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润滑油在涡轮风力发电机叶片性能方面的作用
newmaker    来源:Renewable Energy Focus
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涡轮风力发电机的安装部署继续要面对耐久性的挑战,新的多兆瓦级别涡轮风力机设计具有较大的叶片尺寸和发电塔高度,增加了对变桨距的控制及更加注意在海上的选址,持续给轴承和润滑剂的制造商带来了新的挑战。

对涡轮风力发电机轴承润滑应用所需的润滑油进行选择,需要从涡轮风力发电机的设计与轴承的典型故障机理、最低的工作环境温度、维护保养频率、发电场进行维护服务和润滑油补充的应用及兼容性等多个方面进行考虑。目前主轴承、叶片/变桨和偏移轴承及发电机轴承所使用的润滑油有两个发展的方向,一种是开发多用途润滑油能够适用于所有的润滑应用,二是专门为特定的应用设计润滑油。每种方法都有它的优缺点,并且轴承最终的可靠性与技术人员服务和操作的便捷性之间的平衡需要进行仔细地权衡。

对一台涡轮风力发电机的叶片角度进行调整是一项重要的操作,这不仅有利于涡轮风力发电机的安全操作(特别是在强风的情况下),而且还能更好地对涡轮风力发电机的电流产量进行控制。叶片的调整是通过叶片(或变桨)轴承的旋转—一般就是将螺栓固定在叶片轮毂上的四点接触球型轴承进行旋转。然后这种轴承就被暴露在了叶片非常高的动态负载下。叶片轴承的润滑应用不仅包括显著振动所带来的损伤,而且还要最小化轴承上滚动元件的旋转。振动和轻微的振荡可能会导致重大的故障(摩擦腐蚀压痕),涡轮风力发电机新的设计更加积极地处理变桨的问题。这种润滑系统以及所运行的环境,需要设计专业的润滑油来应对多个润滑应用的挑战。

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在一台涡轮风力发电机的润滑应用(无论是主变速箱的润滑油、液压油还是其他润滑油)中,最关键的是要求润滑剂能够具有很大的操作温度范围,从极端的气候条件(北极)到较高的环境温度。从低于-40℃到高于50℃的工作温度并不少见,且常常具有很大的季节性和日常波动。目前在比较典型的涡轮风力发电机设计中,都配备了渐进式或单线的集中润滑系统,并带有窄口的进料器能够将润滑油分配到各个润滑点上。(这需要润滑油具有很好的低温度泵送性)注:在Kesternich压力流量测试(DIN 51805)中,测试的润滑油即使在较低的环境温度中也表现出了极佳的流动性,对于叶片轴承润滑系统来说一个非常关键的要求是在分配器到轴承之间使用直径非常狭窄的分配线。在该试验中,需要对润滑油施加一定的压力,使其能够连续地从一个固定的测试喷嘴中流出来。即使在恶劣的环境温度下也需要保持较小的压力,理想的压力为小于1400毫巴。所测试的专门为叶片轴承设计的润滑油在-45℃达到的值只有375毫巴,在-60℃才达到了小于1400毫巴。Lincoln风速表测试进一步验证了润滑油出色的低温泵送性。

性能特点

风力发电场一般位于沿海地区,并且越来越多地出现在近海,这可能会增加潜在(盐)水的侵入。因此,即使是在盐水腐蚀的环境中,涡轮风力发电机润滑应用所使用的润滑油也必须具有很好的防锈性和耐腐蚀性。SKF EMCOR测试(ASTM D6138)能够测试在多变的潮湿条件下润滑油的防腐蚀性能,这是一个行业标准测试,用于测试当双列自调球心轴承暴露在不同质量的水中时润滑油的防腐蚀性能。在测试的最后,对轴承的滚道进行了检查,并且对腐蚀的程度制定了由1至5分的评定标准,其中0表示没有腐蚀,而5则代表严重腐蚀,并且腐蚀的部位覆盖了轴承滚道表面的10%。当使用蒸馏水测试叶片轴承润滑油时,给出的值为0,使用合成海水时为1或小于1,这表明润滑油具有很好的防腐蚀特性。

