风电机组齿轮箱润滑油清洁度控制

在ISO 4406 所规定的清洁度中，三个数字分别代表不同颗粒度的清洁度级别，其中第一个数字代表每毫升样品中颗粒直径小于4μm 的杂质数量级别；第二个数字代表每毫升样品中颗粒直径小于6μm 的杂质数量级别；第三个数字代表每毫升样品中颗粒直径小于14μm 的杂质数量级别。数字越大代表杂质数量越多。由此可见，对于不同情况下的齿轮箱，行业标准有着不同的要求。和其他行业的要求相比，风电行业对于齿轮箱润滑油清洁度的要求要苛刻许多，这也表明油品清洁度对于齿轮箱的可靠性的重要程度。
　　尽管行业标准对清洁度做了严格规定，但是目前国内运行的大部分风电机组都无法达到此要求。这一方面和齿轮箱的生产工艺和装配控制有关，另一方面和齿轮箱的过滤系统设计也密切相关。根据ISO 81400-4 标准的要求，风电机组齿轮箱过滤系统的设计应该如图2 所示。其中1 是循环主路，2 是循环旁路，在主路上装有一个10μm 的精细过滤器和一个50μm 的压力粗滤器，然后和冷却器连接，在旁路上是一个5μm 的精细过滤器。这样的过滤系统设计能够保证运行中齿轮箱的清洁度达到18/16/13。但是目前国内运行的大部分风电机组，都只装有一个主路过滤器，取消了旁路精细过滤器的设计，只有极少数的几个制造商使用了旁路过滤器。那些只装备主路过滤器的风电机组，尽管部分将滤芯调至7μm，但是依然无法达到要求，清洁度往往只有20/18/15 甚至更差。而使用了旁路过滤器的风电机组，其清洁度往往都可以达到17/15/13，超过标准的要求。
　　目前针对风电机组功率越来越大，其工况越来越复杂的情况，有研究建议在风电机组上加装更加精细，更加高效的过滤器以保证更优的清洁度，确保齿轮箱和风电机组的可靠性。图3 中给出的是将过滤器精度从10μm 提升到3μm 后，可以延长轴承的寿命50%。当然过滤器的选择并不是越精细越好，太精细的过滤器有可能会过滤掉齿轮油中的部分添加剂，导致润滑油的性能急剧下降，影响齿轮箱的稳定运行。同时过于精细的过滤器其流量较小，无法满足冷却器的要求。而且过滤器除了滤芯精度外，还有两个重要的指标：β 值和纳垢容量。β 值代表了过滤器的过滤效率，1 个β3 值为1000 的过滤器表示此3μm 的过滤器能够一次过滤掉99.9% 的杂质，而1 个β3 值为100 的过滤器表示其过滤效率只有99%。纳垢容量则表示过滤器容纳杂质的能力，相同情况下纳垢容量越大的过滤器，其更换周期越长。
　　对于风电齿轮箱过滤系统的选择，有文章建议采用主路5μm ～ 7μm 过滤器，旁路3μm 过滤器的设计，一般β 值都要求在200 以上。