风电机组滤芯性能分析及评价方法研究

0 前言

主齿轮箱是风力发电机组核心部件之一，在风机传动链中起到至关重要的作用，齿轮箱一旦损坏，不仅影响风机正常运行，而且其更换代价很大，需要动用大型吊车，因此主齿轮箱的正常运行是风机可靠性的重要保证。

滤芯是风电齿轮箱过滤系统中一个核心部件，用于过滤外部混入齿轮箱或者齿轮箱运转过程中内部产生的杂质，安装在齿轮箱润滑系统中，有效控制齿轮箱润滑油的清洁度，使齿轮箱安全运行。

1 滤芯结构及性能要求

1.1 滤芯结构

滤芯分为粗过滤和精过滤两部分，正常工作时润滑油通过精过滤，保证润滑油的清洁度，当滤芯两端的压力达到旁通阀开启值时，齿轮箱润滑油通过粗过滤，精过滤部分保证润滑油清洁度，粗过滤部分是一个系统保护部分。

1.2 滤芯性能要求

滤芯需同时具备高精度和长寿命的要求，润滑油的清洁度对齿轮箱寿命影响很大，齿轮箱的寿命随着润滑油清洁度等级增高呈现指数上涨，润滑油的清洁度等级和滤芯的高精度性能直接相关，由此可见滤芯的高精度的重要性。

风电齿轮箱润滑系统所配滤芯为耗损件，当滤芯纳污达到一定程度，就需更换，因此滤芯有长寿命的要求，寿命越长，其维护成本越低。

2 滤芯性能指标

2.1 过滤精度

过滤精度是滤芯的核心指标，直接表达滤芯对污染物的过滤能力，试验中主

要以过滤比β来表达。过滤器上、下游的油液单位体积中大于某一给定尺寸X（C）的污染物颗粒数之比，即：

Nu——过滤器上游油液单位体积中所含大于X微米的颗粒数。

Nd——过滤器下游油液单位体积中所含大于X微米的颗粒数。

2.2 纳污容量

纳污容量是滤芯的关键指标，直接关系到滤芯的使用寿命。纳污容量为滤芯

压降达到规定极限压降时所截留污染物的重量，以克为计量单位，用g表示。

2.3 滤芯压降

滤芯的压降为滤芯的基本指标，为滤芯上下游的压差值。压差越小，代表润滑油的压降小，润滑油的流阻小。

2.4 初始冒泡压力

初始冒泡压力为滤芯的工艺指标。将新滤芯放入润滑油中，按照GB/T14041.1试验方法，产生气泡的时的空气压力为滤芯的初始冒泡压力。新滤芯用此方法检定滤芯结构是否完整，是否存在漏点。此压力也反应滤芯的通透性。

2.5 滤芯冲击性能

电解蚀刻在电镀业有普遍应用，它运用了电化学的基本原理：金属在电解液中的阳极溶解反应，利用不同的电解液实现不同金属的蚀刻效果。连接阴极的工具件与加工件之间间隔一定距离，并在加工件上不需腐蚀的部分涂布绝缘材料，通电后可获得图形蚀刻效果。

为检测滤芯对已吸纳的污染物的抗流体冲击能量，在滤芯做完纳污容量试验后，特别做了滤芯的冲击性能试验。使油路中的流量从0达到额定流量，再降到0，循环一定次数，检测滤芯上下游污染物的颗粒数，以此观察滤芯的抗冲击性能。

2.6 滤芯的结构强度性能

滤芯的结构强度是滤芯的一项重要指标，主要以滤芯的抗压溃性能来体现，按照GB/T 14041.3试验标准，通过向系统中不断增加污染物，使得滤芯的压降不断升高，直到滤芯出现压溃，或者达到预定的最大压力为止。

3 滤芯性能试验

滤芯的过滤精度、纳污容量、压降流量特性按照GB/T 18853标准执行，滤芯结构完整性按照GB/T 14041.1标准执行，结构强度特性按照GB/T 18853、GB/T 14041.3、GB/T 14041.4标准执行，滤芯抗流动疲劳特性按照GB/T 17488标准执行，通过科学的试验及测量方法来测定滤芯的各项性能参数值。

为更好的对滤芯进行性能对比，选择了8种滤芯进行测试，分别为：A、B、C、D、E、F、G、H。以8种滤芯的数据为例，介绍滤芯评价方法，试验指标排名如下（仅给出数据排名，不影响对滤芯评价方法的介绍）：

3.1 过滤精度试验、纳污容量试验、压降试验、初始冒泡试验对比过滤精度根据滤芯本身的过滤要求排序，本次取β10指标进行排序，纳污容量按重量从重往轻排序，压降按压力从小往大排序，初始冒泡按压力从小往大排序。

表1 滤芯纳污容量试验数据及排序

3.2 冲击性能试验

8种滤芯进行冲击试验后，滤芯下游的颗粒数相比上游小很多，基本可忽略不计，因此排名一样。

3.3 结构强度试验

8种滤芯进行强度试验后状态完好，因此排名一样。

4 滤芯性能综合评价

根据滤芯的各项性能试验数据及排名可对滤芯综合性能进行排名，综合排名采取将各项性能指标排名相加的方式，总和越高，说明排名越靠后，根据总和对滤芯综合性能指标进行排序。

4.1 技术性能指标评价

表2 滤芯综合性能指标排序

注1：滤芯先进行技术评价，之后再进行经济型总和评价。
注2：过滤精度取的为7um档排名，可根据滤芯的具体要求进行选择。
注3：因滤芯的冲击性能和结构强度均满足要求，因此未纳入综合排名中。

4.2 滤芯核心关键指标评价

在滤芯各项性能满足要求的前提下，因滤芯的核心指标是过滤精度，关系到滤芯的使用性能，关键指标为纳污容量，关系到滤芯的使用寿命及使用成本，因此对这两个指标进行评价，见下表：

表3 滤芯核心关键指标排序

4.3 滤芯技术分析评价

综合评价是在滤芯各项性能满足要求的前提下进行的，如果滤芯的某项性能不满足要求，则可直接判定滤芯为废品，不用进行排序。E所和G滤芯过滤精度不满足要求，因此退出评价。其余滤芯过滤精度都满足要求，且指标都很好，除C略低，其余都很高，但因此排名将C排为2，其余全部为1。

表4 滤芯技术分析后排序

4.4 滤芯经济性分析

滤芯的经济性分析是在滤芯各项技术指标满足要求前提下进行的，滤芯使用寿命基本和其纳污容量呈线性相关，因此滤芯的经济性主要考虑滤芯的价格和纳污容量的比值，以H和B滤芯举例，纳污容量方面，H是B的2.06倍，H使用寿命基本为B的2倍多，理论上讲，H的价值为B的2倍多，而实际价格方面，H是B的1.4倍，再考虑更换滤芯的人工成本，H滤芯的经济性要比B好的多，因此，经济性评价以价格与纳污容量的比值作为指标，比值越小，说明经济性越好。

表5 滤芯经济性分析排序

注1：经济指标排名以价格排名，价格越高，排名越低。
注2：E和G技术指标不满足要求，不对其进行评价。

从上表可以看出，虽然H滤芯价格最高，但是其经济性反而最好，滤芯A价格最低，但是其经济性反而最差。

5 总结

本文介绍了滤芯的性能要求，对性能指标进行了说明，对指标的相关试验标准进行了介绍，并以8种滤芯的试验数据对滤芯的技术指标和经济指标进行了分析。对滤芯的选型及评价具有指导性意义。