來源：2022年電力行業技術監督工作交流會暨專業技術論壇
作者：晁衛
隨著國民經濟的快速發展，風電作為Z清潔的能源之一越來越引起重視，而風力機組是風能發電系統的重要組成部分，其運行維護極其重要。風力發電機組的工作環境極其惡劣，其長期處于極端高低溫、濕氣大、灰塵大的環境中，且大都處于較偏遠地區，維修不便，因此確保其長期穩定可靠運轉是Z基本的要求。風力發電機組屬于大型轉動設備，其潤滑的重要性不言而喻。
眾所周知，針對不同的潤滑對象則需要配置不同的潤滑劑，風電機組潤滑系統主要包括兩部分，一是主齒輪箱、偏航變槳齒輪箱和液壓系統部件采用的液體潤滑油潤滑，二是主軸軸承、偏航齒圈、變槳軸承等采用的半固體的潤滑脂潤滑。風電機組各重要部位使用的潤滑劑情況詳見表1。
一、主齒輪箱潤滑
除了直驅式風力發電機組外，其他形式的機組都要應用齒輪箱，齒輪箱是通過齒輪副進行動力傳輸的，風電機組主齒輪箱見下圖1。
主齒輪箱的部件組成
常用齒輪副：主齒輪箱常用的齒輪副包括直齒和斜齒圓柱齒輪副、行星齒輪系兩大部分。
(1)直齒和斜齒圓柱齒輪副由一對轉軸相互平行的齒輪構成。直齒圓柱齒輪的齒與齒輪軸平行，而斜齒圓柱齒輪的齒與軸線呈一定角度。人字齒輪在每個齒輪上都有兩排傾斜方向的斜齒。
(2)行星齒輪系是一個或多個所謂的行星輪繞著一個太陽輪公轉，本身又自轉的齒輪傳動輪系，其原理圖見下圖2。
實際應用的風力發電機組主齒輪系中，Z常見的形式是由行星齒輪系和平行軸輪系混合構成的。在直齒輪、斜齒輪、人字齒輪中Z常用的齒形是漸開線齒形。這種齒形意味著當基圓勻速轉動時，齒面產生勻速位移，接觸線是一條直線。
齒輪箱分類：風力發電機組齒輪箱的種類很多，按照傳統類型可分為圓柱齒輪箱、行星齒輪箱以及它們互相組合起來的齒輪箱;按照傳動的級數可分為單級和多級齒輪箱;按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式、同軸式以及混合式等。
箱體和軸承構造：傳動齒輪副置于箱體之中，要求箱體必須具備足夠的剛性承受力和力矩，以防止變形，保證傳動的質量。箱體在進行大批量生產時，常采用球墨鑄鐵和其他高強度鑄鐵的箱體，其減振性好，且易于切削加工，而進行單件、小批量生產時，常采用焊接或者焊接與鑄造相結合的箱體。
為了便于裝配和定期檢查齒輪的嚙合狀態，在箱體上通常設有觀察窗，且機座旁一般設有連體吊鉤，供起吊整臺齒輪箱用，另外會把齒輪箱安裝在由高強度橡膠和鋼墊做成的彈性支座上，以達到減小齒輪箱傳到機艙機座振動的目的，在箱體上還設有透氣罩油位指示器、注油器和放油孔。齒輪箱上常采用的軸承有圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、調心滾子軸承等，而在所有滾動軸承中，調心滾子軸承的承載能力Z大，且能夠廣泛應用在承受較大負載或者難以避免同軸誤差和撓曲較大的支承部位。
密封裝置：齒輪箱軸伸部位的密封裝置一方面能夠防止潤滑油外泄，另一方面能防止雜質進入箱體內。常用的密封裝置有非接觸式密封和接觸式密封兩種。
(1)非接觸式密封：常用的有氣膜密封和濾膜密封，其可以實現密封介質的零泄漏，徹底消除對環境的污染，且所有的非接觸式密封均不會產生磨損，使用時間長。
(2)接觸式密封：接觸式密封是使用密封件的密封，密封件應可靠、耐久、摩擦阻力小、容易裝拆，應能隨壓力的升高而提高密封能力和有利于自動補償磨損。旋轉軸常用唇形密封圈。
主齒輪箱潤滑油的工況要求
作為風電機組核心傳動部件，考慮到主齒輪箱摩擦副既有低速重載工況、又有高速輕載工況，且所處環境惡劣，對其使用的潤滑油運動粘度、極壓抗磨性能、抗乳化性能、氧化?定性和熱安定性能、防銹防腐蝕性能、抗泡沫性能都有較高要求。
主齒輪箱潤滑油監測指標和周期
(1)監測必做指標：運動粘度(40℃)、水分含量、元素含量、PQ 指數、紅外分析，分析鐵譜、清潔度、酸值為主齒輪箱油液監測的選做指標。
(2)監測周期：每年監測一次，監測結果異常的，根據油液報告進行復檢;機組出質保前三個月需監測一次，作為出質保時大部件運行狀態判定的依據之一，此次監測可包含在上述所規定的監測頻次內。
