風電機組濾芯性能分析及評價方法研究

董元元 鄧良 鄭大周 王文超

摘 要：風電機組主齒輪箱采用油潤滑，潤滑油的品質直接影響齒輪箱的壽命，尤其是齒輪箱內軸承的壽命，而潤滑油的品質和齒輪箱濾芯息息相關，選擇性能優良的濾芯不僅可保證潤滑油的品質從而保證齒輪箱的壽命，而且優良的濾芯使用壽命較長，可節約濾芯的維護成本。本文介紹了齒輪箱濾芯性能的評價方法，對選擇濾芯具有指導意義。

關鍵詞：風力發電機組 濾芯 試驗方法 性能評價

0 前言

主齒輪箱是風力發電機組核心部件之一，在風機傳動鏈中起到至關重要的作用，齒輪箱一旦損壞，不僅影響風機正常運行，而且其更換代價很大，需要動用大型吊車，因此主齒輪箱的正常運行是風機可靠性的重要保證。

濾芯是風電齒輪箱過濾系統中一個核心部件，用于過濾外部混入齒輪箱或者齒輪箱運轉過程中內部產生的雜質，安裝在齒輪箱潤滑系統中，有效控制齒輪箱潤滑油的清潔度，使齒輪箱安全運行。

1 濾芯結構及性能要求

1.1濾芯結構

濾芯分為粗過濾和精過濾兩部分，正常工作時潤滑油通過精過濾，保證潤滑油的清潔度，當濾芯兩端的壓力達到旁通閥開啟值時，齒輪箱潤滑油通過粗過濾，精過濾部分保證潤滑油清潔度，粗過濾部分是一個系統保護部分。

1.2濾芯性能要求

濾芯需同時具備高精度和長壽命的要求，潤滑油的清潔度對齒輪箱壽命影響很大，齒輪箱的壽命隨著潤滑油清潔度等級增高呈現指數上漲，潤滑油的清潔度等級和濾芯的高精度性能直接相關，由此可見濾芯的高精度的重要性。

風電齒輪箱潤滑系統所配濾芯為耗損件，當濾芯納污達到一定程度，就需更換，因此濾芯有長壽命的要求，壽命越長，其維護成本越低。

2濾芯性能指標

2.1過濾精度

過濾精度是濾芯的核心指標，直接表達濾芯對污染物的過濾能力，試驗中主

要以過濾比β來表達。過濾器上、下游的油液單位體積中大于某一給定尺寸X（C）的污染物顆粒數之比，即：

βX（C）=Nu/Nd

Nu——過濾器上游油液單位體積中所含大于X微米的顆粒數。

Nd——過濾器下游油液單位體積中所含大于X微米的顆粒數。

2.2納污容量

納污容量是濾芯的關鍵指標，直接關系到濾芯的使用壽命。納污容量為濾芯

壓降達到規定極限壓降時所截留污染物的重量，以克為計量單位，用g表示。

2.3濾芯壓降

濾芯的壓降為濾芯的基本指標，為濾芯上下游的壓差值。壓差越小，代表潤滑油的壓降小，潤滑油的流阻小。

2.4初始冒泡壓力

初始冒泡壓力為濾芯的工藝指標。將新濾芯放入潤滑油中，按照GB/T14041.1試驗方法，產生氣泡的時的空氣壓力為濾芯的初始冒泡壓力。新濾芯用此方法檢定濾芯結構是否完整，是否存在漏點。此壓力也反應濾芯的通透性。

2.5濾芯沖擊性能

為檢測濾芯對已吸納的污染物的抗流體沖擊能量，在濾芯做完納污容量試驗后，特別做了濾芯的沖擊性能試驗。使油路中的流量從0達到額定流量，再降到0，循環一定次數，檢測濾芯上下游污染物的顆粒數，以此觀察濾芯的抗沖擊性能。

2.6濾芯的結構強度性能

濾芯的結構強度是濾芯的一項重要指標，主要以濾芯的抗壓潰性能來體現，按照GB/T 14041.3試驗標準，通過向系統中不斷增加污染物，使得濾芯的壓降不斷升高，直到濾芯出現壓潰，或者達到預定的最大壓力為止。

3濾芯性能試驗

濾芯的過濾精度、納污容量、壓降流量特性按照GB/T 18853標準執行，濾芯結構完整性按照GB/T 14041.1標準執行，結構強度特性按照GB/T 18853、GB/T 14041.3、GB/T 14041.4標準執行，濾芯抗流動疲勞特性按照GB/T 17488標準執行，通過科學的試驗及測量方法來測定濾芯的各項性能參數值。

為更好的對濾芯進行性能對比，選擇了8種濾芯進行測試，分別為：A、B、C、D、E、F、G、H。以8種濾芯的數據為例，介紹濾芯評價方法，試驗指標排名如下（僅給出數據排名，不影響對濾芯評價方法的介紹）：

3.1 過濾精度試驗、納污容量試驗、壓降試驗、初始冒泡試驗對比過濾精度根據濾芯本身的過濾要求排序，本次取β10指標進行排序，納污容量按重量從重往輕排序，壓降按壓力從小往大排序，初始冒泡按壓力從小往大排序。

3.2沖擊性能試驗

8種濾芯進行沖擊試驗后，濾芯下游的顆粒數相比上游小很多，基本可忽略不計，因此排名一樣。

3.3結構強度試驗

8種濾芯進行強度試驗后狀態完好，因此排名一樣。

4濾芯性能綜合評價

根據濾芯的各項性能試驗數據及排名可對濾芯綜合性能進行排名，綜合排名采取將各項性能指標排名相加的方式，總和越高，說明排名越靠后，根據總和對濾芯綜合性能指標進行

排序。

4.1 技術性能指標評價

4.2 濾芯核心關鍵指標評價

在濾芯各項性能滿足要求的前提下，因濾芯的核心指標是過濾精度，關系到濾芯的使用性能，關鍵指標為納污容量，關系到濾芯的使用壽命及使用成本，因此對這兩個指標進行評價，見下表：

4.3 濾芯技術分析評價

綜合評價是在濾芯各項性能滿足要求的前提下進行的，如果濾芯的某項性能不滿足要求，則可直接判定濾芯為廢品，不用進行排序。E所和G濾芯過濾精度不滿足要求，因此退出評價。其余濾芯過濾精度都滿足要求，且指標都很好，除C略低，其余都很高，但因此排名將C排為2，其余全部為1。

4.4 濾芯經濟性分析

濾芯的經濟性分析是在濾芯各項技術指標滿足要求前提下進行的，濾芯使用壽命基本和其納污容量呈線性相關，因此濾芯的經濟性主要考慮濾芯的價格和納污容量的比值，以H和B濾芯舉例，納污容量方面，H是B的2.06倍，H使用壽命基本為B的2倍多，理論上講，H的價值為B的2倍多，而實際價格方面，H是B的1.4倍，再考慮更換濾芯的人工成本，H濾芯的經濟性要比B好的多，因此，經濟性評價以價格與納污容量的比值作為指標，比值越小，說明經濟性越好。

從上表可以看出，雖然H濾芯價格最高，但是其經濟性反而最好，濾芯A價格最低，但是其經濟性反而最差。

5 總結

本文介紹了濾芯的性能要求，對性能指標進行了說明，對指標的相關試驗標準進行了介紹，并以8種濾芯的試驗數據對濾芯的技術指標和經濟指標進行了分析。對濾芯的選型及評價具有指導性意義。

參考文獻：

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