風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱潤滑油的污染、危害及控制離線精濾系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪系統(tǒng)上安裝應(yīng)用1

風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱潤滑油的污染、危害及控制——離線精濾系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪系統(tǒng)上安裝應(yīng)用摘要：近年來，風(fēng)能行業(yè)在中國發(fā)展迅猛，然而根據(jù)風(fēng)能發(fā)展較早國家和地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，在3-5年的運(yùn)行后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)開始進(jìn)入一個故障多發(fā)期，關(guān)鍵部件如齒輪箱、發(fā)電機(jī)等開始集中出現(xiàn)不同程度的問題。本文就風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一齒輪箱的污染和危害做了詳細(xì)的介紹和說明，并就各類污染提出了綜合解決方案的建議。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)，齒輪箱，污染，離線精濾一、關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱潤滑增速齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要潤滑部位，齒輪箱用于增加葉輪轉(zhuǎn)速。目前主要的風(fēng)力發(fā)電增速齒輪箱的制造商為Winergy，Hansen，Moventas等，我們國家的制造商為南京高速齒輪箱廠，重慶齒輪箱廠，大連重工減速機(jī)廠等。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)多安裝在偏遠(yuǎn)、空曠、多風(fēng)地區(qū)，如我國的新疆、內(nèi)蒙古及沿海等地區(qū)，增速齒輪箱的工作環(huán)境屬于高低溫變化、高濕氣，并且風(fēng)機(jī)處于相對偏遠(yuǎn)的地區(qū)，維修或更換的成本巨大，因此設(shè)計要求齒輪箱必須有盡可能高的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性。顆粒物，水分和氧化產(chǎn)物等污染物，對油以及設(shè)備本身，都有較大的危害，會大大增加齒輪和軸承疲勞、磨損失效的風(fēng)險。一旦齒輪箱需要維修或更換部件，其檢修和配件的費(fèi)用不菲，再加上動用大型設(shè)備，以及不可估計的停機(jī)時間造成的發(fā)電量損失，對于主機(jī)廠和業(yè)主雙方，維修成本都會相當(dāng)驚人。二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的齒輪潤滑油的主要污染：如上圖所示，包括顆粒物，水，和氧化污染物。1）關(guān)于微小的顆粒物，目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪潤滑油清潔度的要求和現(xiàn)狀風(fēng)機(jī)齒輪箱運(yùn)行時的清潔度等級需要達(dá)到ISO17/15/12的標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電齒輪箱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電齒輪箱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，StandardDesign&SpecificationofGearboxforWindTurbines,

美國標(biāo)準(zhǔn)委員會/齒輪箱制造商協(xié)會/風(fēng)能協(xié)會，ANSI/AGMA/AWEA6006-A032加入到齒輪箱里的新油newoil16/14/11齒輪箱經(jīng)過工廠測試后，正常運(yùn)行中inoperation17/15/12齒輪箱在經(jīng)過24-72小時維護(hù)后afterthemaintainance17/15/12在維護(hù)或維修中的變速箱onrepairormaintainance18/16/13 污染度超過標(biāo)準(zhǔn)，就需要更換新油或者使用更高精度的濾器以滿足要求。一般的，在風(fēng)機(jī)齒輪箱的在線潤滑系統(tǒng)上，附帶了一套在線過濾器。為保證在線潤滑系統(tǒng)的流量，這種過濾器一般過濾精度大多為10-50微米。事實(shí)上，在線過濾器很好的保護(hù)了潤滑系統(tǒng)，但根據(jù)多年來風(fēng)場業(yè)主的經(jīng)驗(yàn)和取樣檢測，其本身并不能完全滿足風(fēng)機(jī)齒輪箱對潤滑油清潔度的要求以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。請注意，以下圖中顯示，一般中型載荷的油系統(tǒng)中，10微米以上的顆粒物僅占10%左右，約70-80%的顆粒物大小在1-5微米間。這些小的顆粒物進(jìn)入齒面和軸承間隙中，是磨損的主要因素。這也是國際標(biāo)準(zhǔn)中為什么要求油品清潔度達(dá)到ISO17/15/12，推薦更高精度油過濾器的原因。過濾精度對軸承的壽命影響可參見下圖。隨著過濾器精度的提高，尤其是當(dāng)精度超過10微米，達(dá)到5微米或更高的時候，軸承的壽命會有一個非常大的提高。風(fēng)機(jī)運(yùn)行3-5年之后，往往會發(fā)現(xiàn)一些齒輪和軸承的磨損嚴(yán)重，這實(shí)際上是沒有使用高精度過濾器，油品清潔度不夠理想所造成。