風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑油清潔度控制措施

張立峰

(中國大唐集團(tuán)科技工程有限公司，北京 100097)

風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑油清潔度控制措施

張立峰

(中國大唐集團(tuán)科技工程有限公司，北京 100097)

齒輪箱是風(fēng)機(jī)的核心部件之一，通過潤滑油過濾系統(tǒng)來保持潤滑油的清潔度，可有效延長風(fēng)機(jī)齒輪箱使用壽命、提高傳動效率。分析了齒輪箱潤滑油雜質(zhì)來源及危害，通過油品檢測試驗(yàn)，得出了在線過濾系統(tǒng)及離線精濾系統(tǒng)的過濾效果，總結(jié)了控制潤滑油清潔度的方法。

風(fēng)機(jī)；齒輪箱；潤滑油；過濾系統(tǒng)；清潔度

0 引言

近年來，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在我國蓬勃發(fā)展，風(fēng)電已成為繼火電、水電之后的第3大電源，在我國能源結(jié)構(gòu)中的比重逐年增加。風(fēng)機(jī)設(shè)備從傳動結(jié)構(gòu)上分類，主要可以分為雙饋式風(fēng)機(jī)與直驅(qū)式風(fēng)機(jī)。雙饋式風(fēng)機(jī)成熟度高、成本低，約占我國裝機(jī)總量的60%，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)約占我國裝機(jī)總量的30%。雙饋式風(fēng)機(jī)主要傳動特征是通過齒輪箱將從風(fēng)輪傳遞過來的低轉(zhuǎn)速增速到發(fā)電機(jī)所需的高轉(zhuǎn)速。齒輪箱是風(fēng)機(jī)的主要潤滑部位，用油量占風(fēng)機(jī)用油量的3/4左右，多采用油池飛濺式潤滑或壓力強(qiáng)制循環(huán)潤滑。齒輪箱潤滑油中的雜質(zhì)過多，會加大齒輪箱內(nèi)部齒輪的磨損，造成齒輪箱損壞、失效[1]。因此，通過過濾系統(tǒng)控制齒輪箱潤滑油清潔度，對保證齒輪箱的正常運(yùn)行、延長使用壽命、提高傳動效率與發(fā)電效率有著極其重要的意義。

1 齒輪箱潤滑油雜質(zhì)來源及危害

齒輪箱潤滑油雜質(zhì)來源較多，從出廠到實(shí)際運(yùn)行的過程中，雜質(zhì)都有可能進(jìn)入齒輪箱潤滑油，雜質(zhì)的主要來源如下[2]。

(1)風(fēng)機(jī)齒輪箱裝配環(huán)境不夠清潔，出廠后沖洗不徹底，導(dǎo)致齒輪箱里存在金屬磨粒和雜質(zhì)。

(2)風(fēng)機(jī)齒輪箱更換潤滑油時(shí)，廢油未沖洗干凈，殘存雜質(zhì)和金屬磨粒。更換濾芯時(shí)，由于操作不當(dāng)，外界灰塵(主要是Si)進(jìn)入齒輪箱內(nèi)。

(3)齒輪箱內(nèi)部磨損所產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)顆粒等。

(4)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在戈壁、高山或沿海地區(qū)，運(yùn)行環(huán)境惡劣，環(huán)境中的污染物通過呼吸器等進(jìn)入齒輪箱內(nèi)部。

潤滑油雜質(zhì)會加速齒輪箱的磨損，使齒面出現(xiàn)點(diǎn)蝕等；金屬磨粒是活性催化劑，會導(dǎo)致潤滑油黏度上升，生成酸性物質(zhì)等：這些最終會導(dǎo)致齒輪箱失效，降低齒輪箱使用壽命，增加風(fēng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)成本。

2 齒輪箱潤滑油清潔度

ISO 4406—1999《液壓傳動 油液 固體顆粒污染等級代號法》所規(guī)定的風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑油清潔度見表1[3]。

表1 潤滑油清潔度

表中清潔度的3個(gè)數(shù)據(jù)分別代表不同顆粒計(jì)數(shù)級別：第1個(gè)數(shù)值代表每毫升樣品中顆粒直徑大于4 μm的雜質(zhì)數(shù)量級別；第2個(gè)數(shù)值代表每毫升樣品中顆粒直徑大于6 μm的雜質(zhì)數(shù)量級別；第3個(gè)數(shù)值代表每毫升樣品中顆粒直徑大于14 μm的雜質(zhì)數(shù)量級別。

