CN105202163A - 一种风电齿轮箱润滑冷却系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电齿轮箱润滑冷却系统及风力发电机组，风电齿轮箱润滑冷却系统包括液压马达、散热器和至少一个齿轮泵单元，液压马达的输出轴和散热器的冷却风扇相连，液压马达、散热器的进油口分别与齿轮泵单元的输出端连通，散热器的出油口和齿轮箱连通，齿轮泵单元的输入端和齿轮箱连通，液压马达的出油口和散热器的进油口或出油口相连；风力发电机组包括齿轮箱，还包括前述的风电齿轮箱润滑冷却系统。本发明能够满足大功率风力发电机组的齿轮箱润滑冷却要求、无需增加油源装置，具有成本低、安装空间小、集成度高的优点。

Description

一种风电齿轮箱润滑冷却系统及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电机组，具体涉及一种风电齿轮箱润滑冷却系统及风力发电机组。

背景技术

齿轮箱是风力发电机组最重要的核心部件之一。在风力发电机组的运行过程中，齿轮箱润滑润滑油温对整个齿轮箱以及机组的工作和使用寿命有着直接的影响，如果润滑油温过高，油容易变质，润滑、冷却效果下降，严重的将导致齿轮箱损坏。因此，目前风力发电机组的齿轮箱都带有润滑冷却系统，通过散热器采用热交换的方式将齿轮箱的油温降低，以确保齿轮箱的正常工作。

现有的齿轮箱润滑冷却系统一般包括齿轮泵、电机和散热器，由电机驱动散热器的冷却风扇来对齿轮泵输出的润滑油进行冷却，当润滑油的温度超过一定温度时，润滑油就会进入散热器进行热量交换，控制散热器的冷却风扇的启停则由控制器监测润滑油的温度决定，正常情况下当润滑油温超过另一温度时，启动冷却风扇进行散热。

但是，目前风力发电机组朝着大功率的方向发展，这使得齿轮箱的润滑冷却装置需要具备相当高的冷却能力，而散热器的冷却功率主要跟环境温度和通风量相关，环境温度越低，通风量越大，冷却功率越高。因此，现有的齿轮箱润滑冷却系统存在下述缺点：

1)、现有的齿轮箱润滑冷却系统采用的电机驱动散热器的方式驱动转速低(1500rpm左右)，如需提供冷却效果，则需增大散热器体积，这对安装空间提出了更高要求；

2)、现有的齿轮箱润滑冷却系统的冷却风扇单一转速控制，无法满足齿轮箱多种工况温度需求。因此如何实现一种冷却效果好、可靠性高的增速箱润滑冷却系统，已经成为风力发电机组大功率方向发展所亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够满足大功率风力发电机组的齿轮箱润滑冷却要求、无需增加油源装置，成本低、安装空间小、集成度高的风电齿轮箱润滑冷却系统及风力发电机组。

本发明的第一方面，提供了一种风电齿轮箱润滑冷却系统，包括液压马达、散热器和至少一个齿轮泵单元，所述液压马达的输出轴和散热器的冷却风扇相连，所述液压马达、散热器的进油口分别与齿轮泵单元的输出端连通，所述散热器的出油口和齿轮箱连通，所述齿轮泵单元的输入端和齿轮箱连通，所述液压马达的出油口和散热器的进油口或出油口相连。

优选地，本发明还包括控制单元，所述控制单元的输入端和齿轮泵单元的输出端相连，所述控制单元的输出端和散热器的进油口或出油口相连。

优选地，所述控制单元为比例调速阀。

优选地，所述控制单元包括第一换向阀和节流阀，所述第一换向阀的进油口P和齿轮泵单元的输出端连通，所述第一换向阀的回油口T、一个工作油口分别和散热器的进油口连通，所述第一换向阀的另一个工作油口通过节流阀和散热器的进油口连通。

优选地，所述齿轮泵单元包括齿轮泵，所述齿轮泵的进油口和齿轮箱连通，所述液压马达的进油口、散热器的进油口及控制单元的输入端分别与齿轮泵的出油口相连，所述齿轮泵的驱动轴和一电机相连或通过传动机构和齿轮箱相连。