以下可以看到，顆粒物對機(jī)械設(shè)備表面形成損害的過程，根據(jù)Noria公司的實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計，污染度降低，對齒輪箱的壽命影響可達(dá)3-5倍，具體可見下表（設(shè)備壽命延長因子）：2）關(guān)于水分由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)多安裝在偏遠(yuǎn)、空曠、多風(fēng)地區(qū)，如我國的新疆、內(nèi)蒙古及沿海等地區(qū)，增速齒輪箱的工作環(huán)境屬于高低溫變化、高濕氣，不可避免的會有一定量的水汽進(jìn)入，造成污染。下圖中，可見水對機(jī)械設(shè)備的表面產(chǎn)生的危害的過程：水會影響潤滑油膜的形成，油品的潤滑效果大打折扣；同時，水汽的進(jìn)入，也會在合適的溫度下，加速油品氧化和變質(zhì)速度。水分對于軸承的壽命的影響，可見下圖：3）關(guān)于氧化產(chǎn)物以上圖片中的黃色膠狀物質(zhì)，齒輪箱底部沉積的黑色油泥，都是油的氧化產(chǎn)物。氧化產(chǎn)物會導(dǎo)致:“砂紙效應(yīng)”，它們附著在機(jī)械工作表面，吸附顆粒物，加速零件的磨損；粘滯于機(jī)械表面，降低機(jī)械的表現(xiàn)；粘附于熱交換器以及軸承和齒輪表面，降低了熱交換效率，也會導(dǎo)致齒輪箱關(guān)鍵位置超溫報警的風(fēng)險提高；在線過濾器堵塞，油在管路中的流動受限；加速油的變質(zhì)，增加維護(hù)的成本等。氧化物質(zhì)存在氧化物質(zhì)存在于齒輪箱中，即使換油，也不能從根本上改變油系統(tǒng)的清潔狀況！三、去除以上污染物、控制潤滑油清潔度的方法——加裝離線精濾系統(tǒng)為了滿足風(fēng)機(jī)的潤滑油清潔度要求，加強(qiáng)齒輪系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，很多風(fēng)機(jī)制造商開始尋求解決之道。因?yàn)樵诰€潤滑系統(tǒng)對油的流量有一定要求，所以，一般無法在在線系統(tǒng)中使用精度更高的過濾器；且一般濾器均為表面性過濾，無法去除水分和氧化物。多年以前，如很多國際領(lǐng)先的風(fēng)機(jī)制造商，他們開始考慮同時使用精度更高、功能更全的離線精濾器，以解決油品的清潔度不達(dá)標(biāo)的問題，用以保證油系統(tǒng)的清潔度維持在理想的水平，延長油品和機(jī)械設(shè)備的壽命。四、離線精濾系統(tǒng)的要求1）精度要求：一般的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，精濾器的過濾精度需要在5微米或更高的等級，才能滿足風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑系統(tǒng)清潔度的要求。2）濾芯納污能力：風(fēng)機(jī)的離線精濾系統(tǒng)不同于一般的過濾系統(tǒng)，在要求更高的過濾精度的同時，也同時要求更大的納污能力。因?yàn)榫鹊奶岣撸话阃染鹊谋砻嫘蜑V網(wǎng)濾芯以離線形式安裝，會很短時間內(nèi)就會被堵塞而報警。頻繁的更換濾芯不僅維護(hù)成本高，而且大大增加了維護(hù)人員的工作量，不適合風(fēng)機(jī)操作的要求。以3-5微米的過濾精度要求，考慮到潤滑油系統(tǒng)的情況，精濾系統(tǒng)濾芯的納污能力需要在公斤級的水平。3）另外，水分和油氧化物對齒輪箱的威脅，越來越被業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)識到，如果能有一套系統(tǒng)，能將這兩種物質(zhì)的在潤滑油系統(tǒng)中的含量控制在安全水平以內(nèi)，那么對于風(fēng)機(jī)齒輪箱工作的穩(wěn)定可靠性，將是一個非常大的幫助。五、風(fēng)力發(fā)電機(jī)上離線精濾系統(tǒng)的使用情況1）現(xiàn)在世界上開始采用離線精濾系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)制造商，絕大多數(shù)使用來自丹麥西西延森公司的產(chǎn)品，在全世界范圍內(nèi)，已經(jīng)有超過5萬臺CJC精濾器被安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。西西延森離線精濾器與一般精濾器相比，具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：高精度–絕對精度3微米（98.7%的3微米以上顆粒物，50%的0.8微米以上的顆粒物，在一次過濾中被濾除），油品清潔度可達(dá)到并超過風(fēng)力發(fā)電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；深度型過濾，納污能力強(qiáng)（單組濾芯可去除4kg顆粒物、水和氧化物），可同時顯著延長在線濾器濾芯的壽命；過濾能力全面，可去除顆粒物，水分（可達(dá)2L），氧化污染物（精濾器不會濾除正常的添加劑）；平均使用成本低；獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，可持續(xù)工作，免維護(hù)，操作不影響主機(jī)運(yùn)行；低功率低能耗，低工作壓力，低流量，安裝簡單，工作可靠性高。用離線精濾系統(tǒng)“升級”您的風(fēng)機(jī)齒輪箱：對于原始沒有安裝離線精濾系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，我們同樣可以通過后期加裝達(dá)到改造升級的目的。以CJC精濾器為例，只需找到一個合適的位置固定CJC精濾器，并連接吸油、回油（無需改變風(fēng)機(jī)原有結(jié)構(gòu)），接上電源，從此您就可以不用擔(dān)心齒輪箱潤滑油的污染問題。2）關(guān)于CJC精濾器使用效果直觀的，從顯微鏡下觀察，使用CJC離線精濾器前后，顆粒物明顯減少，濾膜顏色由黑變白。從檢測數(shù)據(jù)上看，使用前的污染度為21/19/15；使用48小時后，污染度降低到15/14/1