不同环境的温度对风速进行适应性调整；这些冷却器系统也多为使用固定功率的油泵电机，这种冷却系统的油泵电机的转矩固定，在低温和高温工况使用相同且固定转矩的油泵电机，若油泵电机转矩较大，低温工况可以将油泵启动，油泵电机启动后，实际需求的转矩较启动时要小，由于转矩固定，油泵电机运行时仍为此转矩必然造成能源浪费，若油泵电机转矩较小，不仅低温工况不易启动，且低温工况下启动可能导致电机损害，因而，这种冷却系统一般需要在不同工况下更换风扇电机和油泵电机，以适应性调整风扇转速和油泵转矩。

发明内容

本发明提供了一种齿轮箱润滑冷却系统，通过对油泵电机和风扇电机的运行频率进行控制，以实现对风扇的运行速度和油泵电机运行的转矩进行控制，在油泵电机启动过程和运行过程中，根据润滑油温度和粘度的情况，使得油泵电机顺利启动，且实现高温工况下节约能源的目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种齿轮箱润滑冷却系统，包括油泵、油泵电机、冷却器风扇、风扇电机和冷却器，油泵的进油口与齿轮箱的出油口连接，油泵电机和风扇电机分别与变频器连接，变频器对油泵电机和风扇电机进行调速控制，其控制方式为PID控制，齿轮箱的油槽内安装用于检测齿轮箱油槽温度的温度传感器。

作为技术方案的补充，齿轮箱为水平安装，冷却器安装在齿轮箱的正上方且与水平方向呈一倾斜角度，冷却器的热油进口设置在冷却器较为靠近齿轮箱的一端，冷却器的冷油出口设置在冷却器较为远离齿轮箱的一端，油泵的出油口通过热油管道与冷却器的热油进口连接，冷却器的冷油出口通过冷油管道与齿轮箱的进油口连接。

作为技术方案的补充，冷却器热油进口与冷油出口的附近分别安装有温度传感器。

作为技术方案的补充，所述变频器采用背板式安装的方式安装在机舱的柜的内部。

作为技术方案的补充，在油泵电机的外表面吸附磁吸式温度传感器，变频器的输出侧安装有接触器，接触器与至冷却器风扇电机和油泵电机分别连接。

作为技术方案的补充，系统在低温工况下启动时，变频器向油泵电机发出正转和反转指令，时间间隔为1S。

有益效果：本发明根据齿轮箱的油槽内安装反馈的温度信息，通过对油泵电机和风扇电机的运行频率进行PID自动控制，以实现变频器对风扇运行速度和油泵电机运行转矩的控制，在油泵电机启动过程和运行过程中，根据润滑油温度和粘度的情况，使得油泵电机顺利启动，且实现高温工况下节约能源的目的。

本系统冷却器的热油进口设置在冷却器较为靠近齿轮箱的一端，冷却器的冷油出口设置在冷却器较为远离齿轮箱的一端，油泵的出油口通过热油管道与冷却器的热油进口连接，冷却器的冷油出口通过冷油管道与齿轮箱的进油口连接；现有技术中，热油进口设置在冷却器远离齿轮箱的一端，冷油出口设置在冷却器靠近齿轮箱的一端，此种结构易造成冷却器的上方存在大量的空气，润滑油不能完全接触并充满冷却器，因而没有充分利用冷却器。通过本发明的改进，能够排除冷却器内的空气，解决了冷却器的冷却面积利用不充分问题。

冷却器热油进口与冷油出口的附近分别安装有温度传感器，对此部分的温度进行监测，可以对齿轮箱的温度进行校正，使获得的齿轮箱的温度更为精准。

在油泵电机的外表面吸附磁吸式温度传感器，变频器的输出侧安装有接触器，接触器与风扇电机和油泵电机分别连接。在变频器故障时，如过流、过压时，接触器自动关闭，将变频器隔离、系统自动切换到原始油冷系统，故障解除后，再切换回来，保障了系统的安全性和可用性。

系统在低温工况下启动时，变频器向油泵电机发出正转和反转指令，时间间隔为1S。此种方式使得润滑油在油泵和油管内摩擦生热，增加润滑油的油温，无需额外再油泵的外部增加辅助加热器。

