一种风力发电机组增速齿轮箱冷却润滑系统及其低温启动方法 |
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| 申请号 | CN201510110628.1 | 申请日 | 2015-03-13 | 公开(公告)号 | CN104696496B | 公开(公告)日 | 2017-09-19 |
| 申请人 | 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司; | 发明人 | 张万军; 宁潞林; 陶友传; 黄金余; 周祖田; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 风 电技术领域，具体地涉及一种 润滑油 冷却器、增速 齿轮 箱冷却润滑系统、风 电机 组以及风电机组的低温启动方法。本发明的润滑油冷却器包括 散热 板和用于设置在润滑油输送管路上的单向 阀 ，所述散热板和 单向阀 并联设置，且所述单向阀或与所述单向阀相连通的润滑油输送管路集成在所述散热板上。本发明的润滑油冷却器可解决低温启动风电机组时增速齿轮箱冷却润滑系统因润滑油堵塞散热板导致风电机组故障停机的问题。本发明的增速齿轮箱冷却润滑系统具有结构简单的优点。本发明的风电机组在低温下可有效启动。本发明的风电机组低温启动方法，能够实现风电机组低温环境下的顺利启动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种润滑油冷却器，其特征在于：包括散热板(7.2)和用于设置在润滑油输送管路上的单向阀(7.1)，所述散热板(7.2)和单向阀(7.1)并联设置，且所述单向阀(7.1)或与所述单向阀(7.1)相连通的润滑油输送管路集成在所述散热板(7.2)上。 |
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| 说明书全文 | 一种风力发电机组增速齿轮箱冷却润滑系统及其低温启动方法 技术领域背景技术[0002] 我国北方地区风力资源丰富，是当前以及未来主要风电装机市场。北方地区11月至次年的2月期间气温比较低，低于-10℃的天气状况比较频繁，且夏季气温较高。我国风力发电机组按照运行环境温度分为低温型与常温型：低温型风力发电机组运行环境温度为-30℃ 40℃，常温型风力发电机组运行环境温度为-10℃ 40℃。因此，北方地区的风力发电~ ~ 机组为低温型机组。 [0003] 风速低于切入风速时，风力发电机机组会切换到待机模式；机组或电网故障时，风力发电机组会切换到停机或维护模式。风力发电机组由待机或停机模式向并网模式切换时，除了风速外，还需要各系统满足切换条件，如增速齿轮箱润滑油油温、发电机绕组温度等。当机组处于停机或待机时，风力发电机组可以通过加热器对增速齿轮箱油池内润滑油与发电机绕组加热，或者在启动模式下风轮空转实现加热。 [0004] 对增速齿轮箱冷却润滑系统而言，上述方法只能对增速齿轮箱油池内润滑油加热，对冷却润滑系统管路、冷却器中的润滑油影响小或没有效果。随温度降低增速齿轮箱润滑油粘度迅速增大，根据实验室试验结果和风场运行经验，冷却管路一般通径比较大，管路中润滑油温度约为-30℃时，油泵出口压力接近溢流压力时，润滑油可以从温控阀侧管路流回增速齿轮箱。增速齿轮箱冷却润滑系统常用的翅片式散热板，内部由多个并联的通路构成，每个通路横截面很小。即使系统达到溢流压力，一旦散热板中润滑油温度低于0℃时就不能流动，导致散热板堵塞不能正常工作。 [0005] 陆上风力发电机组机舱罩通常为非密封结构，当机组在低温环境下停机或者待机时机舱内温度迅速降低，较长时间停机后机舱内外的温差会减小到约5℃。散热板散热面积大，内部润滑油温度很容易降低至0℃以下。机组低温启动时，即使在初始阶段增速齿轮箱润滑油可以从温控阀侧流回增速齿轮箱实现润滑。