CN108302188A - 一种齿轮箱润滑系统及其润滑油流量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿轮箱润滑系统，包括润滑油箱、油泵、散热器和电控换向阀依次连接形成的环形回路，油泵与控制阀之间还设有直通通路，直通通路与散热器并联设置。还包括PLC主控器以及与其连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器；电控换向阀与PLC主控器连接，该PLC主控器根据第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器的监测数据，实现对电控换向阀开启精度的控制。本发明还公开了一种上述齿轮箱润滑系统的润滑油流量控制方法。本发明通过增加PLC主控器，以及与其连接的寿命较高、控制精准的电控换向阀和温度传感器、压力传感器，能大大提高齿轮箱润滑系统的使用寿命和智能化控制程度。

Description

一种齿轮箱润滑系统及其润滑油流量控制方法
技术领域
本发明涉及齿轮箱润滑技术领域，特别是涉及一种齿轮箱润滑系统及其润滑油流量控制方法。
背景技术
齿轮箱是风力发电机组的重要组成部分，齿轮箱润滑系统为齿轮箱内轴承和齿轮提供润滑，减小磨损，同时带走齿轮箱运行过程中产生的热量，润滑油通过散热器进行冷却后，重新返回到齿轮箱内继续为轴承和齿轮提供润滑，保证齿轮箱正常工作。
目前，常见的齿轮箱润滑系统大部分采用温控阀来控制润滑油进入散热器的流量，如实用新型专利(申请号为201720350576.X)，名称为：一种风电机组齿轮箱润滑系统，其公开的技术内容是：采用温控阀回路控制齿轮箱润滑油进入散热器的流量。当润滑油温度高于温控阀开启温度时，温控阀打开润滑油经过散热器冷却后返回齿轮箱，当润滑油温度低于温控阀开启温度时，温控阀关闭，润滑油直接返回齿轮箱。该温控阀靠感知润滑油温度来控制其开启，属于被动机械式开启，智能化自动化控制程度很低，当润滑油温度变化较大时温控阀会需要反复开启，温控阀感温元件寿命有限，故障率高，容易引发齿轮箱润滑油温度过高的问题。
还有实用新型专利(申请号为201720610082.0)，名称为：风电齿轮箱润滑系统及风力发电设备，其公开的技术内容是：采用单向阀回路代替温控阀回路控制齿轮箱润滑油进入散热器的流量。当润滑油温度较高流阻较小时，单向阀关闭，润滑油经过散热器冷却返后回齿轮箱，当润滑油温度较低流阻较大时，单向阀打开，润滑油不经过散热器直接返回齿轮箱。单向阀的开启通过润滑油的粘度和流阻来控制，该系统中虽然单向阀寿命高于温控阀，但还是属于被动机械式开启，仍不能精确的控制单向阀的开口大小，润滑系统中传感器应用较少，智能化和自动化程度仍较低。
基于目前齿轮箱润滑系统存在的种种问题，如何能创设出一种智能化程度高、能够精确控制进入散热器润滑油流量，且流量控制元件高寿命的齿轮箱润滑系统及其润滑油流量控制方法，成为了风力发电领域设计齿轮箱润滑系统时急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种齿轮箱润滑系统，使其能够精确控制进入散热器的润滑油流量，且该系统智能化程度高、故障率低、使用寿命长，从而克服现有的齿轮箱润滑系统的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种齿轮箱润滑系统，包括润滑油箱、油泵、散热器和控制阀依次连接形成的环形回路，所述油泵与控制阀之间还设有直通通路，所述直通通路与所述散热器并联设置，所述控制阀为电控换向阀；
还包括PLC主控器以及与所述PLC主控器连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器；
所述第一温度传感器和第一压力传感器设置在所述油泵和散热器之间，所述第二温度传感器和第二压力传感器设置在所述电控换向阀和润滑油箱之间；
所述电控换向阀与所述PLC主控器连接，所述PLC主控器根据所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器的监测数据，实现对所述电控换向阀开启精度的控制。
作为本发明的一种改进，还包括过滤器，所述过滤器连接在所述油泵和散热器之间，所述第一温度传感器和第一压力传感器设置在所述过滤器和散热器之间。
进一步改进，所述电控换向阀为大流量电控阀。
进一步改进，所述散热器的出口处还连接流量传感器，所述流量传感器与所述PLC主控器连接。
