基于1.5MW风力发电机组齿轮箱油温过高问题的散热器分析及解决方案研究

发表时间:2017/3/16   来源:《科技中国》2017年1期   作者:刘华强
[导读] 本文针对此问题的产生原因进行分析并从散热器角度提出解决方案。

尼森冷却系统(天津)有限公司       天津            301700
        前言
        1.5MW风力发电机组源于德国富兰德FL1500系列,作为中国市场早期引进的MW级机型,一度占据中国风电市场的主流地位,装机容量也是名列前茅。但是每到春季,部分风场的1.5MW机型就会发生齿轮箱油温高温报警,油温过高会导致风机限功率,严重时更会导致停机,已经成为风场亟待解决的问题。本文针对此问题的产生原因进行分析并从散热器角度提出解决方案。
        1.齿轮箱油冷散热器工作需求及工作环境描述:
        齿轮箱额定功率1700kw,散热量需求为46kw,采用壳牌HD320润滑油;
        当齿轮箱油温低于-15℃,通过加热器将齿轮箱油加热到-15℃;
        当齿轮箱油温在-15℃~+45℃,润滑油通过回路直接流回齿轮箱,不经过散热器;
        当齿轮箱油温高于45℃,通过散热器,流量为105L/min;
        齿轮箱工作温度到75℃会限功率运行,到80℃会停机,所以运行状态下油温不能超过75℃。
        2.目前使用的散热器分析:
        目前使用机型为HydacOK-EL10L,在流量105l/min的情况下,散热能力为1.66KW/℃,如图一。在环境温度为45℃情况下,散热量为49.8KW,安全系数为 (49.8-46)/46=8.3%满足散热量设计要求。

 


        3. 问题原因分析:
        据风机现场调查,出现高温报警的地区在春季有大量柳絮及灰尘,造成散热片的风路通道有严重的堵塞情况。据查,HydacOK-EL10L 的翅片类型为百叶窗式,百叶窗式翅片结构紧凑,散热效率较高,广泛应用于室内及环境良好的地区,但缺点在于对于环境比较敏感,如粉尘较多或杂物较多的地区不适用。每年出现的大量柳絮进入机舱内部,随散热器的风扇再被吸入到翅片内部,但百叶窗式翅片结构类型导致部分柳絮留存其中,经过累积堵塞翅片,齿轮箱高温润滑油与外界空气的热交换性能明显下降,导致高温报警。
        4. 解决方案分析:
        方案一:清理散热片
        目前大部分风场采用此方案以临时解决问题,此方案需要将散热器从齿轮箱上方拆下来,并拆开电机和风扇,会耗费大量大力物力,并且每年都需要周期性的维护,时间成本消耗太大。
        方案二:并联一台同样散热量同时运行
        需要在原先油路循环基础上再并联一台散热器,这样每台散热器的流量为52.5l/min,总压力损耗不会增大太多,从理论计算上可以满足要求。但是此方案需要考虑以下几点:
        需在机舱内增加支撑位置,并需要增加管路,三通阀等零部件,无疑增加了维护需求;
        散热片的堵塞情况并不会得到改善,维护周期会相应延长,但同样需要清理散热片;
        并联之后每台散热器的润滑油流速约为0.08m/s,流速过低,并不能有效发挥散热器的散热能力。从图一中可以看出,OK-EL10L并没有给出52.5l/min所对应的散热能力,同样是由于流量过低。
        方案三:重新设计散热器并更换
        由于1.5MW风力发电机组已经成批量持续运行,考虑到吊装空间及更换成本,重新设计应尽量沿用以前的配置,最经济有效的方法是只更换散热片并尽量保留以前的电机,风扇和钢罩等配件。新散热片需保证整体及安装尺寸和原有一致,但是必须解决翅片堵塞问题。
        设计方案如下:
        仅替换散热器其中的散热片,继续沿用以前的电机和风扇。翅片类型选用缝隙更大,通过效率良好的波纹式翅片,并增加散热片厚度以提高散热能力,满足需求。
        设计参数:

 


        5.结论
        运行环境是散热器选型及应用中的重要参数,选择一款相匹配的翅片,才能在提供最大散热效率的同时保证良好的空气流通性,使散热器的热传递正常运行,减少维护成本。在变频器柜内及其他环境良好的区域,可选用百叶窗式翅片以提高散热效率。但是在机舱内外或是塔筒内外的散热器,由于粉尘或是棉絮的存在,波纹式翅片是更好的选择。重要部件的散热系统,可以适当预留一定的安全裕量以应对突发情况,例如超高的环境温度或是管道堵塞等,以降低限功率或停机的风险。
参考文献
[1] 于炜东,高方勇,赵登力,刘保俊.一种新型1.5mw齿轮箱高温报警问题处理方法 [C].中国农机工业协会风能设备分会《风能产业》2015(08)
[2] 李建威.SL 1500风力发电机组齿轮箱油温高问题分析[C].第二届中国风电后市场专题研讨会论文集. 2015(09)

 
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