优选地，所述齿轮泵的输出端串联有第一单向阀。

优选地，所述第一单向阀的输出端和齿轮箱之间连接有安全阀。

优选地，所述齿轮泵的输出端还串联有过滤单元，所述过滤单元包括并联连接的第二单向阀和过滤器。

优选地，所述齿轮箱上连接有检测单元。

本发明的第二方面，还提供了一种风力发电机组，包括齿轮箱，还包括前述的风电齿轮箱润滑冷却系统。

本发明的风电齿轮箱润滑冷却系统具有下述优点：本发明包括液压马达、散热器和至少一个齿轮泵单元，液压马达的输出轴和散热器的冷却风扇相连，液压马达、散热器的进油口分别与齿轮泵单元的输出端连通，散热器的出油口和齿轮箱连通，齿轮泵单元的输入端和齿轮箱连通，液压马达的出油口和散热器的进油口或出油口相连，使用齿轮箱内润滑介质直接驱动液压马达，能够满足大功率风力发电机组的齿轮箱润滑冷却要求，且无需增加油源装置，具有成本低、安装空间小、集成度高的优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一的液压原理图。

图2为本发明实施例二的液压原理图。

图3为本发明实施例三的液压原理图。

图4为本发明实施例四的液压原理图。

图5为本发明实施例五的液压原理图。

图例说明：1、液压马达；2、散热器；3、齿轮泵单元；30、齿轮泵；31、电机；32、第一单向阀；33、安全阀；34、过滤器；341、第二单向阀；342、过滤器；4、控制单元；41、第一换向阀；42、节流阀；5、齿轮箱；6、检测单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一：

如图1所示，本实施例的风电齿轮箱润滑冷却系统包括液压马达1、散热器2和一个齿轮泵单元3，液压马达1的输出轴和散热器2的冷却风扇相连，液压马达1、散热器2的进油口分别与齿轮泵单元3的输出端连通，散热器2的出油口和齿轮箱5连通，齿轮泵单元3的输入端和齿轮箱5连通，液压马达1的出油口和散热器2的进油口相连。本实施例使用齿轮箱5内润滑介质直接驱动液压马达1，能够满足大功率风力发电机组的齿轮箱5的润滑冷却要求，且无需增加油源装置，具有成本低、安装空间小、集成度高的优点。

本实施例中，还包括控制单元4，控制单元4的输入端和齿轮泵单元3的输出端相连，控制单元4的输出端和散热器2的进油口相连。现有技术的散热器2的冷却风扇采用单一转速控制，无法满足齿轮箱多种工况温度需求；而本实施例通过设置控制单元4，因此能够满足齿轮箱5不同工况下的需求，更好的控制齿轮箱5的润滑油油温。本实施例中，控制单元4为调速阀。

本实施例中，齿轮泵单元3包括齿轮泵30，齿轮泵30的进油口和齿轮箱5连通，液压马达1的进油口、散热器2的进油口及控制单元4的输入端分别与齿轮泵30的出油口相连，齿轮泵30的驱动轴和一电机31相连。需要说明的是，除了齿轮泵30的动力源既可以采用单独使用一个动力源(电机31)以外，还可以借助齿轮箱5自身的传动机构进行驱动。

本实施例中，齿轮泵30的输出端串联有第一单向阀32，第一单向阀32能够防止齿轮泵30的输出端润滑油回流，能够保护齿轮泵30。

本实施例中，第一单向阀32的输出端和齿轮箱5之间连接有安全阀33，安全阀33能够在第一单向阀32的输出端的油压过高时将润滑油排出到齿轮箱5，确保油路的安全可靠。

本实施例中，齿轮泵30的输出端还串联有过滤单元34，过滤单元34包括并联连接的第二单向阀341和过滤器342，过滤器342能够对经过的润滑油进行过滤，从而能够保护油路上的各部件以及齿轮箱5内部的齿轮；第二单向阀341则能够确保过滤单元34的油路流通，即使过滤器342发生堵塞，也不会导致油路中断。

本实施例中，齿轮箱5上连接有检测单元6，用于实时检测齿轮箱中齿轮油的温度、系统压力和流量等参数。

本实施例风电齿轮箱润滑冷却系统工作原理如下：

电机31启动工作，驱动齿轮泵30向齿轮箱5中泵入齿轮油，对齿轮箱5中的齿轮进行预润滑。齿轮箱5内的油温随着风机机组的持续工作不断上升，齿轮泵30不断将齿轮箱5中的齿轮油泵入过滤单元34内，由过滤单元34对齿轮油进行过滤。

