本发明涉及风电机组技术领域，特别是涉及一种风电机组齿轮箱润滑系统及该风电机组齿轮箱润滑系统中温控阀的故障监测方法。
背景技术：
风电机组齿轮箱润滑系统，通过油泵将齿轮油从油池中吸出，经过滤器过滤后进入温控阀，在温控阀的控制下流经热交换装置后进入齿轮箱，或直接进入齿轮箱。风电机组齿轮箱润滑系统的作用包括两方面：首先，为齿轮箱内的轴承与齿轮提供润滑，减小磨损，提升齿轮箱的工作寿命；其次，将齿轮箱运行过程中由于轴承摩擦与齿轮啮合摩擦所产生的热量，通过齿轮油带至润滑系统中的热交换器，进而与空气或冷却液等介质借助风扇进行强制换热后，齿轮油返回齿轮箱继续为轴承与齿轮进行润滑。
目前，兆瓦级风电机组中3mw以下双馈机型齿轮箱润滑系统多采用齿轮油-空气换热方案。齿轮油-空气换热方案，系统结构简单，经济性好，现行润滑系统中用于调整经过热交换器流量的温控阀，是依靠石蜡的热胀冷缩作用，推动阀芯相对阀体运动来实现对齿轮油分流控制的。不过由于齿轮油中含有一定量的齿轮或轴承磨损颗粒，会导致阀芯与阀体之间相对运动卡滞，进而使石蜡承受额外载荷而无法自由膨胀收缩，久而久之造成石蜡材质疲劳，最终使温控阀失效。
为解决温控阀意外失效的问题，目前多采用将温控阀作为备品备件定期更换的方法来处理。但是由于现行方法只能被动等待温控阀损坏，仍有一些风电机组由于温控阀意外失效，而现场未及时储备备件，造成机组长时间停机，降低了风电机组的发电量；同时由于无法在温控阀故障发生前及时维修，造成温控阀工作寿命大幅缩短，经济性不佳。
因此，如何创设一种风电机组齿轮箱润滑系统及该风电机组齿轮箱润滑系统中温控阀的故障监测方法，使其能够识别温控阀早期失效特征并发出预警，从而降低温控阀意外发生故障的概率，提高风电机组发电量，延长温控阀的工作寿命，降低风电机组运维成本。
技术实现要素：
本发明要解决的第一个问题是提供一种风电机组齿轮箱润滑系统，使其能够识别温控阀早期失效特征并发出预警，使该润滑系统中温控阀意外发生故障概率较低，工作寿命较长，使应用该润滑系统的风电机组发电量相对较高。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电机组齿轮箱润滑系统，包括油池、油泵、热交换器、温控阀及齿轮箱入口分配器依次连接形成的环形回路，所述油泵与温控阀之间还设有直通通路，所述直通通路与所述热交换器并联设置，还包括控制器以及与所述控制器连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器；所述第一温度传感器和第一压力传感器设置在所述油泵和热交换器之间，所述第二温度传感器和第二压力传感器设置在所述温控阀和齿轮箱入口分配器之间，所述控制器根据所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器的监测数据，对所述温控阀进行监测。
作为本发明的一种改进，还包括过滤器和安全阀，所述过滤器连接在所述油泵和热交换器之间，所述安全阀一端连接在所述油泵和过滤器之间，所述安全阀另一端与所述油池连接，所述第一温度传感器和第一压力传感器设置在所述过滤器和热交换器之间。
进一步改进，所述第二压力传感器设置在所述齿轮箱入口分配器处。
进一步改进，所述控制器为风电机组主控系统的控制器。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种温控阀的故障监测方法，使其能够识别温控阀早期失效特征并发出预警，从而降低温控阀意外发生故障的概率，提高风电机组发电量，延长温控阀的工作寿命，降低风电机组运维成本，以克服现有解决温控阀意外失效方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种如上述的风电机组齿轮箱润滑系统中温控阀的故障监测方法，包括如下步骤：a、通过第一温度传感器和第二温度传感器实时获取第一油温值和第二油温值，并计算所述第一油温值与第二油温值的差值；b、当所述第一油温值高于所述温控阀的开启温度时，通过将步骤(a)得出的所述第一油温值与第二油温值的差值与预设的温差阈值比较，判断所述温控阀是否出现故障。
