風(fēng)電在用潤(rùn)滑脂監(jiān)測(cè)及軸承磨損分析

風(fēng)電在用潤(rùn)滑脂監(jiān)測(cè)及軸承磨損分析摘要：本文對(duì)風(fēng)電用潤(rùn)滑脂、風(fēng)電軸承的磨損形式及原因進(jìn)行了分析，并對(duì)某風(fēng)場(chǎng)多臺(tái)風(fēng)機(jī)的主軸軸承潤(rùn)滑脂、偏航軸承潤(rùn)滑脂和變槳軸承潤(rùn)滑脂進(jìn)行了寬溫度范圍滴點(diǎn)、鐵磁性顆粒濃度、機(jī)械雜質(zhì)和金屬元素等性能指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，分析了風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑脂的劣化情況和污染情況;同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)軸承的磨損情況及運(yùn)行狀況進(jìn)行了分析，為風(fēng)電軸承的供脂和風(fēng)機(jī)的運(yùn)維提供了科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑脂；軸承；機(jī)械雜質(zhì)；磨損1基本情況概述隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期，風(fēng)要性能優(yōu)異的潤(rùn)滑劑對(duì)齒輪箱、主軸承、偏航軸承、電機(jī)組裝機(jī)容量逐漸增多，由此對(duì)風(fēng)電設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)也提出越來(lái)越嚴(yán)格的要求，要保證設(shè)備的故障率處于較低水平，因此風(fēng)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部件的潤(rùn)滑逐漸引起重視。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)備潤(rùn)滑條件非?？量蹋L(fēng)機(jī)需要在野外可靠運(yùn)行20年左右，能夠經(jīng)受住復(fù)雜風(fēng)力交變載荷和極端的惡劣天氣，這就需變槳軸承等部位提供長(zhǎng)期的保護(hù)。但隨著設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑時(shí)間的延長(zhǎng)，潤(rùn)滑劑不可避免出現(xiàn)衰變，使得潤(rùn)滑效果下降，造成設(shè)備的磨損，因此對(duì)風(fēng)電潤(rùn)滑劑進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)具有非常重要的意義。目前，多數(shù)風(fēng)場(chǎng)已建立了對(duì)齒輪箱潤(rùn)滑油的監(jiān)測(cè)體系，根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果可以分析齒輪油的衰變情況及齒輪箱的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。但對(duì)風(fēng)電機(jī)組潤(rùn)滑脂的監(jiān)測(cè)尚未做到位，這與潤(rùn)滑脂自身特性以及取樣有較大的關(guān)系。風(fēng)電潤(rùn)滑脂的取樣較為困難，難以取得有代表性的樣品。但對(duì)風(fēng)電潤(rùn)滑脂的監(jiān)測(cè)依然有重要的意義，風(fēng)機(jī)運(yùn)維人員可根據(jù)潤(rùn)滑脂的監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷潤(rùn)滑脂的衰變情況，并根據(jù)脂中存在的磨損顆粒和污染顆粒來(lái)判斷風(fēng)電軸承的磨損情況，從而更好的指導(dǎo)工作人員對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)。對(duì)風(fēng)電軸承潤(rùn)滑脂和軸承的磨損進(jìn)行了分析，并監(jiān)測(cè)了某風(fēng)場(chǎng)主軸軸承、變槳軸承和偏航軸承所用潤(rùn)滑脂的寬溫度范圍滴點(diǎn)、鐵磁性顆粒濃度、Fe含量、Cu含量、機(jī)械雜質(zhì)。結(jié)果表明：部分風(fēng)機(jī)主軸軸承潤(rùn)滑脂寬溫度范圍滴點(diǎn)發(fā)生大幅降低，最高降低73℃，建議對(duì)滴點(diǎn)降低超過(guò)30℃的主軸軸承潤(rùn)滑脂進(jìn)行更換。同時(shí)，該風(fēng)場(chǎng)部分風(fēng)機(jī)的變槳軸承和偏航軸承潤(rùn)滑脂中存在大量的機(jī)械雜質(zhì)，雜質(zhì)尺寸主要集中在10～75μm，雜質(zhì)主要來(lái)源于軸承的磨損，主要成分為Fe。