CN114763833A - 一种齿轮箱热平衡调控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于风电设备技术领域，具体涉及一种齿轮箱热平衡调控系统，更具体涉及一种风电齿轮箱高速轴轴承智能辅助降温系统，以及热平衡智能调控方法。本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，为在现有通用型齿轮箱的基础上进行齿轮箱高速轴轴承辅助降温调控的装置，所述系统利用抽油管路将所述齿轮箱的油分配器内的润滑油定点的喷加至需要降温的高速轴轴承区域位置，即将原本油分配器中固定油路及流量分配的润滑油，人为的控制润滑油更多的转向于高速轴轴承区域，加大了流入高速轴轴承的润滑油量，通过辅助喷加润滑油的方式实现了高速轴轴承的辅助降温及润滑，确保了高速轴轴承运行中的润滑油量的供给，可保证所述高速轴轴承的正常运行。

Description

一种齿轮箱热平衡调控系统及方法

技术领域

本发明属于风电设备技术领域，具体涉及一种齿轮箱热平衡调控系统，更具体涉及一种风电齿轮箱高速轴轴承智能辅助降温系统，以及热平衡智能调控方法。

背景技术

近年来，随着风力发电领域的迅速发展，装机容量逐年增加，风机的日常维护成为了影响风机工作效率的重要环节。齿轮箱是风机故障率最高且维护难度较大的部件，齿轮箱运行一段时间之后，由于各零部件寿命受系统结构、运行环境以及控制方式等影响，零部件寿命短的，尤其是有相对运动的零部件，长时间运行后，逐渐出现问题。

由于风电齿轮箱的特殊结构，尤其是高速轴通常设置在中心水平面的上方，其轴承在运行过程中完全依靠强制润滑，需要确保有充足的润滑油。在现有齿轮箱高速轴结构中，通常在轴承座上方设置进油孔，通过在轴承调整环上开径向喷油孔让润滑油进入两轴承间的润滑腔内，当润滑腔内的油量达到滚子高度后从滚子上流过，达到对轴承的进行润滑。在正常运行工况下，这种润滑方式能够满足轴承的润滑，轴承不会产生高温。但在某些极限工况下，如高温运行或超速运行时，都会导致搅动润滑油时发热量增大，同时齿轮高速旋转喷溅的热油也会从轴承侧面进入轴承部位，混油润滑不利于轴承热量的散发，引起轴承高温。此外，相啮合的齿轮齿面的磨损，轴承滚动体与内外圈，轴承外圈与箱体之间的蠕动甚至滑动摩擦以及旋转零部件的磨损，均将随齿轮箱使用年限的增加而逐渐加重，而且该过程不可逆，从而导致齿轮箱原有的热平衡失效，油温、轴承温度等测温点不断高温报警，使风机不得不限功率运行甚至停机，造成巨大经济损失。更有甚者，齿轮箱旋转零部件温升高，甚至会引起局部过烧的出现，材料本身出现本质变化，硬度和抗磨损性能下降，齿面胶合、磨损、断齿，轴承迅速磨损、轴心偏移、振动加剧等故障也随之而来，所以齿轮箱温升问题成为了大部分颠覆性故障的根源。

目前，对于齿轮箱的超温问题，国内常规的维护方式为每年定期更换滤芯、清理散热板、更换温控阀等附件、更换大功率的散热、风扇、或电机、亦或增加通风降低机舱温度等、甚至更换高速轴轴承等方式，但温度降低的幅度仅能达到1-3℃，改善效果不明显；而且，由于旋转零部件的磨损不可逆，仅仅更换辅助设备，运行一段时间后，又恢复到超温状态，问题会再次出现。可见，在齿轮箱油池温度正常，而高速轴两端轴承温度超高的情况，更换辅助设备是无法从根本上解决问题的，并严重影响了运行效率。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种齿轮箱热平衡调控系统，可辅助风电齿轮箱高速轴轴承运行过程中的智能降温调控，可从根本上上解决齿轮箱轴承超温问题，确保齿轮箱及风机的高效运行；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种齿轮箱热平衡调控方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种齿轮箱热平衡调控系统，包括抽油泵，以及分别与所述抽油泵相连通的抽油管路和喷油管路；

