风电机组传动系统——北京国际风能大会展中报道

会议时间：2013年10月17日下午

会议地点：国展W105会议室

主题： 风电机组传动系统

宣安光：我是杭州前进齿轮箱集团有限公司的。今天下午我们介绍风电机组传统系统相关的内容，一共有十一位发言的嘉宾，这些内容概括了我们在风电传动里面各个方面的问题，包括设计和维修，以及管理等等方面。希望在我们的交流和讲座可以对大家发展咨询的产业，发展自己的技术有所帮助。下面先请今天下午的第一位发言人郑州奥特科技有限公司董事长赵大平先生，就风电轴承废油脂自动清除剂集中回收系统给大家做介绍。

赵大平：今天我跟大家沟通的题目是风电轴承废油脂自动清除剂集中回收系统。

第一部分是引言，第二块是现行风电轴承废旧油脂清除方法及严重缺陷。第三个是风电轴承废旧油脂自动清楚及集中回收系统。

首先我们看风电上面有几个主要的轴承，有偏航轴承，主轴承，发电机轴承，变桨轴承，这几个轴承是发电机里面非常重要的部件，它能不能正常运行影响到整个风机能否正常运行。这个轴承本身的润滑又是至关重要的。它使用的优质我们先把这个题目和后面有相关的抛出来，使用的油脂一般是1.5号粘稠度的油脂，粘稠度和三号油脂相比要稀一点，但是比黄油，就是机油粘稠得多。

根据统计，轴承使用中损坏的约55%是润滑不良造成的。润滑不良的原因包括润滑油品选择不当，加注方法不科学，密封不严等因素，其中轴承内汾酒油脂不能即使排出是目前风电及组轴承润滑不良的主要原因，不仅失去润滑，及时清除废旧的油脂就显得迫切重要。现行风电轴承废旧油脂清除方法及严重的缺陷。润滑油脂是由润滑作用的基础稀油和筹划及等通过物理过程混合而成的，稠化剂分散基础稀油中，形成润滑油脂的结构估价，使基础稀油被吸附和固定在结构骨架中，在储存和使用过程中基础稀油会逐步从中分离出来，用分油量来判定。微量的分油是有利的。过量的分油加速油脂编制。油脂变质硬化有化学和物理两方面原因，摩擦高温引起基础油氧化编制，沉淀变稠，也引起稠化剂估价结构破坏而加速基础油分离，从图片中看中间的稀油在我们报告过程中自动吸出来的。现行的废旧油脂的清除方法，我们轴承上都是挂的接油瓶，大家非常清楚，特别是我们的业主非常清楚我们锋利发电机上挂的很多废油搜集瓶是搜集不到废油的，刚开始的时候可以适当搜集一点，有几年以后是搜集不到废油的。主要是靠里面的轴承内腔一直在注入新油，里面产生压力从很小的小孔里面挤出来的，我们看集油瓶上面的管子这么长，轴承的通道也不大，通过这么长的细小孔以后废油是不能出来的，尤其是我们说在沉积变质越来越粘稠，阻力越来越大，很有可能就出去了。这个工作大家非常清楚，是靠里面的压力挤出来的。

