风力发电机齿轮箱润滑油的污染、危害及控制

风力发电机齿轮箱润滑油的污染、危害及控制邓翔（西西延森公司）摘要：增速齿轮箱是风力发电机的重要部件，也是风力发电机故障多发的部件之一。随着对风力发电机运行经验的积累，齿轮箱的清洁度问题被越来越多的专业人士所重视。本文从风机齿轮箱运行维护的角度，介绍了风机齿轮箱润滑油的污染、危害，以及针对诸多污染问题，目前国际上一些领先的风机制造商采用的新技术——离线精滤。关键字：风力发电机增速齿轮箱，污染，清洁度，ISO4406/2000标准，CJC离线精滤一、关于风力发电机齿轮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，从20～50转/分到1000～1500转/分，后者是驱动大多数发电机所需的转速。目前主要的风力发电增速齿轮箱的制造商为Winergy（Flender公司的风电齿轮箱分支）、Hansen、Moventas（前身为Mesto）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。秦皇岛网秦皇岛论坛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，加上较大的扭力负荷，因此其中的润滑油受气候温差、湿度等影响较大，并且处于相对偏远的地区，维修不便，因此设计要求齿轮箱使用的齿轮油除了具有良好的极压抗磨性能、热氧化稳定性、水解安定性、抗乳化性能外，还要求粘温性能、低温流动性能以及长的使用寿命。而想要长时间保持齿轮油的这些特性，除了使用高性能的油品，更多的还需要保持油系统尽可能的清洁。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。一旦齿轮齿面和轴承磨损过度，而导致需要维修或更换部件，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，整个维修成本将会相当惊人。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的过滤系统的要求和现状：风力发电行业的标准（关于齿轮润滑油清洁度）：ANSI/AGMA/AWEA6006-A03，这是由美国标准委员会、齿轮箱制造协会和风能协会联合制定的标准，目前为众多风机制造商和业主所参考和采用。其中规定，齿轮箱运行时的清洁度等级需要达到ISO17/15/12的标准（详见附图，ISO4406标准），一旦污染度超过标准，一般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，我们为何推荐更高精度滤器的原因。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，轴承的寿命有一个非常大的提高。风机运行几年之后，往往会发现一些齿轮齿面以及齿轮箱轴承的磨损严重，这实际上是没有使用高精度过滤器，油品清洁度不达标所造成。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：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:a.“砂纸效应”，附着在机械工作表面，吸附颗粒物，加速零件的磨损；b.粘滞于机械表面，降低机械的表现；c.粘附于热交换器以及轴承和齿面上，降低了热交换效率，导致齿轮箱轴承超温报警的风险提高；d.在线过滤器堵塞，油在管路中的流动受限；e.加速油的变质，增加维护的成本等三、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Vestas,Gamesa等众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、风力发电机上离线精滤器的使用情况1）现在世界上开始采用离线精滤器的风机制造商，均使用来自丹麦西西延森公司的CJC离线精滤器，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。用CJC“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。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15/14/11；而一个月后，污染度已经稳定在13/12/9（数值每降低一级，单位体积内的颗粒污染减半）；同时，水分含量也从原先的1240ppm减低到76ppm。ISO13/12/9,水含量76ppm，对于风机的齿轮箱来说，这是一个极其理想的运行环境，齿轮箱轴承和齿轮损坏的风险将大大降低，润滑油本身同时也得到了极好的保护。新旧滤芯对比照片：3）西西延森离线精滤器与一般精滤器相比，还具有以下优点：a.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），完全满足风力发电行业标准；b.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；c.过滤能力全面，可去除颗粒物，水分（可达2L），氧化污染物（不会滤除正常的添加剂，市售的绝大部分油品均通过CJC过滤测试）；d.平均使用成本低；e.独立的循环系统，可持续工作，免维护，操作不影响主机运行；f.低功率低能耗，低工作压力，低流量，安装简单，工作可靠性高。g.秦皇岛网秦皇岛论坛