所述抽油管路的另一端与齿轮箱的油分配器相连通，在所述抽油泵控制下从所述油分配器抽取润滑油；所述喷油管路的另一端伸入至所述齿轮箱的高速轴轴承区域，在所述抽油泵控制下，将抽取的所述润滑油喷入至所述高速轴轴承区域，实现对所述高速轴轴承的辅助降温控制。

具体的，所述喷油管路伸入至所述高速轴轴承区域内部的端部位置处设置有可以对所述高速轴轴承进行定点喷油的多组喷头。

所述喷头包括分别对所述高速轴轴承区域的两端轴承进行喷油的第一喷头和第二喷头。

具体的，所述喷油管路的所述喷头通过所述齿轮箱的视孔盖位置处伸入至所述高速轴轴承区域内部。

具体的，所述视孔盖位置处设置有沿其周向成型的突出于所述齿轮箱表面的润滑分配支架，所述喷头穿过所述润滑分配支架伸入至所述高速轴轴承区域内部。

具体的，所述抽油泵与所述喷油管路之间还设置有过滤器和/或冷却器，实现对抽取的所述润滑油的二次过滤和/或第二次冷却。

具体的，所述抽油泵为由变频调速电机控制的可变流量泵。

具体的，所述变频调速电机由控制系统组件控制，通过检测所述高速轴轴承区域的温度变化，自动调节所述抽油管路的抽油量和所述喷油管路的喷油量。

本发明还公开了一种所述齿轮箱热平衡调控系统的安装方法，包括分别将所述抽油管路和喷油管路与所述抽油泵相连接的步骤，以及，将所述抽油管路的另一端与所述齿轮箱的所述油分配器进行打孔、连接及固定的步骤，以及，将所述喷油管路的另一端与所述高速轴轴承区域壳体进行打孔、连接及固定的步骤。

本发明还公开了一种基于所述系统进行齿轮箱热平衡调控的方法，包括如下步骤：

(1)按照所述方法将所述系统与所述齿轮箱进行安装、连接及固定；

(2)启动所述抽油泵，通过所述抽油管路从所述油分配器内部进行抽取润滑油；

(3)在所述抽油泵的作用下，将抽取的润滑油经由所述喷油管路对所述高速轴轴承进行定点喷油，以实现对所述高速轴轴承的辅助降温。

具体的，所述的齿轮箱热平衡调控方法，还包括对所述高速轴轴承进行温度监测的步骤，以及，利用所述控制系统组件控制所述变频调速电机的频率进而自动调节所述抽油管路的抽油量和所述喷油管路的喷油量的步骤。

本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，为在现有通用型齿轮箱的基础上进行齿轮箱高速轴轴承辅助降温调控的装置，所述系统利用抽油管路将所述齿轮箱的油分配器内的润滑油定点的喷加至需要降温的高速轴轴承区域位置，即将原本油分配器中固定油路及流量分配的润滑油，人为的控制润滑油更多的转向于高速轴轴承区域，加大了流入高速轴轴承的润滑油量，通过辅助喷加润滑油的方式实现了高速轴轴承的辅助降温及润滑，确保了高速轴轴承运行中的润滑油量的供给，可保证所述高速轴轴承的正常运行。

本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，通过对高速轴轴承运行过程中超温现象的精心研究，利用所述喷油管路的不同喷头设置，实现了对高油量需求位置处的定点喷油，精确的辅助高速轴轴承的降温调控，同时最大限度的保证了油分配器中其他油路的正常运行。

本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，进一步利用所述PLC组件控制所述变频调速电机的频率以自动调节所述抽油管路的抽油量和所述喷油管路的喷油量，并利用所述温度传感器的温度反馈实现所述系统的自动式开启，以及，可自动调节流量的“精准式”喷油降温模式，实现对整个齿轮箱热平衡的智能调控。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1为本发明所述系统与现有齿轮箱连接使用的结构示意图；

