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媒体报道:风力发电机旁路净化监控与主动维护

中国有句名言:凡事预则立,不预则废。风力发电作为一种绿色清洁能源,在我们国家乃至世界能源紧缺的今天显得如此的重要,以至这些年风靡发展,数量成倍地增长。但是大发展、大应用的同时,也带来许多措手不及的问题,其中风电机的安全运行和维护就是一件比较头痛的事情。

风力发电好,但人们在使用风力发电机时自然也会算这样一笔帐:一台风力发电机的轴承和齿轮,动则几百万上千万,用于维持运行的润滑油也得好几万,如果因为某些原因需要停机维护、换油、更换轴承或齿轮,其耗费的钱财和停工损失数额巨大,真有点伤不起。于是,人们自然也会想到,怎样延长润滑油使用期限以节省开支?怎样避免轴承、齿轮崩溃导致更换的大笔费用支出?加装旁路净化和监控预警就是一个很好的方法,这也就是今天装备健康主动维护的概念。

早期,即18世纪末到20世纪30年代的机械维修理论,是单一措施的事后维修;20世纪30年代到70年代,发展为以定时方式占主导地位的定时维修;从20世纪80年代开始,以状态监控方式为核心的状态监控维修理论成为最时髦最先进的理论。这一理论首先在美国军方创立并实施,并成功应用于F-22、F-117、阿怕奇、CH124海王直升机、CH113拉布拉多直升机等多种新型战机航空发动机中。与此同时,电厂汽轮机、远洋货轮螺旋桨、风力发电机等诸多领域也开始应用。我国工业化起步较晚,维修理论滞后是必然的。改革开放以来,随着我国现代化高速推进,维修理论也随之跟进,但仍有点‘跟不上趟’的感觉。具体到风电行业,采用监控预警的风机寥寥无几。笔者今年初到几个风电厂协助换油作业,没有一个采用监控预警措施的,而且有的风力发电机,润滑油超期服役好几年仍在继续使用。其中某风电厂有两台风机,运行了8年才开始换油,换下的旧油“星光灿烂”,油中含有大量的金属磨削和颗粒,如图1所示,让笔者惊讶不已。毫无疑问这样的情形已使风机轴承和齿轮接近报废的边缘,由此可见我国风机行业运行状态的一斑。

 

博九福彩网 图1、风电工程车回油管透明窗

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博九福彩网 相信多数风电业主是不会容忍自己的风机糟蹋到这个程度的。随着我国风电行业的成熟和人们认识理念的提高,主动维护、早期净化监控预警必将成为人们热议的话题。

早期净化监控预警分为净化和监控两个方面。净化是给风机运行部件一个良好的环境,使其工作寿命得以延长;监控是监视运行部件自然寿命即将到来或因某些原因导致运行部件遭受重大创伤将面临崩溃后果时的状况。两者相互促进,相得益彰。净化——使监控报警时间延长,监控——使净化效果得到明确的验证,最终的结果是使得风机换油时间更长,提前采取措施或合理安排维护,风机轴承和齿轮崩溃的可能性更低,因而可节省大笔费用支出,这也就是早期和预警的意义所在。

博九福彩网  一般来说,风电机组都装有在线过滤系统,它在一定程度上很好的保护了风电机的运行,但他的精度、纳污能力有限,且不能滤除水分和氧化胶状物质,因此装配一个效率更高的、纳污能力更强、能够除去水分和氧化胶状物质的过滤器就显得必要。下表1中是常见在线过滤器和具有深度过滤作用的海纳HN-2-1525性能比较。

 

表1、在线过滤器与HN-2-1525过滤器性能比较


从上表中可以看出,海纳HN-2-1525精密过滤器各项技术指标除流量外,其他远远超过风机在线过滤系统。下面逐项加以分析。

【1】压力

压力是促使油液过滤循环的驱动力。随着污染物在滤芯表面的积聚,流速会逐渐降低或要保持一定的流速压力就要提高。在线过滤系统由于它的纳污能力很低,极易造成滤芯过孔的堵塞和流速减缓,故需要的压力较高。海纳HN-2-1525精密过滤器由于它的纳污能力很大,可以在足够长的时间内保持滤芯畅通,故它不需要很高的压力。事实上压力低对于保护水分饱和状态下的滤芯不分解还有特别的作用。

【2】流量

流量表征了过滤循环的速度。假设一台600KW的风电机组,用油量为220L,则在线过滤系统循环一遍最长需要55分钟。就拿55分钟来说,如果一次性能过滤干净,也算是不慢的,如果多次循环都过滤不干净,再快也没有意义。所以作为长期挂在油箱上的在线循环系统,这不是一个很重要的指标。