作为本发明的一种改进，根据所述温控阀的开启程度，所述预设的温差阈值包括所述温控阀全开状态下的第一预设温差阈值和所述温控阀开启至全开状态下的第二预设温差阈值：当所述第一油温值高于所述温控阀的全开温度时，通过将步骤(a)得出的所述第一油温值与第二油温值的差值与所述第一预设温差阈值比较，判断所述温控阀是否出现故障；当所述第一油温值高于所述温控阀的开启温度，但低于所述温控阀的全开温度时，通过将步骤(a)得出的所述第一油温值与第二油温值的差值与所述第二预设温差阈值比较，判断所述温控阀是否出现故障。
进一步改进，还包括步骤c：通过所述第一压力传感器和第二压力传感器实时获取第一油压值和第二油压值，并计算所述第一油压值与第二油压值的差值，当所述第一油温值低于所述温控阀的开启温度时，通过将所述第一油压值与第二油压值的差值与预设的温压阈值比较，判断所述温控阀是否出现故障。
采用上述的设计后，本发明至少具有以下优点：
1、本发明风电机组齿轮箱润滑系统，控制器根据第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器的监测数据对温控阀进行监测，以达到识别温控阀的早期失效特征并发出预警的目的，使该润滑系统的温控阀意外发生故障概率较低，工作寿命较长，使应用该润滑系统的风电机组发电量相对较高。
2、本发明温控阀故障监测方法，能够有效识别温控阀的早期失效特征并发出预警，能够减少因温控阀意外故障造成的发电损失，并且能够提升温控阀使用寿命，克服了现有解决温控阀意外失效方法的不足。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明风电机组齿轮箱润滑系统的原理示意图；
其中，1、油泵，2、过滤器，3、热交换器，4、温控阀，5、第一温度传感器，6、第二温度传感器，7、第二压力传感器，8、安全阀，9、油池，10、齿轮箱入口分配器，11、第一压力传感器。
具体实施方式
本发明的风电机组齿轮箱润滑系统，通过监测润滑系统内齿轮油的油温和油压，能够识别该润滑系统内的温控阀的早期失效特征并发出预警，使温控阀意外发生故障的概率较低，工作寿命较长，使应用该润滑系统的风电机组发电量相对较高。
如图1所示，本实施例风电机组齿轮箱润滑系统，包括油池9、油泵1、过滤器2、热交换器3、温控阀4、齿轮箱入口分配器10及安全阀8，油池9、油泵1、过滤器2、热交换器3、温控阀4及齿轮箱入口分配器10依次连接并形成环形回路，温控阀4和过滤器2之间还设置有直通通路，直通通路与热交换器3并联设置，温控阀4用于根据齿轮油温度，控制流过热交换器3和直通通路的齿轮油流量，安全阀8一端连接在油泵1和过滤器2之间，安全阀8另一端与油池9连接，当润滑系统内油压过大时，可通过安全阀8将齿轮油导回油池9。
该润滑系统还包括控制器，以及与控制器连接的第一温度传感器5、第二温度传感器6、第一压力传感器11、第二压力传感器7；第一温度传感器5和第一压力传感器11设置在过滤器2和热交换器3之间，第二温度传感器6和第二压力传感器7可设置在温控阀4和齿轮箱入口分配器10之间，控制器根据第一温度传感器5、第二温度传感器6、第一压力传感器11和第二压力传感器7的监测数据对温控阀4进行监测。
作为优选方案，可将第二压力传感器7设置在齿轮箱入口分配器10处，或利用齿轮箱入口分配器10处的现有压力传感器作为第二压力传感器7，有益于简化该润滑系统结构，节约成本。
其中，控制器可为风电机组主控系统的控制器，即第一、第二温度传感器5、6和第一、第二压力传感器11、7采集数据后传输到风电机组主控系统，通过主控系统对温控阀4进行监视。
本发明还提供了过一种如上述风电机组齿轮箱润滑系统的温控阀4的故障监测方法，包括如下步骤：a、通过第一温度传感器5和第二温度传感器6实时获取第一油温值和第二油温值，并计算所述第一油温值与第二油温值的差值；b、当所述第一油温值高于所述温控阀4的开启温度时，通过将步骤(a)得出的所述第一油温值与第二油温值的差值与预设的温差阈值比较，判断所述温控阀4是否出现故障。
为使当第一油温值低于温控阀4的开启温度时，也能对温控阀4进行监测，该故障监测方法还可包括步骤c：通过第一压力传感器11和第二压力传感器7实时获取第一油压值和第二油压值，并计算第一油压值与第二油压值的差值，通过将第一油压值与第二油压值的差值与预设的温压阈值比较，判断温控阀4是否出现故障。
