风力发电机齿轮箱润滑油的污染、危害及控制离线精滤系统在风力发电机的齿轮系统上安装应用1

风力发电机齿轮箱润滑油的污染、危害及控制——离线精滤系统在风力发电机的齿轮系统上安装应用摘要：近年来，风能行业在中国发展迅猛，然而根据风能发展较早国家和地区的经验，在3-5年的运行后，风力发电机开始进入一个故障多发期，关键部件如齿轮箱、发电机等开始集中出现不同程度的问题。本文就风机的关键部件之一齿轮箱的污染和危害做了详细的介绍和说明，并就各类污染提出了综合解决方案的建议。关键词：风力发电机，齿轮箱，污染，离线精滤一、关于风力发电机齿轮箱润滑增速齿轮箱是风力发电机的主要润滑部位，齿轮箱用于增加叶轮转速。目前主要的风力发电增速齿轮箱的制造商为Winergy，Hansen，Moventas等，我们国家的制造商为南京高速齿轮箱厂，重庆齿轮箱厂，大连重工减速机厂等。由于风力发电机多安装在偏远、空旷、多风地区，如我国的新疆、内蒙古及沿海等地区，增速齿轮箱的工作环境属于高低温变化、高湿气，并且风机处于相对偏远的地区，维修或更换的成本巨大，因此设计要求齿轮箱必须有尽可能高的运行稳定性、可靠性。颗粒物，水分和氧化产物等污染物，对油以及设备本身，都有较大的危害，会大大增加齿轮和轴承疲劳、磨损失效的风险。一旦齿轮箱需要维修或更换部件，其检修和配件的费用不菲，再加上动用大型设备，以及不可估计的停机时间造成的发电量损失，对于主机厂和业主双方，维修成本都会相当惊人。二、风力发电机的齿轮润滑油的主要污染：如上图所示，包括颗粒物，水，和氧化污染物。1）关于微小的颗粒物，目前风力发电机齿轮润滑油清洁度的要求和现状风机齿轮箱运行时的清洁度等级需要达到ISO17/15/12的标准，风电齿轮箱设计标准，风电齿轮箱设计标准，StandardDesign&SpecificationofGearboxforWindTurbines,

美国标准委员会/齿轮箱制造商协会/风能协会，ANSI/AGMA/AWEA6006-A032加入到齿轮箱里的新油newoil16/14/11齿轮箱经过工厂测试后，正常运行中inoperation17/15/12齿轮箱在经过24-72小时维护后afterthemaintainance17/15/12在维护或维修中的变速箱onrepairormaintainance18/16/13 污染度超过标准，就需要更换新油或者使用更高精度的滤器以满足要求。一般的，在风机齿轮箱的在线润滑系统上，附带了一套在线过滤器。为保证在线润滑系统的流量，这种过滤器一般过滤精度大多为10-50微米。事实上，在线过滤器很好的保护了润滑系统，但根据多年来风场业主的经验和取样检测，其本身并不能完全满足风机齿轮箱对润滑油清洁度的要求以及相关的标准。请注意，以下图中显示，一般中型载荷的油系统中，10微米以上的颗粒物仅占10%左右，约70-80%的颗粒物大小在1-5微米间。这些小的颗粒物进入齿面和轴承间隙中，是磨损的主要因素。这也是国际标准中为什么要求油品清洁度达到ISO17/15/12，推荐更高精度油过滤器的原因。过滤精度对轴承的寿命影响可参见下图。随着过滤器精度的提高，尤其是当精度超过10微米，达到5微米或更高的时候，轴承的寿命会有一个非常大的提高。风机运行3-5年之后，往往会发现一些齿轮和轴承的磨损严重，这实际上是没有使用高精度过滤器，油品清洁度不够理想所造成。以下可以看到，颗粒物对机械设备表面形成损害的过程，根据Noria公司的实验和统计，污染度降低，对齿轮箱的寿命影响可达3-5倍，具体可见下表（设备寿命延长因子）：2）关于水分由于风力发电机多安装在偏远、空旷、多风地区，如我国的新疆、内蒙古及沿海等地区，增速齿轮箱的工作环境属于高低温变化、高湿气，不可避免的会有一定量的水汽进入，造成污染。