现行废旧油脂清除方法的严重缺陷，普遍存在的问题是在机组设备出厂初期注入不久的新油脂粘稠度适中，废油搜集瓶还能搜集到少量的油脂，但是随着油脂的变性，废旧油脂会越来越堵塞，油脂变硬，阻力越来越大，承受的密封压力一般是0.2到0.3，超过以后油封就会被胀破，加注的新油脂就轻松的溢出的，不会对轴承内腔的废油脂，产生影响。我们的搜集油瓶就搜集不到，我们加装的很多的新油，很快的流出去了。轴承里边都是废油脂，我们从图片里面看轴承，里面都是废旧油脂。根本就出不去，干到里面了。然后这个图片上我们可以看到最上边的一块是一个注油孔，外层发黄的是新油脂，中间是废旧油脂，大家可以看到新油脂是进不到轴承内枪的，都是废旧油脂在轴承的内腔。我们可以看到集中润滑的主有孔打新油脂，新油脂住不到轴孔里面，里面是被充满了废旧油脂。废旧油脂不能及时清除的严重后果。不能及时清除的话会长期充塞轴承滚道，不仅不能润滑，而且还会加速磨损，这将使摩擦阻力迅速增加，方便机组启动困难，降低风能利用率，特别是应用中一直在运行的主轴承和发电机轴承的损伤，会严重发热，还会引起整机振动，整机寿命剧减，长期得不到润滑必然卡死，不得不高成本更换轴承。非油脂不能及时清除，油封就会被胀破，每次新住处的油脂将很快流出来，污染主机内环境，弱污染的刹车盘就会刹车失效，覆盖电器散热期的话就会使其超符合工作，会会导致短路。另外我们谈到我们很多的风机上加装的及装润滑系统，我们还装了集油瓶搜集废油，我们觉得这个不科学，搜集不到油，轴承内腔都是被废旧油加满了，加的新油流到外面去了，不仅不能加到轴承里面，而且还污染到外面了，我们说花了很多的成本，还污染了，我们买了油脂，实际是污染器，不能真正起到对轴承的保养作用。所以说装集中润滑系统我们要考虑到里面的废油脂如何清除。

下面我们谈谈我们是如何改进创新的。风电轴承废旧优质自动清除及集中回收系统。要保证风电轴承良好润滑，必须及时清除轴承内腔废旧油脂，以下是以奥特科技专利产品废油回收系统为例，简述风电轴承废旧油脂自动清除及集中回收系统的结构和原理。从图片上可以看到由液压泵作为一个动力泵，他的液压油是不消耗的。电磁方向盘和吸排脂器，这个安装的位置是原来我们装集油瓶的位置。还有废油回收器是废油最终集中回收到箱子里面，便于我们集中处理。还有油压传感器，优雅表和管路附件，系统是由这部分组成的。图片上我们可以看到。然后这个图片上我们基本上看到的管路连接方式，我们可以回过头来看一眼，基本上有这么几大件，一个是动力泵，一个是液压泵，还有一个是吸排脂器这几大块组成。液压泵为电动齿轮泵，透明圆筒型油箱，适合安装在固定风轮内，满足风电机组全天候环境，为系统提供液压动力，如果说不是装在风轮里边，装在风机的其他的部位，也需要这么一个动力。包括发电机轴承里面也是和这个结构。这个吸排脂器，我们替换掉原来的废油搜集瓶，装在原来的收油口的位置。固定在排废油上，由双座油缸和注射泵。注射泵由吸油孔接入轴承排废油孔。在注射泵右边设置出油单向阀，吸排脂器的负压非常高，可以达到负0.6-0.75个大气压。绝对真空是负一个大气压这里可以达到负0.6-0.75大气压。抽吸力非常强。在实验室里面我们做实验，用一个长14毫米的内径的透明软管一端接上我们的废油吸排脂器，另外一端加注黄油，就是最稠的黄有，然后一点一点的我的吸排脂器可以把黄油完全吸进去，所以吸力是非常强的。这是我们在实验室里面做过验证。废油回收器分两种，在机舱内是普通的回收桶，风轮内为活塞压油式透明圆筒。这是监控器，依靠程序定时控制废油脂自动清除及集中回收系统运行，系统两次运行之间的时间间隔可调，可通过液晶界面动态了解运行情况，检修使可以手动操控运行。

