关键词：风电主齿轮箱；润滑油清洁度检测；污染物
引言
风力发展的快速发展使我国电力工程有了新的发展机遇和发展空间，缓解了我国用电压力的问题。主齿轮箱是双馈型风力发电机组的关键大部件之一，其使用性能和运行寿命与润滑油的清洁度及污染密切相关。大量实践数据表明，齿轮箱损害造成的风机故障占机组全部故障的比例可达20%，其中，润滑油污染导致的润滑故障又占有较高的比例。
1风电主齿轮箱油的主要污染及危害
影响润滑油清洁度的污染物主要来源有外界污染物、磨损颗粒物、润滑油氧化产物、润滑油添加剂析出物等。颗粒污染物进入齿面和轴承间隙中，导致了轴承与齿轮的磨损与碾磨，是齿轮箱磨损和失效的主要因素。研究表明，突然的崩溃通常由润滑油中尺寸≥14μm的颗粒引起，而因积累而引起的故障，如磨损和老化等，是由尺寸2μm～6μm的小颗粒物引起，风机运行数年之后，往往会发现一些齿轮齿面以及齿轮箱轴承磨损严重。润滑油中氧化产物、添加剂析出物也会导致诸多危害，具体概括如下：1.附着在机械工作表面，吸附颗粒物，加速零件的磨损；2.粘滞于机械表面，降低机械的表现；3.粘附于换热器及轴承和齿面上，降低了热交换效率，导致齿轮箱轴承超温的报警风险提高；4.在线过滤器堵塞，油在管路中流动受限；5.加速油变质和添加剂消耗，增加了成本。正常情况下，主齿轮箱润滑油使用寿命为3年～5年，到期后更换。若检测到润滑油清洁度和污染物超标，需过滤净化；当油品老化、性能恶化时，则立即更换新油，以满足要求。
2风电主齿轮箱润滑油清洁度检测
2.1润滑油污染度检测方法
目前业内检测机构常用的检测方法有：1.称重法，称重法是测定单位体积油液中所含颗粒污染物的质量。通常用mg/l或mg/100ml表示。其具体内容和步骤在国际标准ISO4405中作了具体说明。该方法操作程序繁琐、费力、费时、标准精度较低。2.自动颗粒计数器法，根据其原理和类型不同又分为遮光型、光散型和电阻型。该方法快速准确,国外发达国家普遍采用。3.半定量污染度测定法，根据其原理不同分为显微镜比较法、滤网堵塞法两种。这两种方法的设备简单,检测时间短,操作简便,是适合于现场润滑污染分析的简易分析方法。4.铁谱分析检测法，通过对颗粒的成分、形貌分析,对机器实施不解体的状态监测,从而较早地发现机器的故障所在,进而对润滑油实施污染控制。目前风电污染检测多使用自动颗粒计数器法，检测设备分为实验室用的专业设备，其优点是统计准确，另外一种是便携式设备，其优点是携带方便，可以带到机组上进行就地检测。
2.2磨损颗粒物状态分析
根据油液检测不同类型的磨损颗粒在齿轮箱润滑油中的含量、平均颗粒尺寸和最大颗粒尺寸有比较明显的区别。在正常运行的风电齿轮箱中，发生的磨损主要以疲劳磨损为主，疲劳磨损中每毫升齿轮油中尺寸在100μm以内的磨损颗粒物数量最高可达38个，磨损颗粒的平均尺寸为20～28μm，最大颗粒尺寸约为58μm。在切削磨损中每毫升齿轮油中尺寸在100μm以内的磨损颗粒物平均尺寸为20～30μm，最大颗粒尺寸为69μm。在严重滑动磨损中每毫升齿轮油中尺寸在100μm以内的磨损颗粒物平均尺寸为20～33μm，最大颗粒尺寸为80μm。切削磨损下来的颗粒通常为长条状，它是由硬质磨粒造成的表面切削。严重滑动磨损通常是由接触应力过大造成的表面剥落，磨粒尺寸通常大于20μm。疲劳磨损是由于高周循环载荷作用下形成疲劳裂纹，裂纹剥落产生的磨损类型。若齿轮长期处于偏载、局部应力过大、严重的冲击、材料严重缺陷等状况时，齿轮较易出现严重的疲劳磨损，尤其是当齿轮的根部承受的应力超过齿轮极限时，齿轮上的细微裂纹逐步扩展变大，导致断齿现象的发生。