3 齒輪箱潤滑油過濾系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑油過濾系統(tǒng)一般分為在線過濾系統(tǒng)與離線精濾系統(tǒng)，現(xiàn)對2種過濾系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)對比分析。

3.1齒輪箱在線過濾系統(tǒng)

目前，雙饋式風(fēng)機(jī)普遍采用在線過濾系統(tǒng)，為了保證在線潤滑系統(tǒng)的流量，這種過濾系統(tǒng)配置1個(gè)10 μm的精細(xì)過濾器和1個(gè)50 μm的壓力粗濾器?，F(xiàn)通過試驗(yàn)來檢查該過濾系統(tǒng)的過濾效果，試驗(yàn)過程如下：(1)2016年3月，分別抽檢國內(nèi)A，B風(fēng)電場各10臺風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑油進(jìn)行化驗(yàn)分析，風(fēng)電場信息見表2；(2)2016年6月，更換所有抽檢風(fēng)機(jī)齒輪箱在線過濾系統(tǒng)中的10 μm精細(xì)過濾器；(3)2016年10月，再次對所有抽檢風(fēng)機(jī)的齒輪箱潤滑油進(jìn)行化驗(yàn)分析；(4)通過對比，檢驗(yàn)在線過濾系統(tǒng)中10 μm精細(xì)過濾器的過濾效果。

表4 試驗(yàn)結(jié)果

表2 風(fēng)電場信息

抽檢B風(fēng)電場#32風(fēng)機(jī)，齒輪箱潤滑油檢測結(jié)果見表3。

表3 B風(fēng)電場 #32風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑油檢測結(jié)果

注：“+”表示注意，“*”表示警告。

根據(jù)所有的潤滑油檢測結(jié)果，齒輪箱潤滑油污染等級、設(shè)備等級和油等級的結(jié)果為注意或警告的風(fēng)機(jī)見表4。

通過上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，更換齒輪箱潤滑油濾芯后，污染等級出現(xiàn)問題的風(fēng)機(jī)數(shù)量明顯下降，設(shè)備等級出現(xiàn)問題的風(fēng)機(jī)數(shù)量沒有變化，油等級出現(xiàn)問題的風(fēng)機(jī)數(shù)量增加。

檢測結(jié)果中污染等級主要反映指標(biāo)為顆粒計(jì)數(shù)，來源為潤滑油中的雜質(zhì)污染物(Si和其他磨損部件元素等)，潤滑油的基礎(chǔ)油和添加劑中完全不含Si元素及其化合物，所以試驗(yàn)結(jié)果中較高含量的Si一定來自環(huán)境或外界的污染，如沙石、灰塵等。更換齒輪箱潤滑油濾芯后，可以較好地過濾掉雜質(zhì)污染物，但不能全部過濾掉。

設(shè)備等級主要反映指標(biāo)為磨損成分，如Cu含量，該類雜質(zhì)主要來源于齒輪箱內(nèi)部磨損。更換齒輪箱潤滑油濾芯，該類雜質(zhì)含量沒有變化，表明濾芯不能有效地過濾該類雜質(zhì)。

油等級主要反映指標(biāo)為添加劑成分，如P含量。潤滑油中的P元素主要來自抗磨、極壓添加劑，可以在一定程度上表明添加劑含量的變化。P含量的“警告”界限為質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.025 0%。更換齒輪箱潤滑油濾芯，潤滑油中的添加劑含量有所下降，但基本不會過濾掉添加劑。齒輪箱里面的金屬雜質(zhì)積累加劇了齒輪油中極壓添加劑的消耗，這是造成油品添加劑消耗的主要原因。

3.2齒輪箱離線精濾系統(tǒng)