图2为本发明所述系统的结构示意图；

图3为本发明所述系统的视孔盖位置处的连接示意图；

图4为本发明所述齿轮箱热平衡智能调控系统控制逻辑示意图；

图中附图标记表示为：1-抽油泵，2-抽油管路，3-喷油管路，4-喷头，5-过滤器，6-电机，7-冷却器，8-温度传感器，9-压力传感器，10-压差传感器，11-齿轮箱，12-油分配器，13-高速轴轴承区域，14-视孔盖，15-润滑分配支架，16-控制系统组件

具体实施方式

如图1-2所示的结构，本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，为在现有通用型齿轮箱(尤其是风电齿轮箱)的基础上进行齿轮箱高速轴轴承辅助降温调控的装置，以实现齿轮箱热平衡的调控，进而解决齿轮箱运行过程中高速轴轴承超温的问题。

如图1-2所示的结构，本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，包括抽油泵1，以及分别与所述抽油泵1相连通的抽油管路2和喷油管路3；所述抽油泵1由电机6控制，进而实现对所述抽油管路2和喷油管路3的调控。

如图1-2所示的结构，所述抽油管路2远离所述抽油泵1的另一端与齿轮箱11的油分配器12相连通，进而在所述抽油泵1控制下从所述油分配器12抽取润滑油；而所述喷油管路3远离所述抽油泵1的另一端则经由所述齿轮箱11的壳体伸入至所述齿轮箱11的高速轴轴承区域13中，在所述抽油泵1控制下，将所述抽油管路1抽取的所述润滑油喷入至所述高速轴轴承区域13的高速轴轴承位置处，利用辅助喷加润滑油的方式，实现对所述高速轴轴承的辅助降温控制。此时，由于所述润滑油是经由所述油分配器12中抽取，润滑油经过前期系统运行的过滤及冷却处理，不仅可以直接喷加至所述高速轴轴承运行区域进行润滑，且润滑油为低温冷却状态，可直接进行辅助降温之用。

如图1-3所示的结构，本发明所述系统中，所述喷油管路3需要穿过所述齿轮箱的壳体而伸入至所述高速轴轴承区域13中进行定点喷油。考虑到整个系统安装便利性，本发明方案优选将所述喷油管路3设置于经由所述齿轮箱11的视孔盖14位置处进行打孔及固定，该位置处不仅便于所述喷油管路3的安装，且便于后续对定点喷油效果的观察及调整。

考虑到整个系统基于所述齿轮箱结构的安装便利性，本发明方案优选在安装过程中对所述视孔盖14位置处进行优化改进。如图2-3所示的结构，可根据所述视孔盖区域的尺寸，设计可沿所述视孔盖14的边界位置处成型的润滑分配支架15，在进行系统安装时，先将原本齿轮箱11的所述视孔盖14予以拆下，将所述润滑分配支架15沿所述视孔盖14的周向位置处进行突出所述壳体表面的固定，即使得所述润滑分配支架15形成纵向突出于所述齿轮箱表面的结构，此后再将所述视孔盖14与所述润滑分配支架15相连接并固定，完全不会影响所述视孔盖的作用和观察效果。而所述喷油管路3则可以直接在所述润滑分配支架15上进行打孔、伸入安装以及固定，不仅便于所述喷油管路3的安装固定，且完全不会影响整个视孔盖14的观察效果。

如图1-3所示的结构，考虑到整个高速轴在实际运行过程中，其两端部的轴承(即前后轴承)处是实际超温最高的区域，也是发生故障及损伤最严重的区域，本发明所述喷油管路3伸入至所述高速轴轴承区域13内部的端部位置处设置有可以对所述高速轴轴承进行定点喷油的多组喷头4，可以对上述既定位置进行定点喷油，不仅实现高速轴轴承的快速降温，也最大限度的节省了抽油量，有效保证了油分配器12中其他油路的润滑油供应。具体而言，所述喷头4包括分别对所述高速轴轴承区域13内两端部的轴承进行喷油的第一喷头和第二喷头，可集中对上述两个重点位置(前后轴承)进行定点喷油降温，在此处合理分配前后轴承的润滑油，高速轴轴承前后轴承处新增喷油管正对轴承滚珠喷射，油管路径合理，油管结构与齿轮箱结构的连接处采用O型圈加平面密封胶密封，保证润滑油没有泄露。而实际运行中的效果也证明，针对性的对上述两个位置处进行定点喷油，完全可以实现整个高速轴轴承的降温运行，即以最少的油量调节并解决了齿轮箱高速轴轴承的超温问题。

