风电机组滤芯性能分析及评价方法研究

董元元 邓良 郑大周 王文超

摘 要：风电机组主齿轮箱采用油润滑，润滑油的品质直接影响齿轮箱的寿命，尤其是齿轮箱内轴承的寿命，而润滑油的品质和齿轮箱滤芯息息相关，选择性能优良的滤芯不仅可保证润滑油的品质从而保证齿轮箱的寿命，而且优良的滤芯使用寿命较长，可节约滤芯的维护成本。本文介绍了齿轮箱滤芯性能的评价方法，对选择滤芯具有指导意义。

关键词：风力发电机组 滤芯 试验方法 性能评价

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，需要動用大型吊车，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：

βX（C）=Nu/Nd

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

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。

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

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：

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。

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。

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。

参考文献：

[1] 刘党华.滤芯过滤性能试验设计.液压与气动 2009.01：7-9

[2] 徐顺界.不同试验条件下对同种液压滤芯过滤性能试验结果影响的研究. 液压气动与密封 2016.01：13-15