附图说明

图1为本系统的结构示意框图；

图2为现有技术中的齿轮箱与冷却器的安装及连接的示意图；

图3为本发明的齿轮箱与冷却器的安装及连接的示意图。

其中：10.齿轮箱单元，11.进油口，12.出油口，13.安全回油口，14.齿轮箱，15.压力传感器；20.油泵单元，21.油泵，22.油泵电机，23.第一过滤器，24.第二过滤器，25.压力传感器，26.温度控制阀，27.单向阀，28.单向阀；30.冷却器单元，31.冷却器，32.风扇电机，33.冷却器风扇；41、热油进口，42、冷油出口，43、温度传感器，44、温度传感器。

具体实施方式

为了更为清楚地说明发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。

实施例：如图1-3所示，一种齿轮箱润滑冷却系统，由齿轮箱单元10，油泵单元20和冷却器单元30组成，齿轮箱单元10包括齿轮箱14，油泵单元20包括油泵21、油泵电机22，冷却器单元30包括冷却器风扇33、风扇电机32和冷却器31，油泵21的进油口与齿轮箱14的出油口12连接，齿轮箱14的安全回油口13与油泵14的出油口连接，在其连接管道上安装有单向阀27，油泵电机22和风扇电机32分别与变频器连接，变频器对油泵电机22和风扇电机32进行调速控制，其控制方式为PID控制，齿轮箱14的油槽内安装用于检测齿轮箱油槽温度的温度传感器。本系统的齿轮箱14为水平安装，冷却器31安装在齿轮箱14的正上方且与水平方向呈一倾斜角度，冷却器31的热油进口41设置在冷却器31较为靠近齿轮箱14的一端，冷却器31的冷油出口42设置在冷却器31较为远离齿轮箱14的一端，油泵21的出油口通过热油管道与冷却器的热油进口41连接，冷却器31的冷油出口42通过冷油管道与齿轮箱的进油口11连接，齿轮箱的进油口11的连接管道安装有压力传感器15，油泵21的出油口与冷却器的热油进口41之间串接有两个过滤器，分别为第一过滤器23和第二过滤器24，第一过滤器23的进油口与出油口之间并接单向阀28，第一过滤器23的进油口与第二过滤器24的出油口之间并接压力传感器25，冷却器31的热油进口41与齿轮箱14的进油口之间的连接管道上安装有温度控制阀26；冷却器31的热油进口41与冷油出口42的附近分别安装有温度传感器43、44。所述变频器采用背板式安装的方式安装在机舱的柜的内部。在油泵电机22的外表面吸附磁吸式温度传感器，变频器的输出侧安装有接触器，接触器与冷却器31的风扇电机32和油泵电机22分别连接。系统在低温工况下启动时，变频器向油泵电机22发出正转和反转指令，时间间隔为1S，通过控制变速，操作油泵21在特定的速度下来回转动，本发明实现了对油泵21和油管进行加热，无需使用额外的加热器。

具体的说，本发明的机舱逃生口使用其上带有网格开口的可拆卸的一体式舱盖，现有技术中的机舱逃生口的舱盖为密闭的一体式舱盖，透气性能差，本发明对其进行了改造，使其带有一些网格型开口，以增加机舱内的透气量。

现有技术中，油冷控制系统经常由于使用了错误的润滑油温度采集点来进行控制，即齿轮箱润滑油的温度传感器的安装位置并不是齿轮箱14的油槽内，而是安装在齿轮箱14的高速轴承的下部，齿轮箱润滑冷却系统的设计目的是为了冷却齿轮箱内油槽里的温度，油槽里的润滑油直接被吸出齿轮箱14流向冷却器31。润滑油的温度在接近齿轮箱润滑油的入口点处较低，接近轴承的温度传感器测量的润滑油的温度较实际的油槽内的温度要低一些，为了可以保护轴承，预防其温度过高，一般选择安装额外的温度传感器对其进行监测，而对此安装位置的温度传感器进行监测，必然会得到错误的润滑油温度数据，与实际的润滑油温度不一致。而冷却系统使用上述的温度参数来控制油泵电机22和风扇电机32运行，使用错误的温度采集点控制风机动作和监测风机的运行状况，必然会导致对系统过热和异常的错误判断的情况发生，为了解决此技术问题，本发明将温度传感器安装在齿轮箱的油槽内，可以测量润滑油的实际的温度，使用此数据作为温度参数反馈至变频器，变频器从而对油泵电机和风扇电机实行PID控制，使得风扇转速和油泵转矩的控制较为准确。

