风电机组自身变速度和变载荷以及外部环境气候恶劣、齿轮箱空间小等问题是导致风机失效的主要原因,而导致齿轮箱失效的一个重要因素就是风电齿轮油的颗粒污染物含量超标。
风电齿轮箱的颗粒污染来源有很多,最常见的以下四种(1) 设备内残留的颗粒,主要是制造和工作初期磨损所留下的污染物,包括没有彻底清理的砂粒,装配和修理时落入的金属屑、毛刺、焊渣等。(2) 系统内摩擦副的金属磨屑,金属磨屑是摩擦副表面在相对运动过程中,表面相互摩擦与磨损而形成的产物。(3) 系统在工作中外界侵入的颗粒,外界侵入的颗粒主要是灰尘、细砂等杂质,它们通过两条途径进入油路系统,一是空气滤清器性能不良或网眼太粗;二是在加注或更换新油液时,使用的容器不干净或加油口没有设置滤网。(4) 油液衰变产生的微粒,油液在使用过程中,由于氧化、硫化、硝化及添加剂耗损等原因,产生的摩擦聚合物微粒、纤维物微粒、积碳微粒及油渣物微粒。无论怎样,固体颗粒污染物一旦形成,就会对风电机组齿轮箱造成非常大的影响。
由固体颗粒污染物导致的齿轮箱部件的进一步磨损主要表现为“冲蚀”磨损、“锉削”磨损、“研磨”磨损三种形式,它们一般同时存在。
“冲蚀”磨损通常是指污染颗粒随着高速流动的油液,不断向油液系统中部件的表面吹射冲刷而对其造成的磨损,污染颗粒有软硬之分,软质颗粒的冲蚀磨损使被冲击部件表面变形,在表层下产生缺陷后损坏。硬质颗粒的冲蚀磨损使被冲刷部件表面材料晶格错位、滑移,加剧部件疲劳或使材料表面直接被切屑剥离而形成严重磨损。如图1所示。
图1: 软、硬质颗粒的冲刷磨损