二、偏航和變槳齒輪箱潤滑
偏航機構與機組控制系統配合，轉動機艙使風輪掃掠面與風向保持垂直，使風輪始終處于迎風狀態，以保證風力發電機具有Z大的發電能力，偏航系統結構見下圖3;變槳機構是通過改變安裝在輪轂上的葉片槳距角的大小，使葉片剖面的攻角發生變化來迎合風速變化，從而改變葉片氣動特性，使槳葉和整機的受力狀況大為改善，變槳系統結構見下圖4。
偏航和變槳齒輪箱部件的組成
風力發電機組偏航和變槳齒輪箱上有可直接安裝伺服電機軸的電機法蘭，齒輪箱上具有四級或五級行星傳動機構，每級行星傳動機構均具有太陽輪、行星輪、行星軸、行星架，齒輪箱的輸入軸與一級太陽輪嚙合。另外主流的偏航和變槳齒輪箱都采用了NGW行星傳動，其具有功率密度大、結構緊湊、傳動效率高、傳動比大、運行平穩、抗沖擊和抗振動能力強等優點。
偏航和變槳齒輪箱潤滑油的工況要求
偏航和變槳齒輪箱均存在低速重載、啟停較頻繁、扭矩較大等特點。變槳齒輪箱隨槳葉360度旋轉，受到的沖擊更大，且大部分時間在工作，理論上工況更惡劣，對可靠性要求更高;而偏航齒輪箱僅部分時間工作，立式安裝在機艙內，維護較變槳稍方便一些。但由于被動偏航等非正常工況存在，對其使用的潤滑油要有承載能力高、極壓抗磨性能好、稠度大等特性，一般使用VG320或VG220合成型齒輪油。
偏航和變槳齒輪箱潤滑油監測指標和周期
(1)監測必做指標：運動粘度、元素含量、PQ指數、紅外分析。
(2)監測周期：機組出質保前需按機組數量20%的比例對全場機組偏航和變槳齒輪箱油進行抽檢，對于檢測結果不合格的應與整機廠商協商更換。
三、液壓系統潤滑
液壓系統是以有壓液體為介質，實現動力傳輸和運動控制的機械單元，其具有傳動平穩、功率密度大、容易實現無級調速、易于更換元器件和過載保護可靠等優點，在大型風力發電機組中得到廣泛應用。
在定槳距風力發電機組中，液壓系統主要用于空氣動力制動、機械制動，以及偏航驅動與制動;在變槳距風力發電機組中，液壓系統主要用于控制變距機構和機械制動，也用于偏航驅動與制動。此外液壓系統還常用于齒輪箱潤滑油液的冷卻和過濾、發電機水冷、變流器的溫度控制、開關機艙和驅動起重機等，風電機組液壓系統結構見下圖5。
液壓系統的部件組成
風力發電機的液壓系統是一個公共服務系統，它為風力發電機上一切使用液壓驅動力的裝置提供動力，其主要功能是為變漿控制裝置、安全漿距控制裝置、偏航驅動和制動裝置、停機制動裝置提供液壓驅動力。
液壓系統由動力元件、控制元件、執行元件和輔助元件組成。動力元件將機械能轉換為液體壓力能，如液壓泵;控制元件控制系統壓力、流量、方向以及進行信號轉換和放大，作為控制元件的主要是各類液壓閥;執行元件將流體的壓力能轉換為機械能，驅動各類機構，如液壓缸;輔助元件為保證系統正常工作除上述3種元件外的裝置，如油箱、過濾器、蓄能器、管件等。
液壓系統潤滑油的工況要求
在定槳距風力發電機組中，液壓系統的主要任務是驅動風力發電機組的氣動剎車和機械剎車;在變槳距風力發電機組中，液壓系統主要控制變距機構，實現風力發電機組的轉速控制、功率控制，同時也制控機械剎車機構，其使用的液壓油要具有良好粘溫性能、防銹防腐性能、清潔度等性能，多采用VG32合成液壓油。
液壓系統潤滑油監測指標和周期
(1)監測指標：包含運動粘度(40℃)、水分含量、元素含量、PQ指數、清潔度、紅外分析。
(2)監測周期：機組出質保前三個月需對全部機組液壓油監測一次，對于檢測不合格的液壓油應與整機廠商協商更換;使用時間達到5年時，對全部機組液壓油定檢1次，之后每兩年檢測1次，對于定檢過程中發現的異常案例應按照油液監測報告建議適當增加取樣頻次或更換液壓油。
四、結束語
通過對風電機組主齒輪箱、偏航變槳齒輪箱、液壓系統潤滑方面的簡介，體現了潤滑管理在風電場運行中重要性，做好潤滑油的化驗工作，掌握潤滑油物化特性，能夠及時發現機組大部件的磨損狀況，可以有效提高風電機組運行的可靠性。
通過對風電機組齒輪箱、偏航變槳齒輪箱、液壓系統的介紹，反應潤滑對于風電機組大部件的安全穩點運行具有重要意義，直接關系到風電機組設備的可靠性和發電量，并且對運行中的潤滑油的化驗指標和周期加以闡述。