下图中，可见水对机械设备的表面产生的危害的过程：水会影响润滑油膜的形成，油品的润滑效果大打折扣；同时，水汽的进入，也会在合适的温度下，加速油品氧化和变质速度。水分对于轴承的寿命的影响，可见下图：3）关于氧化产物以上图片中的黄色胶状物质，齿轮箱底部沉积的黑色油泥，都是油的氧化产物。氧化产物会导致:“砂纸效应”，它们附着在机械工作表面，吸附颗粒物，加速零件的磨损；粘滞于机械表面，降低机械的表现；粘附于热交换器以及轴承和齿轮表面，降低了热交换效率，也会导致齿轮箱关键位置超温报警的风险提高；在线过滤器堵塞，油在管路中的流动受限；加速油的变质，增加维护的成本等。氧化物质存在氧化物质存在于齿轮箱中，即使换油，也不能从根本上改变油系统的清洁状况！三、去除以上污染物、控制润滑油清洁度的方法——加装离线精滤系统为了满足风机的润滑油清洁度要求，加强齿轮系统运行的可靠性，很多风机制造商开始寻求解决之道。因为在线润滑系统对油的流量有一定要求，所以，一般无法在在线系统中使用精度更高的过滤器；且一般滤器均为表面性过滤，无法去除水分和氧化物。多年以前，如很多国际领先的风机制造商，他们开始考虑同时使用精度更高、功能更全的离线精滤器，以解决油品的清洁度不达标的问题，用以保证油系统的清洁度维持在理想的水平，延长油品和机械设备的寿命。四、离线精滤系统的要求1）精度要求：一般的，根据经验，精滤器的过滤精度需要在5微米或更高的等级，才能满足风机齿轮箱润滑系统清洁度的要求。2）滤芯纳污能力：风机的离线精滤系统不同于一般的过滤系统，在要求更高的过滤精度的同时，也同时要求更大的纳污能力。因为精度的提高，一般同等精度的表面型滤网滤芯以离线形式安装，会很短时间内就会被堵塞而报警。频繁的更换滤芯不仅维护成本高，而且大大增加了维护人员的工作量，不适合风机操作的要求。以3-5微米的过滤精度要求，考虑到润滑油系统的情况，精滤系统滤芯的纳污能力需要在公斤级的水平。3）另外，水分和油氧化物对齿轮箱的威胁，越来越被业内人士所认识到，如果能有一套系统，能将这两种物质的在润滑油系统中的含量控制在安全水平以内，那么对于风机齿轮箱工作的稳定可靠性，将是一个非常大的帮助。五、风力发电机上离线精滤系统的使用情况1）现在世界上开始采用离线精滤系统的风机制造商，绝大多数使用来自丹麦西西延森公司的产品，在全世界范围内，已经有超过5万台CJC精滤器被安装在风力发电机上。西西延森离线精滤器与一般精滤器相比，具有以下突出的优点：高精度–绝对精度3微米（98.7%的3微米以上颗粒物，50%的0.8微米以上的颗粒物，在一次过滤中被滤除），油品清洁度可达到并超过风力发电行业标准；深度型过滤，纳污能力强（单组滤芯可去除4kg颗粒物、水和氧化物），可同时显著延长在线滤器滤芯的寿命；过滤能力全面，可去除颗粒物，水分（可达2L），氧化污染物（精滤器不会滤除正常的添加剂）；平均使用成本低；独立的循环系统，可持续工作，免维护，操作不影响主机运行；低功率低能耗，低工作压力，低流量，安装简单，工作可靠性高。用离线精滤系统“升级”您的风机齿轮箱：对于原始没有安装离线精滤系统的风机，我们同样可以通过后期加装达到改造升级的目的。以CJC精滤器为例，只需找到一个合适的位置固定CJC精滤器，并连接吸油、回油（无需改变风机原有结构），接上电源，从此您就可以不用担心齿轮箱润滑油的污染问题。2）关于CJC精滤器使用效果直观的，从显微镜下观察，使用CJC离线精滤器前后，颗粒物明显减少，滤膜颜色由黑变白。从检测数据上看，使用前的污染度为21/19/15；使用48小时后，污染度降低到15/14/1