鑒于齒輪箱在線過濾系統(tǒng)不能有效地過濾掉潤滑油中的雜質(zhì)污染物，加裝離線精濾系統(tǒng)則成為行之有效的方法。齒輪箱離線精濾系統(tǒng)過濾精度為3～5 μm，實(shí)際運(yùn)行中，98.7%的粒徑大于3 μm的固體顆粒會被過濾掉，能使齒輪箱潤滑油清潔度至少達(dá)到17/15/13，提高齒輪箱潤滑效率和使用壽命。根據(jù)已有研究，將過濾精度由10 μm提高到3 μm，軸承的壽命會增加50%。但過濾精度并不是越細(xì)越好，過于精細(xì)可能會過濾掉潤滑油中的添加劑成分，導(dǎo)致潤滑油的性能急劇下降，影響齒輪箱的使用壽命。本文建議離線精濾系統(tǒng)精度不小于3 μm。

3.3齒輪箱及潤滑油入廠檢測

為了更好地控制齒輪箱潤滑油的清潔度，還需要加強(qiáng)齒輪箱及潤滑油入廠時(shí)的檢測。

齒輪箱入廠時(shí)，需做如下檢測。

(1)齒輪箱出廠沖洗后的殘油必須全部放掉。

(2)將放掉的殘油收集、取樣、觀察，并進(jìn)行油品化驗(yàn)分析?；?yàn)分析主要項(xiàng)目包括清潔度(標(biāo)準(zhǔn)值為17/15/12)、含水量(標(biāo)準(zhǔn)值為小于0.03%)，按照齒輪箱進(jìn)廠順序，每10臺抽檢1臺。如果化驗(yàn)分析結(jié)果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，則說明齒輪箱出廠沖洗有問題，其余齒輪箱都應(yīng)進(jìn)行檢測。需要對齒輪箱重新進(jìn)行沖洗，直至油樣達(dá)標(biāo)。

(3)對齒輪箱過濾器、濾芯進(jìn)行檢查，過濾器、濾芯應(yīng)干凈、無任何雜質(zhì)，如有雜質(zhì)，則進(jìn)行清潔。濾芯如破裂或變形，應(yīng)及時(shí)更換。

(4)檢查空氣濾清器中的吸濕劑是否失效。

潤滑油入廠時(shí)，需做如下檢測。

(1)外觀檢查，新油外觀通常清澈、透明、無固體懸浮物。

(2)新油抽檢，按照桶裝潤滑油進(jìn)廠順序，每10桶抽檢1桶?；?yàn)分析指標(biāo)主要包括黏度、清潔度(標(biāo)準(zhǔn)值為16/14/11)、含水量(標(biāo)準(zhǔn)值為小于0.03%)等。如果化驗(yàn)分析結(jié)果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，則其余潤滑油都應(yīng)進(jìn)行檢測。不達(dá)標(biāo)潤滑油需返廠處理。

(3)新油加入齒輪箱前，需進(jìn)行濾油處理，保證加入齒輪箱的新油清潔度為16/14/11。

4 結(jié)論

風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑油雜質(zhì)較多時(shí)，會致齒輪箱失效、降低齒輪箱使用壽命，增加風(fēng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)成本。齒輪箱在線過濾系統(tǒng)不能有效地過濾掉潤滑油中的雜質(zhì)污染物，風(fēng)機(jī)加裝過濾精度不小于3 μm的離線精濾系統(tǒng)，可以使?jié)櫥颓鍧嵍瓤刂圃?7/15/13。除此以外，齒輪箱及潤滑油入廠時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)檢測，從源頭控制雜質(zhì)污染物的產(chǎn)生。通過對潤滑油清潔度的有效控制，可保證齒輪箱的正常運(yùn)行，延長使用壽命，提高傳動效率與發(fā)電效率。

[1]張立勇，王長路，劉法根.風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)電齒輪箱概述[J].機(jī)械傳動，2008，32(6)：1-4.

[2]祝國棟，文海，高清毅，等.風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤滑油清潔度控制[J].風(fēng)能，2011(6)：74-76,78.

[3]液壓傳動 油液 固體顆粒污染等級代號法：ISO 4406—1999[S].

(本文責(zé)編：劉芳)

2017-05-24；

:2017-08-04

TM 315

：B

：1674-1951(2017)09-0036-03

張立峰(1986—)，男，遼寧沈陽人，助理工程師，從事風(fēng)資源分析、風(fēng)電機(jī)組潤滑等方面的研究工作(E-mail:zhanglf@cdte.com.cn)。