文：于建国国华能源投资有限公司河北分公司
摘要：国华河北新能源有限公司2013 年研制应用了一种新型换油装置，每台1.5 兆瓦风电机更换300 升齿轮箱油在1.5~2.5 小时内即可完成，本文对风电机齿轮箱地面换油装置工作方式进行了说明，详细描述了一种新型换油装置的使用流程，并与传统油桶换油方式进行了简单比较，指出了风电场换油使用专用装置的必要性。新型换油装置结合液压、气压传动和电气控制的优点，在电控系统的操控下，使风电机换油效率大大提高，新型自动换油装置具有安全、高效、专业的特点，风电机齿轮箱换油装置的研制应用使风电场风电机从此告别人工换油时代。
1. 引言
近年来，中国风电行业经历了一个高速发展的阶段，2013 年底累计并网装机容量7716 万千瓦，居世界第一。目前并网型风电机正朝着大型化的方向发展，单机容量1.5 兆瓦以上风电机组已经成为主导产品，5 兆瓦风电机已经投产，更大容量的也在研发之中。现在市场上直驱型风电机组虽然有不少的应用，但齿轮箱型风电机仍占较大比例。齿轮箱作为机组最重要部件之一，必须正确使用和维护，为确保齿轮箱设备稳定可靠运行，必须高度重视齿轮箱的润滑问题，保证齿轮箱的润滑性能，齿轮箱的润滑管理尤其是齿轮箱的换油工作已成为风电场不可忽视的重要任务，随着初装风电机纷纷出质保，风场正面临着诸如风电机换油等越来越艰巨的维护工作，传统的人工油桶换油方式远不能满足需要，亟需专业而又成熟的换油手段来维持机组运行可靠性和稳定性。2013 年以来，埃克森美孚等公司将风电机换油服务引入我国市场，但国外厂家设备价格昂贵，它的换油装置的换油流程仍不能较好满足现场需求，我公司针对所属风场地处张家口坝上气候特点，结合风场机组具体情况，同合作单位上海敏泰在2013年研制了一套风电机齿轮箱换油装置，费用远低于国外产品，性能稳定，投入实际应用，取得了良好效果。
1.1 新型齿轮箱换油装置的功能特点
本装置主要用于对风场风电机齿轮箱的换油作用，能够在地面操作实现将齿轮箱油液排放到污油箱，利用冲洗油液对齿轮箱进行了冲洗，将干净油液加入风电机齿轮箱等一系列作业，操作过程能保证油液的清洁度。
1.2 风场齿轮箱换油装置结构
风场齿轮箱换油装置由底座、电控系统、软管卷盘总成、污油箱总成、净油箱总成、冲洗油箱、过滤器总成、设备动力总成集成在一起组成，各部分功能如下：
底座是整个设备的基础，它呈框架式结构、刚性好，结构上便于设备整体搬运，固定和运输。
电控系统由各种电气元件组成，在面板上布置了各种按钮，它对整个设备进行操作和控制。
软管卷盘总成是将加油管和排放管进行收放，上面设有软管护架，保护软管不被划伤，同时设有定位机构，防止卷筒在工作过程中发生转动。
污油箱总成是盛装齿轮箱排出的废油，在它上面设有液位计，可以观察油箱油量。
净油箱总成是盛装干净清洁的润滑油，同时可以在净油箱里对油液进行循环处理，保证净油箱油液的清洁度符合齿轮箱的要求。
冲洗油箱主要用于对齿轮箱进行冲洗，清除大部分齿轮箱内的残余污染物。
过滤器总成可以对加入净油箱的油液进行过滤，同时可以对净油箱的油液进行循环处理。
设备动力总包含加油电机泵组、过滤电机泵组、空气压缩机、真空泵等，为设备的各个动作提供动力源。
本文所介绍的风场齿轮箱换油装置仅是基体结构，将它可以置于集装箱卡车、越野拖车等不同的运输工具上，以满足不同的环境使用。