表明部分風(fēng)機(jī)變槳軸承和偏航軸承發(fā)生了較嚴(yán)重的磨損，應(yīng)密切關(guān)注風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，并對(duì)磨損嚴(yán)重的風(fēng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)。2風(fēng)電潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑部位主軸軸承、偏航軸承和變槳軸承是風(fēng)電潤(rùn)滑脂的主要潤(rùn)滑部位。由于由風(fēng)力產(chǎn)生的載荷均作用在主軸上，因此主軸的配置非常重要。主軸所承載的徑向載荷和軸向載荷非常大，另外，主軸轉(zhuǎn)速較慢，且易變形，要求主軸上配置的滾動(dòng)軸承有比較好的調(diào)心功能，并且能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。主軸的潤(rùn)滑多采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，要求潤(rùn)滑脂具有良好的黏溫性能、防腐性能和承載性能。偏航系統(tǒng)通常用來(lái)調(diào)整整個(gè)風(fēng)電機(jī)組，以使機(jī)組對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，當(dāng)風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)，偏航系統(tǒng)可使其平穩(wěn)快速的對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，從而得到風(fēng)力的最大利用率。偏航系統(tǒng)由偏航行星齒輪減速器、偏航電機(jī)、回轉(zhuǎn)體大齒輪和風(fēng)向標(biāo)組成。偏航系統(tǒng)中采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度不高，但齒輪和偏轉(zhuǎn)軸承承受了較大的載荷。位于偏航系統(tǒng)上的回轉(zhuǎn)體大齒輪通常為開(kāi)式結(jié)構(gòu)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低，齒輪產(chǎn)熱量較少，易受到環(huán)境的影響?；剞D(zhuǎn)體大齒輪是偏航系統(tǒng)的主要潤(rùn)滑部位，它承受了較大的負(fù)荷，受灰塵、海水潮氣、濕氣等的影響較大，要求潤(rùn)滑脂的低溫性能、防腐蝕性能、黏附性能和極壓抗磨性能較好。通常大功率的風(fēng)電機(jī)組會(huì)裝配有變槳系統(tǒng)，通常由3個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)組成，變槳系統(tǒng)的潤(rùn)滑要求與偏航系統(tǒng)的潤(rùn)滑要求相似，變槳系統(tǒng)承受的載荷相對(duì)較小，一般采用集中潤(rùn)滑方式對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑，由于潤(rùn)滑管路較為復(fù)雜、潤(rùn)滑管細(xì)且長(zhǎng)，非常易在分配器等潤(rùn)滑部產(chǎn)生堵塞。因此對(duì)潤(rùn)滑脂的低溫泵送性能有較高的要求，要求在開(kāi)式齒輪圈處的潤(rùn)滑脂具有優(yōu)異的黏附性能、低溫性能、抗氧化性能。目前，風(fēng)場(chǎng)多采用自動(dòng)集中供脂和定期換脂的兩種供脂方式，定期換脂周期因不同機(jī)型和不同部位而有所差異，通常定期換脂周期有2、3、6個(gè)月，自動(dòng)集中供脂可連續(xù)不斷地進(jìn)行供脂，并將廢舊的潤(rùn)滑脂排出，但由于潤(rùn)滑脂容易干結(jié)，集中供脂系統(tǒng)管道中易殘存干結(jié)的潤(rùn)滑脂，造成供脂不暢。同時(shí)，主軸、偏航和變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)中的油脂也易產(chǎn)生干涸結(jié)塊，排脂不暢，干涸的潤(rùn)滑脂留存在潤(rùn)滑系統(tǒng)中，易造成軸承內(nèi)部過(guò)度磨損，設(shè)備運(yùn)行異常。另外，潤(rùn)滑脂在使用過(guò)程中不斷劣化，導(dǎo)致最終失效。軸承會(huì)因脂的失效發(fā)生異常磨損，嚴(yán)重時(shí)可能造成機(jī)械故障，因此對(duì)風(fēng)電在用潤(rùn)滑脂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，評(píng)估脂潤(rùn)滑部位的磨損情況，對(duì)預(yù)測(cè)因潤(rùn)滑引起的設(shè)備早期失效有非常重要的意義。