进一步改进，还包括与所述PLC主控器连接的流量报警器。
进一步改进，还包括与所述PLC主控器连接的温度报警器。
进一步改进，还包括与所述PLC主控器连接的压力报警器。
本发明齿轮箱润滑系统的工作原理为：带走齿轮箱热量的润滑油在油泵的作用下经过过滤器过滤杂质，然后流经散热器或直通通路后再流入润滑油箱中，PLC主控器通过采集流经散热器前后的润滑油温度、压力和流量等数据，实时精准控制电控换向阀的阀口开启大小，从而精准控制流经散热器的润滑油流量，保证满足齿轮箱润滑油的润滑温度。
本发明还提供一种如上述的齿轮箱润滑系统的润滑油流量控制方法，包括如下步骤：
A、所述第一温度传感器采集所述油泵出口油路上的润滑油温度值t2，所述第二温度传感器采集所述散热器出口油路上的润滑油温度值t1；
所述第一压力传感器采集所述油泵出口油路上的润滑油压力值p2，所述第二压力传感器采集所述散热器出口油路上的润滑油压力值p1；
B、所述PLC主控器采集所述润滑油温度值t2、润滑油温度值t1、润滑油压力值p2、润滑油压力值p1，并根据下列公式计算所述电控换向阀的阀芯位移值Xv：
其中，K为散热器换热系数kW/℃，Cd为电控换向阀流量系数，W为电控换向阀的面积梯度由阀芯形式决定，C为齿轮箱润滑油比热kJ/kg.℃，ρ为齿箱润滑油密度，t2为油泵出口润滑油温度值，t1为经过散热器后的润滑油温度值，t0为散热器所在环境温度值，p2为油泵出口压力值，p1为经过散热器后的润滑油压力值；
C、所述PLC主控器根据计算得到的所述阀芯位移值Xv向所述电控换向阀发出阀芯位移控制指令，所述电控换向阀接收控制指令后，阀芯在电磁力作用下实现精准位移，完成对所述齿轮箱润滑系统中润滑油的流量分流控制。
进一步改进，所述步骤C中阀芯的精准位移具体方法为：当经过散热器冷却后的润滑油温度值t1高于齿轮箱润滑所需要的温度时，所述电控换向阀的阀芯在所述PLC主控器发出的阀芯位移控制指令作用下，向左移动到精确位置，阀体右侧处于工作位，此时润滑油部分或全部经过所述散热器冷却，然后流回到所述润滑油箱；
当经过散热器冷却后的润滑油温度值t1低于齿轮箱润滑所需要的温度时，所述电控换向阀的阀芯在所述PLC主控器发出的阀芯位移控制指令作用下，向右移动到精确位置，阀体左侧处于工作位，此时润滑油部分或全部直接通过所述直通通路流回到所述润滑油箱。
进一步改进，所述散热器的出口处还连接流量传感器，所述流量传感器与所述PLC主控器连接；所述控制方法还包括步骤D：所述PLC主控器采集所述流量传感器的监测数据，并根据所述流量传感器的监测数据，判断所述电控换向阀的阀芯开启精度是否准确，或再次精准调整所述电控换向阀的阀芯开启位置。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明采用寿命较高、操作方便、控制精准的电控换向阀代替目前常用的温控阀和单向阀，通过PLC主控器与温度传感器、压力传感器和流量传感器的配合，智能化的控制电控换向阀的阀芯开启精度，实现对经过散热器冷却的润滑油流量的自动化精准控制，确保满足齿轮箱润滑油的润滑温度要求。与目前齿轮箱润滑系统相比较，本发明采用了寿命较高的电控换向阀和传感器相结合控制方案，增加了PLC主控器，大大提高了齿轮箱润滑系统的使用寿命和智能化程度。
本发明还通过设置与PLC主控器连接的流量传感器，能实现再次精准调整电控换向阀的阀芯开启位置，或判断电控换向阀的阀芯开启精度是否准确的目的。
本发明还通过设置与PLC主控器连接的报警系统，能及时的监测到该齿轮箱润滑系统的异常状况，及时处理，避免事故发生。
本发明齿轮箱润滑系统的润滑油流量控制方法智能化程度高，控制精准，操作简单。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明齿轮箱润滑系统的工作原理图。
其中：1.润滑油箱；2.油泵；3.电动机；4.过滤器；5.第一温度传感器；6.第一压力传感器；7.散热器；8.PLC主控器；9.流量传感器；10.电控换向阀；11.第二压力传感器；12.第二温度传感器。
具体实施方式
本实施例以应用于风力发电机组的齿轮箱润滑系统为例，对本申请技术方案进行详细说明，不应理解为是对该申请的任何限制。现详细说明如下。
参照附图1所示，本实施例风力发电机组种齿轮箱润滑系统，包括润滑油箱1、油泵2、过滤器4、散热器7和控制阀依次连接形成的环形回路，所述过滤器4与控制阀之间还设有直通通路，所述直通通路与所述散热器7并联设置。