但是当润滑油温度升高使温控阀侧管路关闭，因为不能得到加热散热板内部润滑油温度低，润滑油不能由散热板侧流回增速齿轮箱，从而不能对增速齿轮箱冷却润滑导致风力发电机组故障停机，低温启动失败。因此，风力发电机组低温启动关键技术之一就是增速齿轮箱冷却润滑系统的启动，特别是散热板。 [0006] 风力发电机组机舱内部有发热部件，如增速齿轮箱、发电机、变流器等，因此机舱设置通风系统，某些增速齿轮箱冷却润滑系统冷却器也设置在机舱内，为此机舱罩设有通风口。非并网发电时，机舱内零部件发热或加热功率小。当冷却器冷却风扇或机舱通风系统未工作时机舱外部空气也会从通风口流入或流出机舱，导致机组在待机或停机时机舱内温度迅速下降，在机组加热时机舱内温度上升缓慢。特别是机舱内空气流动会加剧增速齿轮箱等表面对流换热，这对增速齿轮箱冷却润滑系统低温启动很不利。 [0007] 为解决增速齿轮箱冷却润滑系统低温，现有北方地区风力发电机组主要采用以下技术：1、增速齿轮箱冷却润滑系统采用油-水-空两级冷却。相较于油-空冷却润滑系统，油-水-空冷却润滑系统需要增加一套冷却水泵和热交换器及相应管路，增加了系统复杂性和成本；2、在机舱内设置电加热器。机舱内部空间大，需要安装的电加热器数量多，增加了机组成本且使用率低。因此，如何在不增加成本和系统复杂性前提下，提供一种风力发电机组特别是增速齿轮箱冷却润滑系统的低温启动技术是必要的和有意义的。 发明内容[0008] 有鉴于此，本发明目的之一是提供一种润滑油冷却器，该润滑油冷却器可解决增速齿轮箱冷却润滑系统低温启动时的问题。同时该润滑油冷却器还可应用在其它低温启动环境下的机器中。 [0009] 本发明通过以下技术手段实现上述目的： [0010] 本发明的润滑油冷却器，包括散热板和设置在润滑油输送管路上的单向阀，所述散热板和单向阀并联设置，且所述单向阀或与所述单向阀相连通的润滑油输送管路集成在所述散热板上。所述散热板和单向阀并联设置即将润滑油输送管路分成两个分支输送管路使润滑油分别流经散热板和单向阀。所述散热板内润滑油单个通路横截面很小，与所述单向阀相连通的润滑油管路横截面较大，根据圆管紊流沿程阻力计算公式： ，相同条件下与单向阀相连通的润滑油管路沿程阻力比散热板要小的多。正常工作时散热板进口压力不能打开单向阀，当散热板内润滑油因温度降低粘度增大而堵塞时，散热板进口压力升高，继而打开单向阀，外部润滑油从单向阀处流过，同时使流经单向阀的温度较高的润滑油将热量传递给散热板内的润滑油使其加热升温，进而打通散热板，避免散热板因低温润滑油堵塞导致故障停机的发生。 [0011] 进一步，所述单向阀或与所述单向阀相连通的润滑油输送管路集成在所述散热板内部。 [0012] 进一步，还包括用于向散热板吹风的冷却风扇。 [0013] 本发明目的之二是提供一种安装有上述润滑油冷却器的增速齿轮箱冷却润滑系统，该增速齿轮箱冷却润滑系统应用在风电机组中可解决低温启动风电机组时因润滑油堵塞散热板导致风电机组故障停机的问题。 [0014] 进一步，本发明的增速齿轮箱冷却润滑系统，包括双速油泵、溢流阀、过滤器、温控阀、滑油分配器、加热器和增速齿轮箱，所述双速油泵的入口与所述增速齿轮箱相连通，所述双速油泵的出口通过第一管路与增速齿轮箱相连通，所述溢流阀设置于所述第一管路上；所述双速油泵的出口与所述过滤器的入口通过第二管路相连通，所述过滤器的出口分别通过第三管路和所述第四管路与所述滑油分配器相连通，所述润滑油冷却器设置于所述第三管路上，所述温控阀设置于所述第四管路上，所述温控阀为常开温控阀，当润滑油温度高于第一预设温度t1时，所述温控阀阀口逐渐关闭，至所述第二预设温度t2时完全关闭；所述滑油分配器与所述增速齿轮箱相通。 [0015] 本发明目的之三是提供一种安装有上述增速齿轮箱冷却润滑系统的风电机组，该风电机组因安装有本发明的增速齿轮箱冷却润滑系统可实现低温环境下启动，且相比以往技术其没有增加系统复杂性和生产成本。另外，该风电机组可解决因机舱设置通风系统导致的机组待机或停机时机舱内温度下降迅速、机组加热时机舱内温度上升缓慢不利低温启动的问题。 [0016] 本发明通过以下技术手段实现上述目的： [0017] 本发明的风电机组，包括机舱罩，所述机舱罩增速齿轮箱冷却润滑系统进风口设有可以打开或关闭的盖板，在低温季节关闭所述进风口盖板。 [0018] 本发明的目的之四是提供一种风电机组的低温启动方法，通过该方法能够实现风电机组低温环境下的顺利启动。 [0019] 本发明通过以下技术手段实现上述目的： [0020] 本发明的风电机组的低温启动方法，低温启动时，进行如下的步骤： [0021] S1）首先通过增速齿轮箱上的加热器对油池内润滑油加热； [0022] S2）双速油泵首先以低速状态开始工作，润滑油从增速齿轮箱的油池中泵送到冷却润滑系统，此时润滑油在油泵压力作用下不能流经冷却器，润滑油进入过滤器由第四管路流回增速齿轮箱； [0023] S3）将机组并网发电，使增速齿轮箱润滑油温度逐渐升高，第四管路上的温控阀逐渐关闭，第三管路上的冷却器入口压力不断增大，使冷却器中的单向阀打开，部分高温润滑油由第四管路侧与散热板并联的单向阀流回增速齿轮箱，高温润滑油流经单向阀时，热量由单向阀传导至散热板，实现对散热板内润滑油加热，最终使润滑油能够流经整个散热板从而使增速齿轮箱冷却润滑系统正常工作，实现风电机组低温下的正常启动。 [0024] 本发明的有益效果： [0025] 1、本发明的润滑油冷却器可实现低温下的正常启动，可解决低温启动风电机组时因润滑油堵塞散热板导致风电机组故障停机的问题。 [0026] 2、本发明的增速齿轮箱冷却润滑系统应用在风电机组中可解决低温启动风电机组时因润滑油堵塞散热板导致风电机组故障停机的问题。 [0027] 3、本发明的风电机组因安装有本发明的增速齿轮箱冷却润滑系统实现了低温环境下的启动，且相比以往技术其没有增加系统复杂性和生产成本。 [0029] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0030] 图1为本发明润滑油冷却器中散热板与单向阀并联结构图，图中箭头示意为润滑油流向； [0031] 图2为本发明具体实施方式中增速齿轮箱冷却润滑系统原理图； [0032] 图3为本发明风电机组中机舱罩的结构示意图。 具体实施方式[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0034] 实施例1 润滑油冷却器 [0035] 如图1所示：本发明的润滑油冷却器，包括散热板7.2和用于设置在润滑油输送管路上的单向阀7.1，所述散热板7.2和单向阀7.1并联设置，且所述单向阀7.1或与所述单向阀7.1相连通的润滑油输送管路6集成在所述散热板7.2上。优选的，所述单向阀7.1或与所述单向阀7.1相连通的润滑油输送管路6集成在所述散热板7.2内部，以便最大化单向阀7.1或与所述单向阀7.1相连通的润滑油输送管路向散热板7.2热量传递的效率。优选的，还包括用于散热板7.2冷却通风的冷却风扇7.3，以便提高散热板7.2的散热效率。当然冷却器7可以不包含冷却风扇7.3，采用自然对流冷却，冷却器7还可以用于粘度-温度属性类似风电增速齿轮箱润滑油的其他液体，可以用于液-空和液-液热交换形式。所述散热板和单向阀并联设置即将润滑油输送管路6分成两个分支输送管路使润滑油分别流经散热板和单向阀。正常工作时散热板进口压力不能打开单向阀，当散热板内润滑油因温度低而堵塞时，外部润滑油从单向阀处流过，使得流经单向阀的温度较高的润滑油能够将热量传递给散热板内的润滑油，进而打通散热板，避免散热板因低温润滑油堵塞而导致故障停机。本发明的润滑油冷却器可实现低温下的正常启动，可解决低温启动风电机组时因低温润滑油堵塞散热板导致风电机组故障停机的问题。 [0036] 实施例2 增速齿轮箱冷却润滑系统及采用该增速齿轮箱冷却润滑系统的风电机组和风电机组低温启动方法 [0037] 本发明的增速齿轮箱冷却润滑系统，如图1和2所示，包括双速油泵1、溢流阀2、过滤器3、压差传感器4、温控阀5、润滑油输送管路6、润滑油冷却器7、滑油分配器10、加热器11和增速齿轮箱12，其中，冷却器7优选地包括单向阀7.1、散热板7.2、冷却风扇7.3，其中单向阀7.1以并联的方式集成在散热板7.2中，如图1所示。