媒體報道：風力發電機旁路凈化監控與主動維護

中國有句名言：凡事預則立，不預則廢。風力發電作為一種綠色清潔能源，在我們國家乃至世界能源緊缺的今天顯得如此的重要，以至這些年風靡發展，數量成倍地增長。但是大發展、大應用的同時，也帶來許多措手不及的問題，其中風電機的安全運行和維護就是一件比較頭痛的事情。

風力發電好，但人們在使用風力發電機時自然也會算這樣一筆帳：一臺風力發電機的軸承和齒輪，動則幾百萬上千萬，用于維持運行的潤滑油也得好幾萬，如果因為某些原因需要停機維護、換油、更換軸承或齒輪，其耗費的錢財和停工損失數額巨大，真有點傷不起。于是，人們自然也會想到，怎樣延長潤滑油使用期限以節省開支？怎樣避免軸承、齒輪崩潰導致更換的大筆費用支出？加裝旁路凈化和監控預警就是一個很好的方法，這也就是今天裝備健康主動維護的概念。

早期，即18世紀末到20世紀30年代的機械維修理論，是單一措施的事后維修；20世紀30年代到70年代，發展為以定時方式占主導地位的定時維修；從20世紀80年代開始，以狀態監控方式為核心的狀態監控維修理論成為最時髦最先進的理論。這一理論首先在美國軍方創立并實施，并成功應用于F-22、F-117、阿怕奇、CH124海王直升機、CH113拉布拉多直升機等多種新型戰機航空發動機中。與此同時，電廠汽輪機、遠洋貨輪螺旋槳、風力發電機等諸多領域也開始應用。我國工業化起步較晚，維修理論滯后是必然的。改革開放以來，隨著我國現代化高速推進，維修理論也隨之跟進，但仍有點‘跟不上趟’的感覺。具體到風電行業，采用監控預警的風機寥寥無幾。筆者今年初到幾個風電廠協助換油作業，沒有一個采用監控預警措施的，而且有的風力發電機，潤滑油超期服役好幾年仍在繼續使用。其中某風電廠有兩臺風機，運行了8年才開始換油，換下的舊油“星光燦爛”，油中含有大量的金屬磨削和顆粒，如圖1所示，讓筆者驚訝不已。毫無疑問這樣的情形已使風機軸承和齒輪接近報廢的邊緣，由此可見我國風機行業運行狀態的一斑。

 

圖1、風電工程車回油管透明窗

 

相信多數風電業主是不會容忍自己的風機糟蹋到這個程度的。隨著我國風電行業的成熟和人們認識理念的提高，主動維護、早期凈化監控預警必將成為人們熱議的話題。

早期凈化監控預警分為凈化和監控兩個方面。凈化是給風機運行部件一個良好的環境，使其工作壽命得以延長；監控是監視運行部件自然壽命即將到來或因某些原因導致運行部件遭受重大創傷將面臨崩潰后果時的狀況。兩者相互促進，相得益彰。凈化——使監控報警時間延長，監控——使凈化效果得到明確的驗證，最終的結果是使得風機換油時間更長，提前采取措施或合理安排維護，風機軸承和齒輪崩潰的可能性更低，因而可節省大筆費用支出，這也就是早期和預警的意義所在。

 一般來說，風電機組都裝有在線過濾系統，它在一定程度上很好的保護了風電機的運行，但他的精度、納污能力有限，且不能濾除水分和氧化膠狀物質，因此裝配一個效率更高的、納污能力更強、能夠除去水分和氧化膠狀物質的過濾器就顯得必要。下表1中是常見在線過濾器和具有深度過濾作用的海納HN-2-1525性能比較。

 

表1、在線過濾器與HN-2-1525過濾器性能比較

從上表中可以看出，海納HN-2-1525精密過濾器各項技術指標除流量外，其他遠遠超過風機在線過濾系統。下面逐項加以分析。

【1】壓力

壓力是促使油液過濾循環的驅動力。隨著污染物在濾芯表面的積聚，流速會逐漸降低或要保持一定的流速壓力就要提高。在線過濾系統由于它的納污能力很低，極易造成濾芯過孔的堵塞和流速減緩，故需要的壓力較高。海納HN-2-1525精密過濾器由于它的納污能力很大，可以在足夠長的時間內保持濾芯暢通，故它不需要很高的壓力。事實上壓力低對于保護水分飽和狀態下的濾芯不分解還有特別的作用。

【2】流量

流量表征了過濾循環的速度。假設一臺600KW的風電機組，用油量為220L，則在線過濾系統循環一遍最長需要55分鐘。就拿55分鐘來說，如果一次性能過濾干凈，也算是不慢的，如果多次循環都過濾不干凈，再快也沒有意義。所以作為長期掛在油箱上的在線循環系統，這不是一個很重要的指標。