本实施例中所述控制阀采用电控换向阀10。由于该润滑系统应用于风力发电机组的齿轮箱润滑，所以该电控换向阀10采用大流量电控阀，以满足风力发电机组的齿轮箱润滑需求。所述油泵2由所述电动机3带动，实现该润滑系统中润滑油的循环流动。
所述齿轮箱润滑系统还包括PLC主控器8以及与所述PLC主控器8连接的第一温度传感器5、第二温度传感器12、第一压力传感器6、第二压力传感器11。其中，所述第一温度传感器5和第一压力传感器6设置在所述过滤器4和散热器7之间，所述第二温度传感器12和第二压力传感器11设置在所述电控换向阀10和润滑油箱1之间。
所述电控换向阀10与所述PLC主控器8连接，所述PLC主控器8根据所述第一温度传感器5、第二温度传感器12、第一压力传感器6和第二压力传感器11的监测数据，实现对所述电控换向阀10开启精度的控制。
上述齿轮箱润滑系统的润滑油流量控制方法，包括如下步骤：
A、所述第一温度传感器5采集所述油泵2出口油路上的润滑油温度值t2，所述第二温度传感器12采集所述散热器7出口油路上的润滑油温度值t1；
所述第一压力传感器6采集所述油泵2出口油路上的润滑油压力值p2，所述第二压力传感器11采集所述散热器7出口油路上的润滑油压力值p1。
B、所述PLC主控器8采集上述润滑油温度值t2、润滑油温度值t1、润滑油压力值p2、润滑油压力值p1，并根据下列公式(1)计算所述电控换向阀10的阀芯位移值Xv：
其中，K为散热器换热系数kW/℃，Cd为电控换向阀流量系数，W为电控换向阀的面积梯度由阀芯形式决定，C为齿轮箱润滑油比热kJ/kg.℃，ρ为齿箱润滑油密度，t2为油泵出口润滑油温度值，t1为经过散热器后的润滑油温度值，t0为散热器所在环境温度值，p2为油泵出口压力值，p1为经过散热器后的润滑油压力值。
上述该电控换向阀10的阀芯位移值Xv公式(1)由散热器的热平衡及传热方程式(2)至(4)推导而得：
H＝Cm(t2-t1)＝K(t2-t0) (2)
m＝ρQ (3)
其中，H为散热器的散热量，C为齿轮箱润滑油比热(kJ/kg.℃)，ρ为齿箱润滑油密度，t2为油泵出口润滑油温度值，t1为经过散热器冷却后润滑油温度值，K为散热器换热系数(kW/℃)，t0为散热器的环境温度，Cd为电控换向阀流量系数，该流量系数为可查数值，W为电控换向阀的面积梯度由阀芯形式决定，Xv为电控换向阀的阀芯位移，p2为油泵出口压力值，p1为经过散热器进入齿轮箱前的润滑油压力值。
C、所述PLC主控器8根据计算得到的所述阀芯位移值Xv向所述电控换向阀10发出阀芯位移控制指令，所述电控换向阀10接收控制指令后，阀芯在电磁力作用下实现精准位移，完成对所述齿轮箱润滑系统中润滑油的流量分流控制。
具体的：当经过散热器7冷却后的润滑油温度值t1高于齿轮箱润滑所需要的温度时，所述电控换向阀10的阀芯在所述PLC主控器8发出的阀芯位移控制指令作用下，向左移动到精确位置，阀体右侧处于工作位，此时润滑油部分或全部经过所述散热器7冷却，然后流回到所述润滑油箱1，进行齿轮箱润滑。
当经过散热器7冷却后的润滑油温度值t1低于齿轮箱润滑所需要的温度时，所述电控换向阀10的阀芯在所述PLC主控器8发出的阀芯位移控制指令作用下，向右移动到精确位置，阀体左侧处于工作位，此时润滑油部分或全部直接通过所述直通通路流回到所述润滑油箱1，进行齿轮箱润滑。此时散热器7电机不再工作，能节约能源。
还有，上述齿轮箱润滑系统的所述散热器7的出口处还连接流量传感器9，所述流量传感器9用于监测润滑油经过散热器7的流量，且所述流量传感器9与所述PLC主控器8连接。
所述PLC主控器8采集所述流量传感器监测的流量数据，并根据所述流量数据再次精准调整电控换向阀10的阀芯开启位置，能保证润滑油的冷却效果。所述PLC主控器8还能根据所述流量数据判断所述电控换向阀10的阀芯开启精度是否准确，起到监测该电控换向阀10是否正常工作的功能。
所述齿轮箱润滑系统还包括与所述PLC主控器连接的温度报警器、压力报警器和流量报警器。当第一温度传感器5和第二温度传感器12监测到进入散热器前后润滑油的温度超出正常预设值时，则该温度报警器进行温度报警。当第一压力传感器6和第二压力传感器11监测到进入散热器前后润滑油的压阻超出正常预设值时，则该压力报警器进行压力报警。当该流量传感器9监测到的润滑油流量与所述PLC主控器控制电控换向阀10的开启流量存在较大差别时，该流量报警器进行该电控换向阀10的故障报警。
