风机主齿轮箱换油方案研究

摘要：风力发电是中国最近几年迅猛发展的新能源行业，国家给予了诸多的优惠政策支持，倡导发展清洁可再生能源。随着装机数量的增多和使用时间的延长，风机的维护保养逐渐成了重要问题，特别是风机主齿轮箱油的更换方法和步骤。文章对风机主齿轮箱换油进行了探讨，并重c介绍了五步换油法。

关键词：主齿轮箱；换油法；预清洗；新油加注；五步换油法；风力发电 文献标识码：A

中图分类号：TM315 文章编号：1009-2374（2016）36-0026-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.36.013

国华东台一期风电场2009年全部并网发电，2013年全部出质保自维护。采用93台华锐风电机组，机组型号为华锐FL1500、齿轮箱型号为大连重工PPSC1290、传动比为104.125、额定功率为1700kW、输出转数1810r/min。采用两级行星和一级平行轴作为传动结构，采用德国贺德克作为系统，采用壳牌可耐压S4 GX 320顶级工业合成齿轮油，方式为飞溅+压力。随着运行年限的增加，齿轮箱的齿面磨损日益严重，需要根据齿轮油检测报告不定期更换齿轮箱液压油。

1 风机齿轮箱油更换的目的

探讨风机齿轮箱油更换方法之前，首先要搞清楚为什么需要更换，更换的目的是什么？这是因为油品是有使用寿命的，在齿轮箱运转过程中，齿轮油形成足够的油膜把相互啮合的齿轮隔开，避免齿轮之间的直接摩擦，从而保证齿轮箱的正常运转。但在此过程中齿轮油也会不断被剪切、损耗，同时伴随着在使用过程中的氧化变质，油品的性能会逐渐下降，直至无法满足齿轮箱的要求，所以说油品是有使用寿命的，需要根据风机的运转时间及油品的性能指标更换油品。

另外，齿轮油在使用过程中，油品氧化会产生油泥，同时会有外界污染物进入，如水分、沙尘等，这些都会影响效果。更换齿轮箱油的目的是把旧油和油中所含的杂质及其粘附在齿轮、管路等部位的污染物去除，还给齿轮箱一个清洁、良好的环境，从而让齿轮箱良好运转。因国华东台风电场风机竖立在沿海地区，距离黄海约2km，因此风机运行环境比较恶劣，空气湿度大，盐碱含量较高，在日常的运行维护过程中，更需要实时关注齿轮箱油的情况。

2 市场常见换油方案

2.1 两步法换油法

所谓两步法换油就是把旧油排放干净，直接加入新油，只是前期较多风场采用的换油方案。

操作流程是：旧油排放新油加注。

该方案优点是操作流程简单，省时、省力、省成本；缺点是旧油及污染物难以排放干净，难以完全达到换油的效果。

2.2 三步换油法

三步换油法是指在旧油排放之后加入工作油进行冲洗，然后再加入新油。在两步法的基础之上多了工作油清洗环节。

操作流程如下是：旧油排放工作油冲洗新油加注。

此方案比两步换油法多了清洗环节，工作油的消耗量会增加，但旧油及污染物的带出量会增加，会在一定程度上改善换油之后的环境，只是介于工作油黏度（VG320）比较大，清洗效果也不会太理想。

2.3 四步换油法

四步换油法是在两步换油法的基础上增加低黏度清洗油冲洗的环节。

操作流程是：旧油排放清洗油冲洗工作油冲洗新油加注。

该方案在目前风场齿轮箱油更换时普遍采用的主流方案，该方案所用到的清洗油黏度较低，VG32黏度居多，黏度低、油品流动性好，溶解油污能力有所提升，可以更大程度上溶解并带出污染物，清洗效果会大大提升，再通过工作油冲洗把低黏度的清洗油带出，减少清洗油残留的比例，从而降低低黏度清洗油因残留而稀释工作油黏度的影响。此方案也有一些不足之处，因为清洗油黏度（VG32）比工作油黏度（VG320）低太多，无法满足齿轮箱的工作要求，所以无法负载运转，仅仅是“冲”一下，会有一些“死角”和管路冲洗不到，也难以保证完全洗干净。

3 五步换油法

五步换油法是在四步法的基础上增加预清洗工序，准备换油之前直接往工作油中加入溶剂型清洗油，该清洗剂有较强的溶解性，可以溶解“死角”及管路拐弯处的油泥及附着物，该产品至少在旧油排放之前24小时加入，加入比例一般为3%～5%（产品不同加入比例不同，建议按照产品使用说明比例加入），加入该清洗剂后风机可正常运转，不影响风机发电，运转24～48小时后，再排放旧油，之后的流程与四步法相同。

具体流程是：预清洗旧油排放清洗油冲洗工作油冲洗新油加注。

3.1 预清洗

准备换油之前几天，往工作油中加溶剂型清洗剂，此类清洗剂对油污的溶解力极好，温度越高溶解力越强，比如嘉实多清洗剂SC170就属于该类产品，市场上也有其他品牌的类似产品，这类产品的导热系统清洗时普遍用到。在工作的旧油中提前24～48小时加入，参考加入比例为3%～5%（加入比例因产品不同而不同），加入后齿轮箱正常运转，正常发电，建议加入清洗剂后运转时间不少于24小时，在运转过程中可以反复地清洗油品所流过的部位，将油泥和污染物溶解于油中。只是在此过程中，因有大量的污染物溶于油中，会被滤芯过滤，所以要注意滤芯的工作状态。