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2.3现场过滤检测情况
取100ml油样样品，过滤通过φ50mm、绝对过滤精度为3μm的分析膜片。将上述制备的分析膜片放在100×显微镜下观察并与标准图片进行比较，得出油样的清洁度等级。现场过滤制备的分析膜片被灰黑色油膜附着覆盖，反复多次使用石油醚冲洗均无法使其溶解过滤走，难以读出确切清洁度等级。为排除外界干扰，现场检测时用两种取样瓶取了双份油样在同种条件下进行了测试，两份油样的检测结果一致。
2.4过滤车
该系统由空压机、精滤器、清洗油罐、废油罐、新油罐、放油油管，输油油管等组成。过滤车滤油过程为收集废油、冲洗、清洗、过滤、加油。过程如下：1.收集废油：将齿轮箱放油口和废油罐通过放油管连接，打开空压机的开关，将废油罐抽至负压，待压力指针指到绿色位置时打开阀门，开始收集废油。2.冲洗：废油收集完毕后，打开空气压缩机，往冲洗罐中加入正压，再打开油泵，在冲洗管的出口处接上高压油枪，待压力升高后，将冲洗油通过高压油枪的高压冲力来冲刷吸附在齿轮箱内壁、齿轮表面等上面的油泥和杂质，冲洗完毕后，冲洗油回收至废油罐中，方法同收集废油。3.清洗：待冲洗油收集完毕后，将齿轮箱放油口与清洗油罐连接，往齿轮箱中加注清洗油，加注完毕后，空载运行齿轮箱20－40分钟。清洗完毕后将清洗油回收至清洗油罐中。4.加注新油：待清洗油收集完毕后，将齿轮箱放油口与输油管连接，打开空压机，往新油管中增加正压，并打开新油泵，往齿轮箱中加新油，完毕后关闭油泵。该方法的优点是处理快速，按需处理，一次投入成本少，缺点是一次性处理，后续如有污染问题重复发生，需再次进行处理。
2.5整改措施
1.对齿轮箱润滑油冷却器本体进行清洗。2.对齿轮箱润滑油泵出口滤芯进行更换。3.检查齿轮箱润滑油泵和冷却器风扇电机出力情况正常。4.检查齿轮箱润滑油管路无堵塞现象，润滑油管路各部温度均匀，各部分温差正常，无堵塞现象。5.齿轮箱润滑油泵出口温控阀取消。6.对齿轮箱润滑油油质化验不合格，没有发挥出润滑油冷却齿轮箱内部轴承和轮齿的作用。
2.6建议
1.清洁度极差，已严重超出标准限制值，不满足风电主齿轮箱正常运行要求；2.油中主要污染物为浅色胶状物和黑色金属颗粒，污染物主要包含C、O、Si、P、S、Ca、Fe元素，初步推断主要源自油的老化产物、添加剂析出物以及少量齿轮箱磨损产物，这些表明油存在老化和添加剂析出现象，需予以特别关注，少量齿轮箱磨损产物显示该机组主齿轮箱无异常磨损；3.鉴于油性能状态，建议更换油品、滤芯或采用更为适合的过滤措施，该机组主齿轮箱仍可继续正常运行。
结语
齿轮箱润滑油油质质量变差将使齿轮箱内的轴承和轮齿冷却效果变差，在齿轮箱润滑油泵和润滑油冷却器风扇有功出力和冷却能力不变的情况下，必然导致齿轮箱内的轴承和轮齿温度逐渐升高，经过对齿轮箱润滑油油质更换成新的润滑油实施，至少可以增加发电量，产能效益、经济效益、价值效益都非常的显著和可观，值得在业界内广泛推广。
参考文献
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论文作者:李睿,杨澜, 辛未
论文发表刊物:《中国电业》2019年 22期
论文发表时间:2020/4/15
标签：齿轮箱论文; 磨损论文; 润滑油论文; 颗粒论文; 污染物论文; 齿轮论文; 油罐论文; 《中国电业》2019年 22期论文;