2. 新换油装置换油方式
新研发的风电场齿轮箱换油装置，它是通过两根油管与齿轮箱直接相连的密闭式操作，避免油液与外界环境接触，防止造成污染，并且每次作业只需要一次接管，经过一次连接后就能够完成齿轮箱排油、齿轮箱冲洗和齿轮箱加油工作，净油系统和冲洗油系统分别有独立的过滤系统，系统精度NAS1638，8 级，所加新油经过过滤，经检测达到要求后才通过电动泵加入到齿轮箱，通过真空放油，使放油作业高效迅速，完成一次换油只需要1.5 ～ 2.5小时，大幅度提高了换油效率和降低了人员的劳动强度。
2.1 新换油装置换油方式流程
从流程上看，新换油方式比传统换油方式的流程简化了许多，使换油效率也大大提高了。
3. 风场齿轮箱换油装置使用方法
3.1 风场齿轮箱换油装置工作原理图
1、单级旋片式真空泵 2、10、13、23、27、手动球阀 3、空压机 4、空气过滤减压阀5、22、30、压力表 6、7、电磁阀 8、空气减压阀 9、L型手动三通 11、32、液位传感器 12、38、快速接头 14、加热器 15、温度传感器 16、高压齿轮泵 17、25、钟罩联轴器 18、26、电动机 19、先导溢流阀 20、单向阀 21、节流阀 24、循环齿轮泵 28、29、过滤器(5μm) 31、可视液位计 33、油流指示器 34、电子流量加油枪35、净油罐 36、污油罐 37、清洗罐组件 39、软管 40、41、液压软管 42、数显表43、压缩空气过滤器 44、空气滤清器 45、消声器
3.2 风场齿轮箱换油装置工作原理介绍
3.2.1 准备
管路按照要求连接至相应位置，根据总电源电压连接相应的重载连接器。将所有断路器合闸，检查各操作按钮是否在初始状态;观察电压表指针是否指向AC380V±10% 位置，如果不符合检查电源接线是否正确;观察“相序切换”旋钮指示灯是否亮，如果指示灯亮表示相序不正确，旋转“相序切换”旋钮指示灯灭，按下“总电源”按钮设备给电。
3.2.2 加油
3.2.2.1 净油箱加油
1)打开球阀(10.1#) 并把三通球阀(9#) 旋至与净油箱回油口导通位置，其余球阀关闭;将快速插头(12.2#)与快速插头(38#)对接。
2)将吸油管快速插头(38#)与快速插头(12.2#)对接，吸口放入准备好的洁净油桶内，确保放入150mm 深以下。
3)按“循环泵启动”按钮，循环泵24 运行，设备处于净油箱加油状态，注意观察“净油箱液位”显示器。
4)直至“净油箱液位高”指示灯亮并伴随蜂鸣器报警，立即按“循环泵停止”按钮，循环泵停止工作，关闭球阀(9#)，将吸油管拆下，清洁归位。( 注：净油箱加油液位不能高于液位计上限报警值)
3.2.2.2 冲洗油箱注油
1) 打开球阀(10.3#) 并把三通球阀(9#) 旋至与冲洗油箱回油口导通位置，其余球阀关闭;将快速插头(12.2#)与快速插头(38#)对接。
2)将吸油管快速插头(38#)与快速插头(12.2#)对接，吸口放入准备好的洁净油桶内，确保放入150mm 深以下。
3)按“循环泵启动”按钮，循环泵24 运行，设备处于冲洗油箱加油状态，注意观察“冲洗油箱液位”显示器。
4)直至“冲洗油箱液位高”指示灯亮并伴随蜂鸣器报警，立即按“循环泵停止”按钮，循环泵停止工作，关闭球阀(9#)，将吸油管拆下，清洁归位。( 注：冲洗油箱加油液位必须处在液位计设定范围内)