风电轴承废旧油脂自动清除及集中回收的系统工作原理，风电轴承自动油脂子总清除及集中回收系统，与集中润滑系统配套使用。也是定期周期性运行，每次运行数分钟，自动运行时废油脂自动清除，被吸出来的废油脂量等于注入轴承里面的新油脂量，使轴承里面的油脂量不能过少，也不能过多，这两个系统都是程序运行，两个协调配合。在监控程序控制下系统开始工作时，液压泵工作，我们回到前面的图片上。我们就这个图上来看，当系统开始运行的时候，我们的液压泵开始工作工作的时候，液压泵控制这两个油路，外面还有，最终控制我们的吸排脂器一根油管上压的时候，另外一根油管是卸压的，首先把轴承里面的废旧油脂抽吸出来，然后再动作，动作以后另外一个上压，把我们刚刚从轴承里面抽出来的废旧油脂通过管道来压排到最后的废油搜集器。我们首先抽吸出来，然后再高压压送出去，最后集中到废油回收器里面。

我们最后做一个总结，风电轴承废油脂自动清除及集中系统，减少收成磨损，利于轴承散热，大大降低轴承磨损，消除轴承内腔压力，保证内腔畅通，确保新油脂顺利注入轴承内腔，轴承油封也不会被胀破，避免了漏油和污染物由油封胀破时进入轴承内腔，有利于润滑油膜的润滑和保持，轴承寿命大幅度的提高，特别是对于实际运行的一直旋转的轴承，对这种轴承意义特别重大。废油会集中压入到吸排脂器，既环保又便捷。这是我们装机的一些情况。因为这个产品已经在批量的在市场上，在很多客户的设备商运行了，这是我们装击的一个3兆瓦风力发电机，上面装有集中润滑系统和废旧吸收系统。两个系统协调运行。这是我们的装机情况。

宣安光：大家知道现在的风电传动系统作为一个动态分析是机组在设计研发过程中需要的一个重要步骤。重庆望江工业有限公司在这个方面做了一些工作。下面请重新望江工业有限公司风电室主任罗明轩先生来给大家做演讲。

罗明轩：尊敬的各位来宾，大家好，我来自重庆望江工业有限公司，今天给大家交流的是风电整机传动链动态特性分析。在演讲前我先简要介绍一下我们望江公司，我们望江公司隶属的集团是拥有80多年的企业，我们的产品涵盖1.5到5兆瓦所有的机型都已通过德国认证。也是首家国内通过GL认证，也是同时通过GL认证最多的风电齿轮箱的厂商。我们的产品主要是面向传动链进行匹配设计。今天我就以五兆瓦为例简单的介绍一下传动链的动态模型分析。主要分为六个部分。首先目的在风机的寿命设计里面，减少和消除共振是非常重要的。那么由于欢迎和天气的影响，制约我们需要使用动力学软件进行仿真模拟，仿真的目的是要找出切入和切出的潜在模拟，最后今后共振风险的评估。分析思路主要是基于GL2010标准，结合多体动力学软件进行分析。标准的变化也体现了传动链的重要性。相比2003版GL2010更规范了，做了很大的调整。下面这张图是关于对整机传动链的零部件的建模要求，相比之前要求用弹性体，并且自由度的建模必须要考虑扭转，走向，弯曲的自由度。那么分析的难度加大了，对我们来说是一个挑战，我想随着以后的不断的深入的研究。以后的标准对于传动链这个部分会要求越来越高。

拓扑图是我们建立整机模型前确立各个零部件之间的关系。只有这个关系清楚之后，对于我们以后的建模会非常有利，这是一个整机传动链的拓扑图，从叶片到最后的发电机，这是齿轮箱内部的拓扑图。齿轮箱里面主要是轴承和齿轮的模拟。刚才说了要求我们零部件需要使用柔性体，主要是基于子结构技术定义超单元，输入子结构，进行子计算。最后利用软件和有限源的接入程序分成分派软件所需要的文件。那么，柔性体建完之后我们基于前面的拓扑图可以很方便，很容易的把整机的传动链模型建立出来，齿轮箱是这里面一个重要的零部件。整机传动链模型建完之后我们只需要改变相应的边界条件就可以建立不同的分析模型。轮毂我们主要是考虑成刚体，计算它的扭转刚度，只要施加一个单位扭矩，看扭转变形就可以知道钢度值了。