3.2 旧油排放

温度越低油黏度越高，越难以排放，所以要趁热排出原齿轮箱旧油，从油箱的最低位置排放，尽量排出干净。如果能用单向抽油机抽取旧油，就能更大程度上排净旧油。旧油排放后检查油箱污染情况及齿轮箱的情况。

3.3 清洗油冲洗

在齿轮箱换油过程中，排出旧油以后，仍会有旧油、老化产物以及其他污染物难以从系统中排除干净，需要加入低黏度的清洗油或者同工作油黏度的矿物齿轮油进行冲洗，此类油品比工作油成本要低，可以从一定程度上节省成本。冲洗油用量视齿轮箱大小而定或者通过换油车进出循环，然后放出。检查所放出清洗油的颜色变化，如果颜色变深比较严重，建议多冲洗一遍。

3.4 工作油冲洗

清洗油一般采用低黏度的矿物油或者同工作油黏度的矿物油，难以完全排放干净，如果此时直接加入新油，残留的清洗油会混入工作油，从而稀释工作油，影响以后的效果，所以用清洗油冲洗之后建议用工作油再冲洗一遍，尽可能带出清洗油，减少残留比例。用工作油的冲洗方法与清洗油相同。

3.5 新油加注

经过前面的清洗之后，更换滤芯，检查管路及阀门状况，如果没问题就可以直接加入新油了，加入新油时建议经过滤油装置，如滤油小车或加油车自带过滤装置。将新油加到工作液位，如果必要，更换空滤滤芯。一切更换、装备完毕后，最好不要马上启动齿轮箱，因为油品在加入过程中会有气泡产生，静止一段时间，让油品自行排放气泡，建议不少于30分钟。

换完油之后的注意事：（1）风机正常运转30分钟之后，对油品进行取样，作为状态监控基准数据进行存档（业主购买油品检测服务时建议此时进行取样）；（2）现场快速检测建议使用在线油品检测设备。如在线清洁度检测仪，黏度计等设备；（3）建议风电场在操作完整个齿轮箱清洗步骤后，收集一份油样作为参考，并在运行6个月之后，再提取一份油样作油样分析，与参考样品的分析结果作对比。之后每年化验一次油样，监控主要指标的变化值与变化趋势，从而判断油品的使用情况、各项理化指标的变化情况及设备的磨损情况。

4 换油注意事项

4.1 安全第一

风机所处环境多数比较恶劣，换油的操作属于高空作业且过程较为复杂，因此工作人员必须把安全放在第一位。

（1）严格遵守风电场各项安全规章制度；（2）严格按照安全作业要求规范进行操作；（3）同一作业面工作人员应不少于2名；（4）作业前必须经过相关安全培训，并取得相关安全、操作资质；（5）设立安全监督员，安全监督员有权对违章作业进行处罚；（6）风速超过12m/s，不得在出机舱工作；（7）使用提升机必须严格按照操作手册执行；（8）作业过程应严格佩戴安全用具和劳保用具。

4.2 防止污染

由于风场环境条件不佳，换油时很可能遇到雨雪、沙尘天气，而且换油设备有限，风场换油维护人员对油认识不足，常常在加注过程中造成齿轮油污染，因此建议先在室内对齿轮油进行小包装分装以防止新油受到污染，并在运送和加注过程中进行防尘防雨处理。

4.3 控制油位

为了保证正常的油位，在加入系统清洗添加剂之前，放掉齿轮箱内与将加入清洗添加剂量相同的旧油，避免油位过高，导致溢出，造成事故。注入新油后监控风机油位，可能此期间由于齿轮油过滤循环系统的开启导致油位下降，这时必须注意及时补充新齿轮油。

4.4 过滤器畅通

为了获得更佳的清洗效果，建议清洗过程中油温高于30℃，这样具有更好的清洗效果并可以在相对较低的黏度下可尽量快、尽量多地排出旧油和减少旧油在齿轮等部件上的黏附量。在此过程中，要注意监控过滤系统的运行情况，过滤器可能会被系统清洗剂清洗下来的油泥、沉积物所堵塞，如果压差过高，须及时更换滤芯。

4.5 清理废油

由于大部分风机主齿轮箱的底部排油口不是在最低处，需要注意有3%～5%的旧油无法通过底部排油口排出，因此必须使用抽油设备清理这些废油，以减少清洗油被污染的程度，更好地发挥清洗油的作用。

4.6 严防异物

由于风场操作人员粗心而造成异物进入风机齿轮箱，并导致卡死和崩齿报废的重大恶性事故已有发生，足以引以为戒。因此在清洗换油过程中，一定要注意严防抹布、拆卸下来的螺栓和工具等杂物掉入齿轮箱。

作者简介：刁帅（1986-），男，安徽太和人，国华（江苏）风电有限公司助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。