3.2.3 循环过滤，加热，除水
3.2.3.1 冲洗油箱循环过滤， 加热，除水
1)打开球阀(23.2#)、三通球阀(9#) 旋至与冲洗油箱回油口导通位置，其余球阀关闭。
2)按下“循环泵启动”按钮，循环泵24 启动，对冲洗油箱内油液进行循环过滤。
3)如油液温度过低，可开启加热器进行油液加热(“循环油液温度”数显表设置加热器的启/ 停温度：出厂预设值为：+20℃启动、+40℃停止)，按下“加热器启动”按钮，加热器进入自动控制状态(当温度低于+20℃时加热器开始工作，当油温高于+40℃时加热器停止工作)。另外在开启加热器时确认循环泵处于开启状态，否则加热器无法开启。
4)如需对油液进行除水，在循环泵以及加热器开启的状态下，打开球阀(2.1#)，按下“真空泵启动”按钮，此时设备进入循环过滤，加热，除水状态。
5)期间可以通过过滤器上测压接口取样，并用颗粒检测仪检测洁净度，直至达到所需要求。
6)完成后按“循环泵停止”以及“真空泵停止”按钮。
3.2.3.2 净油箱循环过滤，加热，除水
注：净油箱油液在进行循环过滤，加热，除水之前先将净油箱内少量的油液通过循环泵注入至冲洗油箱内，目的主要用来清洗管道以及零部件内壁，防止净油的二次污染。
1) 打开球阀(23.1#) 并将三通球阀(9#) 旋至与冲洗油箱回油口导通位置，其余球阀关闭。
2)按下“循环泵启动”按钮，循环泵24 运行，运行20s ～ 30s 后，按“循环泵停止”按钮，循环泵停止工作。
3)将三通球阀(9#)切换至与净油箱回油口导通位置，再次按下“循环泵启动”按钮，循环泵24 启动，对净油箱内油液进行循环过滤。
4)如油液温度过低，可开启加热器进行油液加热(“循环油液温度”数显表设置加热器的启/ 停温度：出厂预设值为：+20℃启动、+40℃停止)，按下“加热器启动”按钮，加热器进入自动控制状态(当温度低于+20℃时加热器开始工作，当油温高于+40℃时加热器停止工作)。另外在开启加热器时确认循环泵处于开启状态，否则加热器无法开启。
5)如需对油液进行除水，在循环泵以及加热器开启的状态下，打开球阀(2.1#)，按下“真空泵启动”按钮，此时设备进入循环过滤，加热，除水状态。
6)期间可以通过过滤器上测压接口取样，并用颗粒检测仪检测洁净度，直至达到所需要求。
7)完成后按“循环泵停止”以及“真空泵停止”按钮。
3.2.4 回收齿轮箱旧油
1)打开球阀 (2.2#) 以及压力表(30.1#)开关，其余球阀关闭。
2)按下“真空泵启动”按钮，真空泵运行，污油箱内空气在真空泵作用下，以速度40m3/h 被抽出。
3) 观察真空压力表(30.1#) 的压力变化，直至真空压力表(30.1#)的压力达到-0.5bar 到-1bar 之间。
4) 再打开球阀(27.3#) 和球阀(27.4#)，齿轮箱内油液在真空以及重力作用下流入污油箱。
5)旧油回收工作进度可通过透明油流指示器(33#)来观察。
6)旧油回收完毕后，按下“真空泵停止”按钮，关闭球阀(2.2#，27.3#，27.4#)。
3.2.5 齿轮箱油液循环过滤，清洗
1)打开球阀(2.5#)并把电子加油枪开关打开，其余球阀关闭。
2)按下“空压机启动”按钮，调节三位旋钮“冲洗油箱增压污油箱”旋至“冲洗油箱”位置，冲洗油箱开始增压，同时按下“加油泵启动”按钮，此时冲洗油箱油液被注入齿轮箱内。