如图1-2所示的结构，本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，为了更好的实现对高速轴轴承的降温控制，进一步可以在所述抽油泵1与所述喷油管路3之间设置有过滤器5和/或冷却器7，实现对抽取的所述润滑油的二次过滤和/或第二次冷却，二者的位置无需特别限定，均可以对抽取的润滑油进行进一步的净化及冷却，有效保证了系统的稳定运行。

进一步的，为了实现对整个系统运行的稳定控制，所述抽油泵1与所述喷油管路3之间还进一步设置有压力传感器9和压差传感器10，便于监控整个油路运行过程中的安全及温度运行。而考虑到对整个辅助降温过程的精确化控制，还可以在所述高速轴轴承区域13的位置处设置温度传感器8，便于对整个喷油过程和运行过程的温度监测及控制。

如图1-2所示的结构，本发明所述抽油泵1为由电机6控制的动力泵，所述电机6可以选用传统齿轮箱使用的定速电机，即可根据经验值选择电机的频率等参数，进而使得整个油路可以正常运行并保证喷油量的充足和稳定。

而本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，为了更好的对整个喷油降温的过程进行精准的控制和运行，优选所述电机6为变频调速电机，进而调控所述抽油泵1为可控制的可变流量泵。所述变频调速电机6可以由控制系统中预先设定的PLC程序进行控制，通过所述温度传感器8监测所述高速轴轴承区域13的温度变化，通过控制系统中预设的PLC程序控制自动调节所述抽油管路2的抽油量和所述喷油管路3的喷油量，实现对所述高速轴轴承的“按需”启动及“精准”喷油降温，进而实现自动化控制，有效节省人工检测的工作量，更大程度的避免齿轮箱高速轴轴承运行过程中可能出现的损伤。

本发明所述齿轮箱热平衡调控系统，可以在现有已经运行的齿轮箱的基础上进行改进式安装，也可以在齿轮箱装配时进行原始安装，整个安装过程只需分别将所述抽油管路2和喷油管路3与所述抽油泵1进行常规连接后(可选的安装过滤器、冷却器、压力传感器等)，按照常规的安装手段将所述抽油管路2的另一端与所述齿轮箱的所述油分配器进行打孔、连接及固定，以及，将所述喷油管路3的另一端与所述高速轴轴承区域13壳体(优选的在所述视孔盖位置处进行安装)进行打孔、连接及固定，即可。

本发明所述齿轮箱热平衡调控系统在运行时，可以在所述高速轴轴承发生超温现象时进行人工开启，启动所述抽油泵1，即可通过所述抽油管路2从所述油分配器内部进行抽取润滑油；并在所述抽油泵1的作用下，将抽取的润滑油经由所述喷油管路3对所述高速轴轴承进行定点喷油，即相当于利用外加的润滑油对所述高速轴轴承进行辅助润滑剂降温，以解决所述高速轴轴承的超温损伤问题。

作为优选的方案，本发明所述齿轮箱热平衡调控系统在运行时，可以预先尝试针对于所述高速轴轴承的实际温度与喷油量的降温幅度之间的相关性进行统计学实验，进而利用所述控制系统组件控制所述变频调速电机6的频率以自动调节所述抽油管路2的抽油量和所述喷油管路3的喷油量，并利用所述温度传感器的温度反馈实现所述系统的自动式开启，以及，可自动调节流量的“精准式”喷油降温模式，实现对整个齿轮箱热平衡的智能调控。

