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风电设备主要润滑特点及润滑要求

2020-06-24
  风能是世界上最丰富的可再生能源之一。在风能推动下风机的叶片高速旋转,继而源源不断地输出电能。过去几年中,风力发电这种可再生的能源利用模式,在全球得到了迅猛发展。我国在风能利用方面潜力巨大,根据中国可再生能源行业协会预测:2020年中国的风电装机容量将达到2亿3000万千瓦。
  在不断提高风电电力产量的同时,确保原有的和新装的风机能够长期稳定运转是关键,而润滑则是重要的保障。所以,风电设备苛求润滑油性能均衡,并具有兼顾风电生产效率和设备保护两重功能。
  风机的润滑部位
  风机有几个主要的润滑部位,包括主变速箱、变桨和偏航变速箱,制动液压控制和变桨控制,变桨、偏航和主轴承以及发电机轴承等,在这些润滑部位当中,最最关键的是主变速箱。
  带动发电机运转的主变速箱可以说是齿轮传动型风机的心脏。因其对整个系统的正常运作至关重要,主变速箱的设计、制造通常都非常先进,造价不菲,一旦发生故障,更换主变速箱代价高昂。例举:为一个功率是1.5兆瓦涡轮机更换主变速箱时,购买新变速箱、租用起重设备、停工引起的收入损失加以人工费诸项合算,总额将超过25万美元。
  风机设备对润滑油的性能要求
  1、微点蚀保护问题 为了最大限度减少塔身上部重量,变速箱采用紧凑设计,包括齿轮的表面硬化设计。但经表面硬化处理(如渗碳、氮化、感应和火焰淬火)后的齿轮在复杂的气候条件和运行负荷下极易受到微点蚀的影响。选用的齿轮润滑油脂必须具有防止此类磨损的功能。
  微点蚀是一种主要发生在齿轮和滚动轴承上的表面磨损现象,运转开始几小时内,微点蚀作用就能引起表面开裂,这些无法用肉眼着到的细微裂痕,以与表面成小于30度的浅斜角不断扩大继而形成直径10微米以下的微点。在这些微点的共同作用下,表面裂痕继续扩大,它们能降低齿轮的吻合度或可导致齿轮断裂故障。专门用於防止微点蚀的齿轮润滑油其微点蚀保护功效高低是通过FVA54微点蚀测试(FVA54 Micropitting)进行测量的,润滑油对微点蚀的保护功效用数字和高/中/低耐久性来分级表示,建议至少使用“=10高”(=10high)等级的润滑油。
  2、润滑油抗磨损性能 滑行齿面间的材料移动造成磨损。当齿轮油的油膜厚度不足时,齿轮间的金属部件直接接触,磨损将一直持续以致不得不提早更换齿轮。常以FZG磨损测试(DIN 51354-2 mod)方法测试润滑油的抗擦伤和抗磨损性能,以其失效级数(FLS)表示润滑油的抗磨损效能。风机变速箱中的齿轮润滑油要求失效级数大于14。
  3、润滑油粘度指数 风力发电机的运行环境非常恶劣,昼夜轮转、寒暑交替,环境温度或低至零下45摄氏度或高达80摄氏度。经得住温度剧烈变化的润滑油必须具有相当的粘度指数。常以ASTM D2207标准方法测量,要求粘度指数为等於或大于160。由於合成润滑油较之矿物油基润滑油具有更为突出的粘温性,且在多种温度环境下都有卓越的润滑能力,因此,合成油更为普遍地被采用於风电设备的变速箱用油中。
  4、润滑油过滤性能和清洁能力 保持齿轮油清洁可以大大延长零部件的使用寿命,因此,对主变速箱中的齿轮油有着严格的清洁度要求。齿轮油的过滤性是指在实际运行条件下,齿轮油通过过滤器并且不堵过滤器的能力。油品的过滤性能很重要但却经常被忽视。
  实际运行中,过滤器更换频率往往超过设备制造商的建议更换频率两倍不止,致使年运行成本陡增。标准的过滤性能测试一般只对不含水的新油进行评估。过滤性能是以微米等级来界定的。风电设备很多情况下是使用2到3微米的肾形回路过滤器和5微米主过滤器来清洁齿轮油和保护风机变速箱部件。
  5、润滑油耐水性 变速箱中的油不允许混入水分。但是,由于风机本身的运行特点,要使风机里的油和水完全分离几乎是不可能的。当叶片在旋转时,变速箱运行温度高达80摄氏度,而当叶片仃止旋转时,变速箱冷却下来并从空气中吸取水分或湿气。由此,水分难免会进入变速箱。耐水性差的齿轮油会因水分的进入产生油泥和水解,从而导致设备故障。
  变速箱用的齿轮油必须不易吸水但在少量水存在的情况下仍能给设备提供充足的润滑保护。齿轮油的耐水性通过ASTM1401标准测试进行,测量油的油水分离能力,以油水分离时间(分钟)表示。风机变速箱齿轮油的油水分离能力要求为≤15分钟者适用。
  风机变速箱润滑油是现代工业世界中最具挑战性的工业润滑应用领域之一,需要通过尖端技术来确保品质,适用于严苛的工作环境;而服务风场作出正确的选择同样重要,因为风电厂需要提高生产效率,最大限度减少停机时间,降低维护和零部件更换成本,从而保障风电的顺利发展。
(来源:ITM工业技术)

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