3)注油完成后，按下“空压机停止”以及“加油泵停止”按钮，关闭球阀(2.5#)以及关闭电子加油枪开关，打开球阀(10.3#)，将冲洗油箱内气体排空，排空后关闭，然后打开球阀(2.1#)，按下“真空泵启动”按钮，将高空加油软管内的油液回收至冲洗油箱内，完成后，按下“真空泵停止”按钮，真空泵停止工作。
4)齿轮箱自行运转清洗完成后，打开球阀(27.2#，27.4#)，可根据需要再次启动真空泵，此时齿轮箱内清洗后油液回收至冲洗油箱内(可通过透明油流指示器观察)，完成后按下“真空泵停止“按钮，关闭球阀(27.2#，27.4#)。
5)将冲洗油箱回收的油液进行循环过滤，除水(参照步骤三.1)，客户可对过滤后的油液进行采样检测，来确定五步骤是否重复。
注：五步骤最后一次往齿轮箱注油清洗时， 可用净油箱中净油(50L ～ 60L)来进行最后的补充，目的是为了清洗高空加油软管以及零部件内壁，防止油液的混合造成净油的二次污染。(具体步骤参照3.2.6 步骤)
3.2.6 齿轮箱加新油
1)打开球阀(2.4#)以及电子加油枪开关，其余球阀关闭。
2)按下“加油泵启动”，“空压机启动”以及“净油箱增压”按钮(根据现场情况来判断是否开启加压系统)，加油泵，空压机开始工作，净油箱内油液通过高空加油软管被注入到齿轮箱内。
3)加油工作进度可通过电子加油枪累积流量计观察，参照齿轮箱液位计。加油工作完成后，按下“加油泵停止”以及“空压机停止”按钮，打开球阀(10.1#)，将净油箱内气体排出，完成后关闭。然后打开球阀(2.3#)以及电子加油枪开关，按下“真空泵启动”按钮，将高空加油软管内油液回收至净油箱，完成后停止真空泵。
3.2.7 收尾工作
1)将各油箱内油液按照客户要求进行相应处理。
2)按下“总电源”按钮，关闭电源总开关，并拆除外接总电源的航空插头。
3)将长软管回收，关闭各球阀，整套设备，各拆装零部件以及工具清点，清洁，整理。
4. 新型机械换油系统与传统油桶换油方式的比较
国华河北新能源公司所研制的一种新型机械换油系统，2013 年在风电场完成了66 台GE1.5MW 风电机齿轮箱的换油服务，比现有的传统油桶换油方式有以下优势(见表)：
5. 结语
新型换油装置的应用，实现了地面的换油服务(在地面而不是在风电机塔上进行换油服务)，这个流程关注到了安全、高效和封闭性，而且操作简单;使得换油可以全天候进行，在极端的严寒温度下也可进行换油，因为换油装置的油液已经加热升温。新型换油装置在换油作业的过程中，如收集废油、冲洗、清洗、注入新油各个步骤中提供了正确的方式，彻底解决了原来传统的油桶换油方式中的“高危险、低效率、油品二次污染”等问题。
2013 年国华河北新能源公司风电场利用新型换油装置更换了66 台风电机组齿轮箱油，工作时间约130小时。如仍按传统换油方式进行，全部更换完成工作时间约600 小时，减少了470 小时的停机时间，约减少发电量损失25 万千瓦时。另外，现有风电装量107 万千瓦，共784 台风电机，陆续出质保后，换油工作量将大幅度增加。初步估算由新型换油装置代替传统人工加油，除了可节省大量的人工外，每年减少电量损失至少在100 万千瓦时以上。因此，新型换油装置由于具有高效、安全可靠和环保的特点，此装置的应用推广，必将促进风电机运维管理上一个新的台阶。
原标题:一种风电机组齿轮箱换油装置及使用方法浅述