風電機組齒輪箱潤滑油清潔度控制

在ISO 4406 所規定的清潔度中，三個數字分別代表不同顆粒度的清潔度級別，其中第一個數字代表每毫升樣品中顆粒直徑小于4μm 的雜質數量級別；第二個數字代表每毫升樣品中顆粒直徑小于6μm 的雜質數量級別；第三個數字代表每毫升樣品中顆粒直徑小于14μm 的雜質數量級別。數字越大代表雜質數量越多。由此可見，對于不同情況下的齒輪箱，行業標準有著不同的要求。和其他行業的要求相比，風電行業對于齒輪箱潤滑油清潔度的要求要苛刻許多，這也表明油品清潔度對于齒輪箱的可靠性的重要程度。
　　盡管行業標準對清潔度做了嚴格規定，但是目前國內運行的大部分風電機組都無法達到此要求。這一方面和齒輪箱的生產工藝和裝配控制有關，另一方面和齒輪箱的過濾系統設計也密切相關。根據ISO 81400-4 標準的要求，風電機組齒輪箱過濾系統的設計應該如圖2 所示。其中1 是循環主路，2 是循環旁路，在主路上裝有一個10μm 的精細過濾器和一個50μm 的壓力粗濾器，然后和冷卻器連接，在旁路上是一個5μm 的精細過濾器。這樣的過濾系統設計能夠保證運行中齒輪箱的清潔度達到18/16/13。但是目前國內運行的大部分風電機組，都只裝有一個主路過濾器，取消了旁路精細過濾器的設計，只有極少數的幾個制造商使用了旁路過濾器。那些只裝備主路過濾器的風電機組，盡管部分將濾芯調至7μm，但是依然無法達到要求，清潔度往往只有20/18/15 甚至更差。而使用了旁路過濾器的風電機組，其清潔度往往都可以達到17/15/13，超過標準的要求。
　　目前針對風電機組功率越來越大，其工況越來越復雜的情況，有研究建議在風電機組上加裝更加精細，更加高效的過濾器以保證更優的清潔度，確保齒輪箱和風電機組的可靠性。圖3 中給出的是將過濾器精度從10μm 提升到3μm 后，可以延長軸承的壽命50%。當然過濾器的選擇并不是越精細越好，太精細的過濾器有可能會過濾掉齒輪油中的部分添加劑，導致潤滑油的性能急劇下降，影響齒輪箱的穩定運行。同時過于精細的過濾器其流量較小，無法滿足冷卻器的要求。而且過濾器除了濾芯精度外，還有兩個重要的指標：β 值和納垢容量。β 值代表了過濾器的過濾效率，1 個β3 值為1000 的過濾器表示此3μm 的過濾器能夠一次過濾掉99.9% 的雜質，而1 個β3 值為100 的過濾器表示其過濾效率只有99%。納垢容量則表示過濾器容納雜質的能力，相同情況下納垢容量越大的過濾器，其更換周期越長。
　　對于風電齒輪箱過濾系統的選擇，有文章建議采用主路5μm ～ 7μm 過濾器，旁路3μm 過濾器的設計，一般β 值都要求在200 以上。