另一方面，许多传感器的温度测量都没有校准，导致得到错误的温度值，其原因多是使用了PT100传感器的2线式接法，而没有采用3线式或者是4线式接法。通常使用2线式的接法，无法解决由于PT100传感器的导线很长会产生线阻从而导致温度测量的问题。浪涌保护装置和不良的接线工艺同样也会导致测量精度低的问题。本发明采用3线式或者是4线式接法以解决此问题，同时，本发明通过测量实际的PT100的阻值和在PLC面板上显示的相应温度值来进行比对和补偿，使得校准后的精确的的温度测量值发送给控制系统，可以使风机得到准确的控制。温度测量值既可以通过变频器系统的串口发送到控制系统，也可以通过变频器系统的模拟量通道发送给控制系统。

本发明的改进是在原始的解决方案的基础上进行的，现有技术中的齿轮箱润滑冷却系统中，即使齿轮箱的润滑油的温度处于正常情况时，由于受到机舱内的高温影响，风机的运行仍可能失败，导致风机报故障停机。本发明的齿轮箱润滑冷却系统，通过变频器对冷却器风扇进行PI控制，从而使冷却器风扇控制机舱内的温度。即冷却器风扇的实时调速可以对风机机舱进行降温调整，从而使得风机正常运行。

本发明对风机的机舱温度也使用PI控制，即：当油泵正在运行且机舱的温度＞42℃时，开启风扇，当油泵停止或者机舱温度＜40℃，关闭风扇，机舱温度的PI温度设置点设置为45℃。此控制模式下，限制的冷却器风扇的最小和最大频率为12Hz和30Hz。冷却器风扇的PI控制模式与齿轮箱的润滑油温度的PI控制模式相互独立，互不影响。两种控制模式通过选择最大的PI控制需求来合并。

本发明通过变频器的PID控制对冷却器风扇的转速进行控制，使油温恒定。这种油温控制方式可以为齿轮箱的润滑油提供最佳的粘度，使得齿轮箱受到较低的热冲击，从而延长了齿轮箱的使用寿命。而现有技术中的齿轮箱润滑冷却系统使用继电器等控制器对冷却器风扇进行控制，往往会对齿轮箱造成较大的热冲击。

Claims (6)

1.一种齿轮箱润滑冷却系统，包括油泵（21）、油泵电机（22）、冷却器风扇（33）、风扇电机（32）和冷却器（31），油泵（21）的进油口与齿轮箱（14）的出油口（12）连接，其特征在于：油泵电机（22）和风扇电机（32）分别与变频器连接，变频器对油泵电机（22）和风扇电机（32）进行调速控制，其控制方式为PID控制，齿轮箱（14）的油槽内安装用于检测齿轮箱（14）油槽温度的温度传感器；齿轮箱（14）为水平安装，冷却器（31）安装在齿轮箱（14）的正上方且与水平方向呈一倾斜角度，冷却器（31）的热油进口（41）设置在冷却器（31）较为靠近齿轮箱（14）的一端，冷却器的冷油出口（42）设置在冷却器（31）较为远离齿轮箱（14）的一端，油泵的出油口通过热油管道与冷却器（31）的热油进口（41）连接，冷却器的冷油出口（42）通过冷油管道与齿轮箱（14）的进油口（11）连接。

2.如权利要求1所述的齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：冷却器的热油进口（41）与冷油出口（42）的附近分别安装有温度传感器（44，43）。

3.如权利要求1或2所述的齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：所述变频器采用背板式安装的方式安装在机舱柜的内部。

4.如权利要求1或2所述的齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：在油泵电机（22）的外表面吸附磁吸式温度传感器，变频器的输出侧安装有接触器，接触器与风扇电机（32）和油泵电机（22）分别连接。

5.如权利要求1或2所述的齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：系统在低温工况下启动时，变频器向油泵电机（22）发出正转和反转指令，时间间隔为1S。

6.如权利要求1或2所述的齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：机舱逃生口使用其上带有网格开口的可拆卸的一体式舱盖。