【3】过滤精度

过滤精度表明了清除油液中颗粒大小的能力。研究表明,15µm以上的颗粒是造成零部件崩溃的主要原因,3到10µm的颗粒是造成零部件磨损的主要原因。风机在线过滤系统能够滤掉的是10µm以上的颗粒,而这种情况是系统工作一定时间以后才发生,对于前期运行中细微颗粒的磨损和累积没有太大的防护作用。故采用精密过滤器,对系统工作在较好环境时,减少细微颗粒的“碾磨效应”、“喷砂效应”,使设备长期运行于良好的环境中,对于延缓零部件的老化过程、延长油品的使用寿命是非常有好处的。

【4】纳污能力

纳污能力是指滤芯一次性容纳污垢的能力。如上表所示,风机在线过滤系统的纳污能力最大是100g,海纳HN-2-1525精密过滤器的最大纳污能力是2400g,差距是24倍。这也就意味着它有更长的滤芯更换周期。

【5】除水能力

润滑油中的水分危害极大,如表2所示
 

表2:润滑油中水的危害


 

 

摘自《风能》杂志,2011年第11期:风电机组主齿轮箱油品水污染及处理 因此,除水能力是一个非常重要的指标。

【6】氧化胶状物质除去能力 由于水分、锈蚀、颗粒物等的影响,润滑油工作一段时间后都会产生氧化胶状物质。胶状物质附着于零件表面,会产生“砂纸效应”,加速零件的磨损;降低机械的表现,阀动作不畅;降低热交换效率;使在线过滤器堵塞,油的流动受限;加速油的变质,增加维护的成本。所以除去氧化胶状物质也是一个很重要的指标。 HN-2-1525海纳精密过滤器优异的性能,可与国外顶级产品媲美。其效果见表3。

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表3


 

使用HN-2-1525海纳精密过滤器作为旁路过滤系统安装于风电机组,有效地滤除颗粒物,有效地去除水分,有效地去除氧化产物。使油品始终处于理想状态,延长油品更换周期,延长轴承和齿轮箱寿命,如表4所示

 

表4、提高油品清洁度而延长齿轮箱寿命倍数表(ISO4406级别)

 

此表中的主要数据摘自《风能》杂志,2011年第11期:风电机组主齿轮箱油品水污染及处理

HN-2-1525海纳精密过滤器安装简单,不需维护。

机械磨损达到一定程度时,润滑油中的金属颗粒的数目会急剧增加,直径也会变大。基于这种认识,提前监控预警成为可能。这就是通过某种仪器,检测润滑油中大颗粒数目和直径,达到一定程度时,我们就认为该设备处于急剧变化期,如不采取措施,将发生崩溃。图2是某风电机齿轮箱磨损曲线图。

 

图2、某风机齿轮箱磨损曲线


 

上图中可以看到,从02年5月份开始,齿轮箱中的磨损大颗粒发生了明显变化。到03年4月份,磨损发生了质的变化,颗粒数量和直径直线上升,这也就预示着齿轮箱即将崩溃。如果像图中那样,把预警线设在03年1月份,报警线设在03年6月份,则中间有五个多月的时间足够发现和处理即将发生的事件。如果是环境或保养不周造成的,可以采取适当的补救措施,使其恢复到一定的状态;如果是自然原因造成的,可以提前安排维修更换。不管怎样,都可以避免措手不及和更大的损失,节省一大笔费用。

Metal CHECK 传感器是一套油液颗粒实时监测系统,串联于油路中,能够100%检测出通过此系统的金属颗粒,结合监控软件的使用,Metal  CHECK可对油液管路中的磨损金属颗粒数量进行累加统计,并对单位时间内通过的颗粒数量进行趋势分析。 Metal  CHECK在工业,船舶及航空航天领域有着广泛的应用。Metal CHECK 传感器外形如图3所示。

该传感器是利用电磁感应原理探测润滑系统中金属颗粒的数量,作为判定轴承或齿轮箱损伤程度的依据。传感器必须安装在过滤器之前,回油管路的最低点位置。每检测到一金属颗粒,传感器就自动对颗粒进行累加计数,并定时向上位机发送本时间段检测到的的总颗粒数。

 


博九福彩网 图3、Metal CHECK 传感器

表5、Metal CHECK 传感器工作参数

 

先进理念促进科技进步,科技进步带来效益提升。在我国科技事业蓬勃发展、日新月异的今天,大胆探索,勇于实践,必将为我国的风电事业带来美好的春天。

注:文中除前面提到的摘自《风能》杂志,2011年第11期《风电机组主齿轮箱油品水污染及处理》的一些数据外,还引用了油液分析领域内专家邓可博士、孙衍山博士在其他学术会议上讲演中的观点和论述,在此一并表示感谢!

 

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