風電機組齒輪箱潤滑油清潔度控制

1 引言
　　主齒輪箱是雙饋型風電機組的核心部件，其基本功能就是將風力推動葉片所產生的低轉速高扭矩功率，轉化為發電機所需的高轉速低扭矩功率。因此齒輪箱的可靠性往往直接影響了風電機組的發電效率和使用壽命。過多的齒輪箱失效將大大降低發電效率，同時增加整體的維護成本。
　　然而，風電機組主齒輪箱的損壞往往并不是開始于齒輪或者是由于齒面加工缺陷。美國國家可再生能源實驗室（NREL）最近的一項研究表明，風電機組主齒輪箱的失效大部分都始于軸承，而且隨著風電機組功率的不斷增大，這個情況越來越明顯。軸承壽命的影響因素眾多，除了設計、材料、加工等方面外，齒輪油品的雜質控制（包括顆粒雜質和水雜質）也是一個非常關鍵的因素。因此，控制齒輪油的清潔度對于保證齒輪箱的正常運行，延長設備使用壽命，提高發電效率都有著及其重要的意義。
　　2 風電機組齒輪油中雜質的危害
　　風電機組一般都安裝于草原、沙漠、戈壁、山林或沿海區域，經常暴露于極端氣候條件下，經歷異常的溫度、濕度和載荷考驗，周圍存在著各種各樣的污染風險，最典型的如沙漠戈壁中的沙塵污染和海上風電機組所經受的水分鹽分污染。
　　肉眼都無法觀察到的微小固體顆粒雜質（尺度往往都是微米量級），是如何使幾十噸重的齒輪箱失效的呢？對于齒輪箱來說，其齒面接觸區或者軸承的間隙往往也是微米級別的，潤滑油在其間形成油膜分開運動表面，起到潤滑的作用。那些尺寸正好在此量級的雜質顆粒會進入這些接觸區，損壞運動表面。例如，在齒輪的兩個齒面接觸區，比較硬的顆粒會在齒面形成磨料磨損，增加摩擦同時產生額外的熱量；而對軸承來說，這些雜質顆粒會降低運動表面的平整度，導致表面的粗糙和剝離磨損。固體顆粒雜質的成分不同，其硬度、脆性及塑性都有所不同，例如普通沙塵（主要成分是氧化硅），其莫式硬度在2 ～ 8 左右（莫式硬度從1 ～ 10，10 為最硬）。對于風電機組齒輪箱來說，硬度比較大的顆粒，如齒面磨損產生的磨粒，其危害性最強。但是大量的顆粒，不管硬度如何，對于軸承來說都是致命的。固體雜質顆粒的另一個影響是對于齒輪油本身壽命的影響。金屬顆粒往往都是催化劑，能夠加速油品的氧化。油品氧化后產生的漆膜、油泥及其他酸性物質反過來又會對金屬部件產生新的腐蝕。同時油品氧化后粘度增加也會增加齒輪箱的發熱，導致潤滑不良，造成新的磨損。表1 中給出了固體顆粒雜質對風電機組齒輪箱的主要危害。