整机模型建完之后我们进行频域分析，首先是进行动平衡计算，主要是对轮毂上的驱动扭矩和发动机转子和定子之间的反馈扭矩。如何达到动平衡，我们主要是观察轮毂转速，这张图是轮毂转速的曲线图，后面的轮毂转速的趋势会越来越平稳，这是直观上可以看出的，速度上可以看出是有变化的，变化的幅度会很小。在小数点后面几位变化，达到动平衡之后，我们在这个功能下进行一个模态分析。这是模态分析的一个结果的截图，我们在这里会发现里面的模态接触会很高，很多，有几百间，这是因为我们很多的零件考虑成柔性体，释放了六个自由度。

我们还要计算三个比较典型的工况，切入工况，额定工况和切出工况，这张表中我们可以发现频率是速度转出的变化而变化，第一个为例切入式是2.042，设定是2.05，切出是2.054所以我们可以以额定工况来表征整个动力性能。

这张图因为整机主要是以牛振，内部机力和外部机力主要在扭转方向上。阻力也非常小。容易在潜在功能的时候有正式容易发生共振，那么，就会影响整机的运行，因此我们有必要对整机传动链的扭振进行分析。我们从前面的计算结果中筛选出扭振的固有频率，主要是根据扭态频率分布来进行筛选的，主要是以三倍频，差不多在一千六百以内。这是工作转出范围的频率，我们主要是考虑轴的转换频率和齿轮的拟合频率。有了整机系统的固有频率和机力频率我们可以做出这个二维坎贝尔图。理论上说这些焦点是潜在共生点，这些点都是潜在功能点。我们下面要对这些点逐一的进行一个排查。看看它是不是真正的共存点。这是需要结合模态的能量图，从里面筛选出一次共振点。我们找到了三个点，这三个点是不是真正的共振点现在还不能进一步判断，我们需要进行一个时域分析，主要是从切入到切出主要的扫频分析。我们需要修改轮毂上的扭矩，需要添加一个激励扭矩，后面再加一个固定值，就能使整机有一个增速模拟。前面我们找到了三个点，有一个点是在第二速度的等机，我们就做出第二速度等级的三维图，找到危险频率下对应的危险部件，我们对这个轴做一个加快速的快速变宽，看看附值有没有发生突变，没有发生突变的话我们可以排除这个点。

剩下两个点是在第三速度的等级内，因此我们也做出第三速度等级这个三维图。这两个点会有一个突变。这个突变的形成原因，如果我们还要进行进一步的分析，我们后来发现加速使突变是由于齿轮啮合力。我们通过这两个分析结果我们可以得出一个结论，这个共振模型不存在明显的共振点。

提问：我想问一下你们有没有做过运行模态分析。运行过程中比如说我发电发出来的频率不一样，如果说对传动链有一个反向的激励，激励大小可能是说和某一个频率重合了，或者是说相近会产生共振，因为前一段时间有一个风场的共振我忘记参数了，在左右方向，水平方向有一个强烈的振动，但是当改完转矩以后，它这个振动不存在了,是这样的一个情况,想请教一下您对这个方面有没有做过研究。

罗明轩：现在做的主要是基于标准，你说的是一个具体情况，其实我们计算也是算是一个运行模态，但是可能你那个是要针对一个具体的情况来做一个特定的分析。

提问：是这样的情况，在空载下，不会振，但是到并网以后反向激励，后面的发电机也同样产生一个反激励，这个激励会不会对传动链，在国外我了解，好像是国外有做的，但是国内好像还没有，就是说做这个方面的研究，我就是说你们所想开展的，就是说没有考虑到，只是按照GL标准去做的，是吧?

罗明轩：目前是按照这个标准做，但是后面可能会考虑各种情况。

宣安光：下面请天津华建天恒传动有限责任公司总设计师Toni Weiss介绍一下大功率高可靠性齿轮箱HTAS领先标准简介。