【3】過濾精度

過濾精度表明了清除油液中顆粒大小的能力。研究表明，15?m以上的顆粒是造成零部件崩潰的主要原因，3到10?m的顆粒是造成零部件磨損的主要原因。風機在線過濾系統能夠濾掉的是10?m以上的顆粒，而這種情況是系統工作一定時間以后才發生，對于前期運行中細微顆粒的磨損和累積沒有太大的防護作用。故采用精密過濾器，對系統工作在較好環境時，減少細微顆粒的“碾磨效應”、“噴砂效應”，使設備長期運行于良好的環境中，對于延緩零部件的老化過程、延長油品的使用壽命是非常有好處的。

【4】納污能力

納污能力是指濾芯一次性容納污垢的能力。如上表所示，風機在線過濾系統的納污能力最大是100g，海納HN-2-1525精密過濾器的最大納污能力是2400g，差距是24倍。這也就意味著它有更長的濾芯更換周期。

【5】除水能力

潤滑油中的水分危害極大，如表2所示
 

表2：潤滑油中水的危害

 

 

摘自《風能》雜志，2011年第11期：風電機組主齒輪箱油品水污染及處理 因此，除水能力是一個非常重要的指標。

【6】氧化膠狀物質除去能力 由于水分、銹蝕、顆粒物等的影響，潤滑油工作一段時間后都會產生氧化膠狀物質。膠狀物質附著于零件表面，會產生“砂紙效應”，加速零件的磨損；降低機械的表現，閥動作不暢；降低熱交換效率；使在線過濾器堵塞，油的流動受限；加速油的變質，增加維護的成本。所以除去氧化膠狀物質也是一個很重要的指標。 HN-2-1525海納精密過濾器優異的性能，可與國外頂級產品媲美。其效果見表3。

 

表3

 

使用HN-2-1525海納精密過濾器作為旁路過濾系統安裝于風電機組，有效地濾除顆粒物，有效地去除水分，有效地去除氧化產物。使油品始終處于理想狀態，延長油品更換周期，延長軸承和齒輪箱壽命，如表4所示

 

表4、提高油品清潔度而延長齒輪箱壽命倍數表（ISO4406級別）

 

此表中的主要數據摘自《風能》雜志，2011年第11期：風電機組主齒輪箱油品水污染及處理

HN-2-1525海納精密過濾器安裝簡單，不需維護。

機械磨損達到一定程度時，潤滑油中的金屬顆粒的數目會急劇增加，直徑也會變大。基于這種認識，提前監控預警成為可能。這就是通過某種儀器，檢測潤滑油中大顆粒數目和直徑，達到一定程度時，我們就認為該設備處于急劇變化期，如不采取措施，將發生崩潰。圖2是某風電機齒輪箱磨損曲線圖。

 

圖2、某風機齒輪箱磨損曲線

 

上圖中可以看到，從02年5月份開始，齒輪箱中的磨損大顆粒發生了明顯變化。到03年4月份，磨損發生了質的變化，顆粒數量和直徑直線上升，這也就預示著齒輪箱即將崩潰。如果像圖中那樣，把預警線設在03年1月份，報警線設在03年6月份，則中間有五個多月的時間足夠發現和處理即將發生的事件。如果是環境或保養不周造成的，可以采取適當的補救措施，使其恢復到一定的狀態；如果是自然原因造成的，可以提前安排維修更換。不管怎樣，都可以避免措手不及和更大的損失，節省一大筆費用。

Metal CHECK 傳感器是一套油液顆粒實時監測系統，串聯于油路中，能夠100%檢測出通過此系統的金屬顆粒，結合監控軟件的使用，Metal  CHECK可對油液管路中的磨損金屬顆粒數量進行累加統計，并對單位時間內通過的顆粒數量進行趨勢分析。 Metal  CHECK在工業，船舶及航空航天領域有著廣泛的應用。Metal CHECK 傳感器外形如圖3所示。

該傳感器是利用電磁感應原理探測潤滑系統中金屬顆粒的數量，作為判定軸承或齒輪箱損傷程度的依據。傳感器必須安裝在過濾器之前，回油管路的最低點位置。每檢測到一金屬顆粒，傳感器就自動對顆粒進行累加計數，并定時向上位機發送本時間段檢測到的的總顆粒數。

 

圖3、Metal CHECK 傳感器

表5、Metal CHECK 傳感器工作參數

 

先進理念促進科技進步，科技進步帶來效益提升。在我國科技事業蓬勃發展、日新月異的今天，大膽探索，勇于實踐，必將為我國的風電事業帶來美好的春天。

注:文中除前面提到的摘自《風能》雜志，2011年第11期《風電機組主齒輪箱油品水污染及處理》的一些數據外，還引用了油液分析領域內專家鄧可博士、孫衍山博士在其他學術會議上講演中的觀點和論述，在此一并表示感謝！