优选的，本具体实施方式提供的增速齿轮箱冷却润滑系统还可以包括用于测量由冷却器流入滑油分配器的润滑油的压力的压力传感器8、以及用于测量由温控阀流入滑油分配器的润滑油的温度的温度传感器9；所述双速油泵1的入口与所述增速齿轮箱12相连通，所述双速油泵1的出口通过第一管路13与增速齿轮箱12相连通，所述溢流阀2设置于所述第一管路13上；所述双速油泵的出口1与所述过滤器3的入口通过第二管路14相连通，所述过滤器3的出口分别通过第三管路15和所述第四管路16与所述滑油分配器10相连通，所述润滑油冷却器7设置于所述第三管路15上，所述温控阀5设置于所述第四管路16上，所述温控阀5为常开温控阀，当润滑油温度高于第一预设温度t1时，所述温控阀阀口逐渐关闭，至所述第二预设温度t2时完全关闭；所述滑油分配器7与所述增速齿轮箱12相通。 [0038] 正常工作时，双速油泵1首先以低速状态开始工作，润滑油从增速齿轮箱12的油池中泵送到冷却润滑系统，如果冷却润滑系统出现故障如堵塞等导致双速油泵1出口压力高于系统安全压力时，溢流阀2打开，润滑油从溢流阀2流回增速齿轮箱12以达到保护系统的作用，否则润滑油进入过滤器3。润滑油经过过滤后有两条路径流回增速齿轮箱12：一条通过温控阀5、另一条通过冷却器7。 [0039] 温控阀5为常开，在温度区间[t1，t2]内动作：流经温控阀5的润滑油温度低于t1时，温控阀5处于打开状态；当润滑油温度等于或大于t1时，温控阀5阀口逐渐关闭，至温度t2时完全关闭。润滑油温度低于t1时，润滑油大部分流经温控阀5、滑油分配器10回到增速齿轮箱12，其余部分流经冷却器7、滑油分配器10回到增速齿轮箱12；润滑油温度高于t1时，流经冷却器7的散热板的润滑油逐渐增多，以降低润滑油温度；当润滑油温度高于t3时，冷却器的冷却风扇7.3启动，进一步增强冷却器7的散热板的冷却功率；当润滑油温度高于t2时，温控阀完全关闭，所有润滑油全部流经冷却器7进行冷却，其中t3位于温度区间[t1，t2]内。 [0040] 本发明的风电机组包括风轮23、机舱22和塔筒21，为保证增速齿轮箱冷却润滑系统低温启动性能，将冷却器7设置在风电机组的机舱22内靠近增速齿轮箱12位置，由机舱罩17底部进风口18进风，由出风口19出风。为满足机舱通风要求，在机舱罩尾部设有通风口 20。在进风口18、处设有可以开启、关闭的盖板。通常情况下通风口盖板打开，在低温季节时关闭进风口18。在满足增速齿轮箱冷却润滑系统通风要求的前提下，减少外部低温空气进入机舱，降低机组待机或停机时机舱内温度下降速率，增大低温启动时机舱内温升速率。减小增速齿轮箱等零部件的对流换热，保证增速齿轮箱、冷却管路以及发电机等低温启动时加热效果。 [0041] 本发明的风电机组低温启动方法，包括如下的步骤，首先由增速齿轮箱加热器11对油池内润滑油加热至一定温度。双速油泵1低速启动。受低温影响此时润滑油不能流经散热板7.2，全部润滑油由温控阀5、滑油分配器10流回增速齿轮箱12。随着风电机组并网发电，增速齿轮箱润滑油温度逐渐升高并大于t1时，温控阀5逐渐关闭，使冷却器7入口端压力逐渐增大并打开单向阀7.1，部分高温润滑油由单向阀7.1、滑油分配器10流回增速齿轮箱，其余大部分由温控阀5、滑油分配器10流回增速齿轮箱。当高温润滑油流经单向阀7.1时，热量由单向阀7.1传导至散热板7.2，使散热板7.2靠近单向阀7.1侧温度逐渐升高，从而使冷却器侧的部分高温润滑油能够流过散热板7.2该区域，继而逐渐将热量向整个散热板7.2传导，最终使润滑油能够流经整个散热板7.2从而使冷却润滑系统正常工作。 |
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