温控阀4用于控制流经热交换器3和直通通路的齿轮油流量，如果温控阀4出现卡滞，就会导致流经热交换器3和直通通路的齿轮油流量与设计流量不同，进而会导致第一油温值与第二油温值的差值或第一油压值与第二油压值的差值偏离设置值，通过监视第一油温值与第二油温值的差值或第一油压值与第二油压值的差值，能够识别该润滑系统内的温控阀4的早期失效特征并发出预警。
具体的，温控阀4分为三种工况：温控阀4全开工况、温控阀4开启至全开工况，以及温控阀4关闭工况。
当第一油温值高于温控阀4的全开温度时，该润滑系统处于温控阀4全开工况。该工况下，齿轮油除少量由于温控阀4的内泄而直接流入齿轮箱，绝大部分齿轮油流经热交换器3换热后进入齿轮箱。
热交换器3的散热量可根据热平衡方程和传热方程计算，热平衡方程和传热方程分别如下式1和式2所示：
q＝cm(t1-t2)(1)
其中，q为热交换器3的散热量(kw)，c为齿轮油的定压比热(ki/kg·k)，m为齿轮油的质量流量(kg/s)，t1为第一油温值，t2为第二油温值，下同。
q＝k(t1-t0)(2)
其中，k为热交换器3的工程换热系数(kw/k，简称换热系数)，t0为热交换器3换热介质温度，本实施例中为环境空气温度，下同。
根据热平衡方程和传热方程可计算得知，第一油温值与第二油温值的差值t1-t2＝k(t1-t0)/cm，该工况下第一油温值与第二油温值的差值与第一油温值t1、热交换器3的换热系数k、环境空气温度t0和流过热交换器3的齿轮油流量m相关。由于通过热交换器3的齿轮油流量c与强制风扇提供的空气流量为定值，使热交换器3的换热系数k基本不变，所以热交换器3的散热量由第一油温值t1和环境空气温度t0的差值决定。在例如环境试验箱中，模拟较大热源功率条件下，可测得温控阀4正常情况下，不同环境空气温度对应的第一油温值与第二油温值的差值，如果温控阀4出现故障就会导致流过热交换器3的齿轮油流量出现变化，进而导致第一油温值与第二油温值的差值出现变化。
因此，可以测得的第一油温值与第二油温值的差值为基础，将考虑一定的相关系数后获得的范围值作为判定温控阀4是否发生卡滞的第一预设温差阈值。将实时获取的第一油温值与第二油温值的差值与第一预设温差阈值进行比较，当实时获取的第一油温值与第二油温值的差值超出第一预设温差阈值实时进行故障预警。
当第一油温值高于温控阀4的开启温度，但低于温控阀4的全开温度时，该润滑系统处于温控阀4开启至全开工况。该工况下，润滑系统总流量基本不变，流经热交换器3的齿轮油流量从近乎于零逐渐上升为接近系统总流量，不经过热交换器3直接流入齿轮箱的齿轮油流量相应由接近系统总流量下降至近乎于零。由于经过热交换器3的流量发生变化，热交换器3的换热系数随之变化，如由0上升至额定值。
在环境试验箱中，模拟较大热源功率条件下，可测试得到一定环境空气温度与热交换器3不同换热系数相对应，并且与热交换器3内的齿轮油流量相对应的第一油温值与第二油温值的差值，以测得的第一油温值与第二油温值的差值为基础，将考虑一定的相关系数后获得的范围值作为判定温控阀4是否发生卡滞的第二预设温差阈值。将实时获取的第一油温值与第二油温值的差值与第二预设温差阈值进行比较，当实时获取的第一油温值与第二油温值的差值超出第二预设温差阈值时，判定温控阀4发生卡滞，进行故障预警。
当第一油温值低于温控阀4的开启温度时，该润滑系统处于温控阀4关闭工况。该工况下，润滑系统中的齿轮油几乎不流经热交换器3，而直接进入齿轮箱，使得第一油温值与第二油温值的差值很小，无法作为温控阀4卡滞的判定依据。但在该工况下，温控阀4卡滞会导致第一油压值与第二油压值的差值发生变化，同时，齿轮油温度不同导致的粘度变化，会造成该润滑系统阻力变化，进而也会造成第一油压值和第二油压值发生变化。
在环境试验箱中，模拟较小热源功率条件下，可测得不同热交换器3前油温条件下第一油压值和第二油压值的差值，将测得的第一油压值和第二油压值作为基础，将考虑一定的相关系数后获得的范围值作为判定温控阀4是否发生卡滞的温压阈值，将实时获取的第一油压值与第二油压值的差值与温压阈值进行比较，当实时获取的第一油压值与第二油压值的差值超出温压阈值时，判定温控阀4发生卡滞，进行故障预警。
本实施例中热交换器3以空气热交换器为例对本发明进行说明，不应理解为对本申请的任何限制。
本发明的温控阀故障监测方法，能够有效识别温控阀的早期失效特征，及早发现并发出预警，能够减少因温控阀意外故障造成的发电损失，并且能够提升温控阀使用寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。