齿轮油经过滤后，根据检测单元6检测到的齿轮油温度高低，调节调速阀4的开口大小，从而调节液压马达1的转速。如当温度≤40℃时，调速阀4全部开启，则齿轮油全部经调速阀4后进入齿轮箱5，液压马达1不工作；当40℃＜温度≤60℃时，调节调速阀4阀口部分开启，齿轮油一部分进入调速阀4，一部分进入液压马达1，从而可以驱动液压马达1低速或中速工作，对齿轮油进行散热；当温度＞60℃时，将调速阀4阀口关闭，则齿轮油全部经过液压马达1，液压马达1高速运行，对齿轮油进行强制散热。本实施例可根据齿轮箱5油温的高低，调节调速阀4的阀口开度大小，从而控制经过液压马达1的流量，实现液压马达1转速的多级调节。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，其主要不同点为控制单元4的实现方式不同。控制单元4包括第一换向阀41和节流阀42，在本实施例中，第一换向阀41采用三位四通阀，节流阀42采用阻尼孔。

具体如图2所示，三位四通阀41的进油口P和齿轮泵单元3的输出端连通，三位四通阀41的吸油口T、第一工作油口A分别和散热器2的进油口连通，三位四通阀41的第二工作油口B通过阻尼孔42和散热器2的进油口连通。需要说明的是，第一换向阀41除了采用三位四通阀以外，还可以根据需要选用三位六通阀，或者更多位的换向阀，或者是能实现多位换向功能的阀组等，只要能实现多位换向功能，都可以实现本实施例的效果，本发明并不受限于此。

另外，本实施例中，也可以是第一工作油口A与节流阀42相连，第二工作油口B与回油口T相连，也能实现同样的技术效果。

本实施例风电齿轮箱润滑冷却系统工作原理如下：

电机31启动工作，驱动齿轮泵30向齿轮箱5中泵入齿轮油，对齿轮箱5中的齿轮进行预润滑。齿轮箱5内的油温随着风机机组的持续工作不断上升，齿轮泵30不断将齿轮箱5中的齿轮油泵入过滤单元34内，由过滤单元34对齿轮油进行过滤。

齿轮油经过滤后，根据检测单元6检测的齿轮油温度高低，调节三位四通阀41的工作位，从而调节液压马达1的转速。如当温度≤40℃时，三位四通阀41的DT1得电，三位四通阀41工作在左位，齿轮油全部经三位四通阀41后进入齿轮箱5，液压马达1不工作；当40℃＜温度≤60℃时，调节三位四通阀41的DT2得电，三位四通阀41工作在右位，由于阻尼孔42的存在，齿轮油一部分进入三位四通阀41，一部分进入液压马达1，从而可以驱动液压马达1低速或中速工作，对齿轮油进行散热；当温度＞60℃时，调节三位四通阀41工作在中位，齿轮油全部经过液压马达1，液压马达1高速运行，对齿轮油进行强制散热。

实施例三：

本实施例与实施例一基本相同，其主要不同点为：

(1)齿轮泵单元3的数量不同；

(2)控制单元4和液压马达1的进油方式不同。

如图3所示，本实施例中，包括两个齿轮泵单元3，分别以齿轮泵单元3#1(右侧)和齿轮泵单元3#2(左侧)表示；散热器2的进油口与右侧的齿轮泵单元3#1的输出端连通，液压马达1、控制单元4的进油口分别与左侧的齿轮泵单元3#2的输出端连通；且控制单元4和液压马达1的输出端和散热器2的进油口相连。

本实施例风电齿轮箱润滑冷却系统工作原理如下：

对于右侧的齿轮泵单元3#1而言，电机31启动工作，驱动齿轮泵30向齿轮箱5中泵入齿轮油，对齿轮箱5中的齿轮进行预润滑。齿轮箱5内的油温随着风机机组的持续工作不断上升，齿轮泵30不断将齿轮箱5中的齿轮油泵入过滤单元34内，由过滤单元34对齿轮油进行过滤，然后进入散热器2散热，再返回齿轮箱8。