本发明通过PLC主控器采集散热器前后的润滑油压力及温度的实时数据，以及流经散热器的润滑油流量，智能分析处理后向电控换向阀发出控制指令，自动精准控制电控换向阀的阀芯开启位置，从而达到精确控制流经散热器的润滑油流量，保证满足风力发电机组齿轮箱润滑油所需温度的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种齿轮箱润滑系统，包括润滑油箱、油泵、散热器和控制阀依次连接形成的环形回路，所述油泵与控制阀之间还设有直通通路，所述直通通路与所述散热器并联设置，其特征在于，所述控制阀为电控换向阀；
还包括PLC主控器以及与所述PLC主控器连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器；
所述第一温度传感器和第一压力传感器设置在所述油泵和散热器之间，所述第二温度传感器和第二压力传感器设置在所述电控换向阀和润滑油箱之间；
所述电控换向阀与所述PLC主控器连接，所述PLC主控器根据所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器的监测数据，实现对所述电控换向阀开启精度的控制。
2.根据权利要求1所述的齿轮箱润滑系统，其特征在于，还包括过滤器，所述过滤器连接在所述油泵和散热器之间，所述第一温度传感器和第一压力传感器设置在所述过滤器和散热器之间。
3.根据权利要求1所述的齿轮箱润滑系统，其特征在于，所述电控换向阀为大流量电控阀。
4.根据权利要求1所述的齿轮箱润滑系统，其特征在于，所述散热器的出口处还连接流量传感器，所述流量传感器与所述PLC主控器连接。
5.根据权利要求4所述的齿轮箱润滑系统，其特征在于，还包括与所述PLC主控器连接的流量报警器。
6.根据权利要求1所述的齿轮箱润滑系统，其特征在于，还包括与所述PLC主控器连接的温度报警器。
7.根据权利要求1所述的齿轮箱润滑系统，其特征在于，还包括与所述PLC主控器连接的压力报警器。
8.一种如权利要求1至4任一项所述的齿轮箱润滑系统的润滑油流量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、所述第一温度传感器采集所述油泵出口油路上的润滑油温度值t2，所述第二温度传感器采集所述散热器出口油路上的润滑油温度值t1；
所述第一压力传感器采集所述油泵出口油路上的润滑油压力值p2，所述第二压力传感器采集所述散热器出口油路上的润滑油压力值p1；
B、所述PLC主控器采集所述润滑油温度值t2、润滑油温度值t1、润滑油压力值p2、润滑油压力值p1，并根据下列公式计算所述电控换向阀的阀芯位移值Xv：
其中，K为散热器换热系数kW/℃，Cd为电控换向阀流量系数，W为电控换向阀的面积梯度由阀芯形式决定，C为齿轮箱润滑油比热kJ/kg.℃，ρ为齿箱润滑油密度，t2为油泵出口润滑油温度值，t1为经过散热器后的润滑油温度值，t0为散热器所在环境温度值，p2为油泵出口压力值，p1为经过散热器后的润滑油压力值；
C、所述PLC主控器根据计算得到的所述阀芯位移值Xv向所述电控换向阀发出阀芯位移控制指令，所述电控换向阀接收控制指令后，阀芯在电磁力作用下实现精准位移，完成对所述齿轮箱润滑系统中润滑油的流量分流控制。
9.根据权利要求8所述的润滑油流量控制方法，其特征在于，所述步骤C中阀芯的精准位移具体方法为：当经过散热器冷却后的润滑油温度值t1高于齿轮箱润滑所需要的温度时，所述电控换向阀的阀芯在所述PLC主控器发出的阀芯位移控制指令作用下，向左移动到精确位置，阀体右侧处于工作位，此时润滑油部分或全部经过所述散热器冷却，然后流回到所述润滑油箱；
当经过散热器冷却后的润滑油温度值t1低于齿轮箱润滑所需要的温度时，所述电控换向阀的阀芯在所述PLC主控器发出的阀芯位移控制指令作用下，向右移动到精确位置，阀体左侧处于工作位，此时润滑油部分或全部直接通过所述直通通路流回到所述润滑油箱。
10.根据权利要求8所述的润滑油流量控制方法，其特征在于，所述散热器的出口处还连接流量传感器，所述流量传感器与所述PLC主控器连接；所述控制方法还包括步骤D：所述PLC主控器采集所述流量传感器的监测数据，并根据所述流量传感器的监测数据，判断所述电控换向阀的阀芯开启精度是否准确，或再次精准调整所述电控换向阀的阀芯开启位置。
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