具体的，本发明所述齿轮箱热平衡智能调控系统控制逻辑如附图4所示，具体功能描述如下：

(1)系统开机：系统上电；

(2)手动维护：当系统进入手动维护状态，使用者可以手动启动电机，并且手动改变电机转速；

(3)自动状态启动：系统进入自动运行状态；

(4)系统自检：系统自动检测PLC状态、变频器状态、外部环境状态等，如果无故障，则执行下一步；如果有故障，系统退出自动状态，并向值守人员报警；

(5)当系统自检完成后，通过判断“实际温度高于启动温度”的条件，符合条件，执行下一步；不符合条件返回；

(6)电机启动，即电机处于运行状态，可随时接受指令，调整转速；

(7)温度实时检测，系统通过温度传感器实时检测实际温度；

(8)油压实时检测，系统通过压力传感器实时检测实际温度；

(9)电机实际转速调整，系统根据采集的温度和油压实际值，通过执行核心算法，调整电机实际转速，达到齿轮箱油温热平衡的效果；

(10)在自动运行中，通过判断“实际温度低于启动温度”的条件，符合条件，执行电机停机操作，并返回到判断“实际温度高于启动温度”的步骤；不符合条件，继续执行通过温度和油压检测实现电机实际转速调整。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种齿轮箱热平衡调控系统，其特征在于，包括抽油泵(1)，以及分别与所述抽油泵(1)相连通的抽油管路(2)和喷油管路(3)；

所述抽油管路(2)的另一端与齿轮箱(11)的油分配器(12)相连通，在所述抽油泵(1)控制下从所述油分配器(12)抽取润滑油；所述喷油管路(3)的另一端伸入至所述齿轮箱(11)的高速轴轴承区域(13)，在所述抽油泵(1)控制下，将抽取的所述润滑油喷入至所述高速轴轴承区域(13)，实现对所述高速轴轴承的辅助降温控制。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱热平衡调控系统，其特征在于，所述喷油管路(3)伸入至所述高速轴轴承区域(13)内部的端部位置处设置有可以对所述高速轴轴承进行定点喷油的多组喷头(4)。

3.根据权利要求2所述的齿轮箱热平衡调控系统，其特征在于，所述喷头(4)包括分别对所述高速轴轴承区域(13)的两端部轴承进行喷油的第一喷头和第二喷头。

4.根据权利要求1-3任一项所述的齿轮箱热平衡调控系统，其特征在于，所述喷油管路(3)的所述喷头(4)通过所述齿轮箱的视孔盖(14)位置处伸入至所述高速轴轴承区域(13)内部。

5.根据权利要求1-4任一项所述的齿轮箱热平衡调控系统，其特征在于，所述抽油泵(1)与所述喷油管路(3)之间还设置有过滤器(5)和/或冷却器(7)，实现对抽取的所述润滑油的二次过滤和/或第二次冷却。

6.根据权利要求1-5任一项所述的齿轮箱热平衡调控系统，其特征在于，所述抽油泵(1)为由变频调速电机(6)控制的可变流量泵。

7.根据权利要求6所述的齿轮箱热平衡调控系统，其特征在于，所述变频调速电机(6)由包含变频器和PLC组件的控制系统组件控制，通过检测所述高速轴轴承区域(13)的温度变化，自动调节所述抽油管路(2)的抽油量和所述喷油管路(3)的喷油量。

8.一种权利要求1-7任一项所述齿轮箱热平衡调控系统的安装方法，其特征在于，包括分别将所述抽油管路(2)和喷油管路(3)与所述抽油泵(1)相连接的步骤，以及，将所述抽油管路(2)的另一端与所述齿轮箱的所述油分配器进行打孔、连接及固定的步骤，以及，将所述喷油管路(3)的另一端与所述高速轴轴承区域(13)壳体进行打孔、连接及固定的步骤。

9.一种基于权利要求1-7任一项所述系统进行齿轮箱热平衡调控的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按照权利要求9所述方法将所述系统与所述齿轮箱进行安装、连接及固定；

(2)启动所述抽油泵(1)，通过所述抽油管路(2)从所述油分配器内部进行抽取润滑油；

(3)在所述抽油泵(1)的作用下，将抽取的润滑油经由所述喷油管路(3)对所述高速轴轴承进行定点喷油，以实现对所述高速轴轴承的辅助降温。

10.根据权利要求9所述的齿轮箱热平衡调控方法，其特征在于，还包括对所述高速轴轴承进行温度监测的步骤，以及，利用所述控制系统组件控制所述变频调速电机(6)的频率进而使用自动调节所述抽油管路(2)的抽油量和所述喷油管路(3)的喷油量的步骤。

Images