对于左侧齿轮泵单元3#2而言，齿轮油经齿轮泵30、过滤单元34后，根据检测单元6检测到的齿轮油温度高低，调节调速阀4的开口大小，从而调节液压马达1的转速。如当温度≤40℃时，比例调速阀4全部开启，则齿轮油全部经调速阀4、散热器2后进入齿轮箱5，液压马达1不工作；当40℃＜温度≤60℃时，调节调速阀4阀口部分开启，齿轮油一部分进入调速阀4，一部分进入液压马达1，从而可以驱动液压马达1低速或中速工作，对齿轮油进行散热；当温度＞60℃时，将调速阀4阀口关闭，则齿轮油全部经过液压马达1，液压马达1高速运行，对左、右两侧齿轮泵单元输出的齿轮油进行强制散热。

实施例四：

本实施例与实施例三基本相同，其主要不同点为控制单元4和液压马达1的回油方式不同，控制单元4和液压马达1的回油端连接散热器2的回油端，控制单元4和液压马达1的回油可不进入散热器2而直接进入齿轮箱5。

本实施例中，右侧的齿轮油经齿轮泵30、过滤单元34过滤、散热器2散热后回到齿轮箱5。

左侧的齿轮泵单元3#2主要为液压马达1提供动力，并由控制单元4根据齿轮油温度高低调节液压马达1的转速，从而为右侧的齿轮油提供多级散热。如当温度≤40℃时，调速阀4全部开启，则齿轮油全部经调速阀4后进入齿轮箱5，液压马达1不工作；当40℃＜温度≤60℃时，调节调速阀4阀口部分开启，齿轮油一部分进入调速阀4，一部分进入液压马达1，从而可以驱动液压马达1低速或中速工作，对右侧的齿轮油进行散热；当温度＞60℃时，将调速阀4阀口关闭，则齿轮油全部经过液压马达1，液压马达1高速运行，对右侧的齿轮油进行强制散热。

实施例五：

本实施例与实施例四基本相同，其主要不同点为：左侧的齿轮泵单元3#2中齿轮泵30的驱动方式不同。

如图5所示，本实施例中右侧的齿轮泵单元3#1和实施例四相同，驱动轴均和一电机31相连；而左侧的齿轮泵单元3#2中齿轮泵30的驱动轴则通过传动机构和齿轮箱5相连。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：包括液压马达(1)、散热器(2)和至少一个齿轮泵单元(3)，所述液压马达(1)的输出轴和散热器(2)的冷却风扇相连，所述液压马达(1)、散热器(2)的进油口分别与齿轮泵单元(3)的输出端连通，所述散热器(2)的出油口和齿轮箱(8)连通，所述齿轮泵单元(3)的输入端和齿轮箱(8)连通，所述液压马达(1)的出油口和散热器(2)的进油口或出油口相连。

2.根据权利要求1所述的风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：还包括控制单元(4)，所述控制单元(4)的输入端和齿轮泵单元(3)的输出端相连，所述控制单元(4)的输出端和散热器(2)的进油口或出油口相连。

3.根据权利要求2所述的风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：所述控制单元(4)为调速阀。

4.根据权利要求2所述的风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：所述控制单元(4)包括第一换向阀(41)和节流阀(42)，所述第一换向阀(41)的进油口P和齿轮泵单元(3)的输出端连通，所述第一换向阀(41)的回油口T、一个工作油口分别和散热器(2)的进油口连通，所述第一换向阀(41)的另一个工作油口通过节流阀(42)和散热器(2)的进油口连通。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：所述齿轮泵单元(3)包括齿轮泵(30)，所述齿轮泵(30)的进油口和齿轮箱(8)连通，所述液压马达(1)的进油口、散热器(2)的进油口及马达流量控制阀(4)的输入端分别与齿轮泵(30)的出油口相连，所述齿轮泵(30)的驱动轴和一电机(31)相连或通过传动机构和齿轮箱(8)相连。

6.根据权利要求5所述的风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：所述齿轮泵(30)的输出端串联有第一单向阀(32)。

7.根据权利要求6所述的风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：所述第一单向阀(32)的输出端和齿轮箱(8)之间连接有安全阀(33)。

8.根据权利要求7所述的风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：所述齿轮泵(30)的输出端还串联有过滤单元(34)，所述过滤单元(34)包括并联连接的第二单向阀(341)和过滤器(342)。

9.根据权利要求8所述的风电齿轮箱润滑冷却系统，其特征在于：所述齿轮箱(5)连接有检测单元(6)。

10.一种风力发电机组，包括齿轮箱(8)，其特征在于：还包括权利要求1～9中任意一项所述的风电齿轮箱润滑冷却系统。