叶片轴承的应用不仅包括防止显著的振动,还有最小化轴承构件的旋转度。一种最常见的叶片轴承故障就是微动磨损或摩擦腐蚀压痕,机械磨损可以通过仔细的润滑设计加以解决,而这种类型的磨损是在润滑后的变桨轴承产生非常慢并且偶发的震动而导致的结果。这种振荡运动使得在滚动部件和滚道之间进行及形成一个有效的润滑膜非常困难。对叶片轴承润滑油的测试被设计为能够帮助抵抗摩擦腐蚀压痕,以及防止滚动接触部件在较高和可变负载条件下所产生的磨损。

标准测试协议

一家世界领先的涡轮风力发电机叶片轴承制造商,罗特艾德公司(Rothe Erde),指定他们所制造的叶片轴承所使用的润滑必须通过罗特艾德(Rothe Erde)/IME(机械工程师协会)波纹及腐蚀试验(FE 61001)。这个测试是由德国亚琛大学(Aachen University)的机械零件和机械设计学院(Institut Fuer Maschinenelemente und Maschinengestaltung)专门开发的,用于对叶片轴承润滑油的性能以及它们是否能够防止由于振动和磨损所产生的压痕故障进行评估。测试的润滑油加入到一个FAG四点接触转子轴承中,并注入含量为1%的氯化钠溶液,然后该轴承就开始进行100万次,7万牛顿的轴向载荷循环运动。在测试的循环运动结束时,轴承被卸下并对轴承滚道的波纹深度进行测量。此外,还要进行一个腐蚀程度的视觉评价,并进行由1至5的评分,其中1为最好,并没有被腐蚀,5为腐蚀最严重的最高水平。叶片轴承润滑油的测试得出了1的防腐等级,及最大的纹波深度为2米,平均的纹波深度为小于1米,显示出了润滑油对这种磨损出色的保护能力。

叶片轴承润滑油测试已经通过了一些其他行业的标准测试,并且证明了它在防止振动磨损和微动磨损方面的优秀性能。这些测试包括SNR FEB 2,摩擦腐蚀压痕滚动轴承润滑测试,以及法夫纳(Fafnir)微动测试(ASTM D4170)中所测试的润滑油在这些测试中都表现良好。在抗磨损和负载承载(极端压力,EP)防止磨损四球法(ASTM D2266)或极端压力(ASTM D2596)等测试以及FAG(Schaeffler) FE8 DIN 51819滚动轴承测试中都进一步证明了这种润滑油的优良性能。

耐久性的要求

涡轮风力发电机所使用的润滑油需要被暴露在行业指标最高的温度中,润滑油的耐久性肯定是风力发电场运营商在选择润滑油时所考虑的主要因素,以确保他们资产的最佳可靠性。壳牌公司(Shell)利用合成油代替矿物油制造的润滑油,降低了摩擦系数并提供了许多的性能优势,包括能够延长润滑油的使用寿命(氧化稳定性),改善低温泵送性以及在较高工作温度下的抗磨损保护度。

在根据所需的应用开发润滑油时—比如在涡轮风力发电机的叶片轴承润滑应用中—对齿轮的设计、操作条件(负载、振动、工作温度)和故障机理的深入了解,都是为风力发电场运营商提供较长的使用寿命和可靠性的关键。在陆上和海上的涡轮风力发电机所运行的严苛的环境中,具有极端的温度,机身暴露在盐雾中以及不常进行维护,这些对轴承的润滑来说是都是挑战。只有通过明智的选择合成润滑油、增稠剂以及最佳的添加剂组合,才能优化所需要实现的性能特点。最终的目标是开发一种具有优异的抗微动磨损、耐腐蚀性、高负荷承载性能和具有优越的低温泵送性的润滑油。

换句话说,目标是开发并利用润滑油来满足目前陆上和海上运行的多兆瓦涡轮风力发电机所使用的主动变桨距系统的需求。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (12/23/2014)
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