3風(fēng)電軸承的磨損分析風(fēng)電機(jī)組軸承的失效除了設(shè)備劣化、材質(zhì)缺陷、設(shè)計(jì)制造不當(dāng)?shù)纫蛩匾鹜猓?0%左右的失效是由于潤(rùn)滑劑失效引起的腐蝕和磨損。風(fēng)電機(jī)組軸承的失效形式主要是滾道和滾動(dòng)體的腐蝕磨損、磨粒磨損、疲勞磨損和黏著磨損。腐蝕磨損是由于潤(rùn)滑劑的氧化產(chǎn)生酸性物質(zhì)，酸性物質(zhì)與摩擦副表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起表面損傷引起的。載荷的作用導(dǎo)致材料疲勞剝落形成凹坑，疲勞磨損通常是軸承磨損的主要形式。黏著磨損是兩個(gè)摩擦表面在滑動(dòng)時(shí)局部發(fā)生金屬黏著，并隨著磨擦副的運(yùn)動(dòng)，黏著處產(chǎn)生破壞，軸承出現(xiàn)損傷的磨損形式。4風(fēng)電在用潤(rùn)滑脂的監(jiān)測(cè)寬溫度范圍滴點(diǎn)溫度對(duì)風(fēng)電潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性和氧化性有很大的影響，溫度升高，潤(rùn)滑脂變軟，脂的附著能力降低，潤(rùn)滑脂容易流失。高溫也易造成脂的氧化，潤(rùn)滑脂顏色變黑。高溫時(shí)潤(rùn)滑脂的蒸發(fā)損失會(huì)增大，會(huì)出現(xiàn)氧化變質(zhì)和凝縮分油現(xiàn)象。同時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，潤(rùn)滑脂易氧化產(chǎn)生酸性物質(zhì)導(dǎo)致脂的結(jié)構(gòu)破壞，滴點(diǎn)降低。該風(fēng)場(chǎng)主軸軸承用潤(rùn)滑脂寬溫度范圍滴點(diǎn)為295℃，變槳軸承和偏航軸承用潤(rùn)滑脂寬溫度范圍滴點(diǎn)為161℃。對(duì)某風(fēng)場(chǎng)多臺(tái)風(fēng)機(jī)的主軸潤(rùn)滑脂、偏航潤(rùn)滑脂和變槳潤(rùn)滑脂進(jìn)行寬溫度范圍滴點(diǎn)測(cè)試。有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)變槳軸承潤(rùn)滑脂滴點(diǎn)增幅超過(guò)20℃；偏航軸承潤(rùn)滑脂滴點(diǎn)未出現(xiàn)明顯波動(dòng)。相應(yīng)的，主軸潤(rùn)滑脂的動(dòng)力粘度也發(fā)生了一定范圍的波動(dòng)。部分主軸潤(rùn)滑脂的粘度出現(xiàn)了明顯的降低。機(jī)械雜質(zhì)對(duì)該風(fēng)場(chǎng)多臺(tái)風(fēng)機(jī)的主軸潤(rùn)滑脂、偏航潤(rùn)滑脂和變槳潤(rùn)滑脂進(jìn)行機(jī)械雜質(zhì)測(cè)試,顯示3種軸承潤(rùn)滑脂中機(jī)械雜質(zhì)含量最高的為變槳軸承潤(rùn)滑脂，其次為偏航軸承潤(rùn)滑脂，含量最小為主軸軸承潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂中機(jī)械雜質(zhì)尺寸主要集中在10～75μm，小于10μm的尺寸未統(tǒng)計(jì)。大量的磨損顆粒存在潤(rùn)滑脂中會(huì)對(duì)軸承產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，會(huì)加速軸承的磨損，造成軸承的嚴(yán)重?fù)p傷。同時(shí)，存在的金屬顆粒會(huì)加速脂的氧化，不利于對(duì)軸承的潤(rùn)滑。由此推測(cè)該風(fēng)場(chǎng)存在多臺(tái)軸承磨損嚴(yán)重的風(fēng)機(jī)，尤其變槳軸承和偏航軸承的磨損更為嚴(yán)重，需要密切關(guān)注風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，同時(shí)結(jié)合振動(dòng)監(jiān)測(cè)，以判斷風(fēng)機(jī)的磨損情況，盡快開(kāi)展風(fēng)機(jī)的運(yùn)維。結(jié)論該風(fēng)場(chǎng)部分風(fēng)機(jī)主軸軸承潤(rùn)滑脂寬溫度范圍滴點(diǎn)出現(xiàn)了較大幅度的降低，最高降低73℃，潤(rùn)滑脂滴點(diǎn)降幅過(guò)大會(huì)影響脂的使用性能，建議對(duì)滴點(diǎn)下降超過(guò)30℃的主軸軸承潤(rùn)滑脂進(jìn)行更換，以保證風(fēng)機(jī)軸承的良好運(yùn)行。該風(fēng)場(chǎng)部分風(fēng)機(jī)的變槳軸承和偏航軸承發(fā)生了比較嚴(yán)重的磨損，有多臺(tái)風(fēng)機(jī)變槳和偏航軸承潤(rùn)滑脂中鐵含量超過(guò)5000ppm，甚至超過(guò)15000ppm。主軸軸承的磨損情況并不嚴(yán)重，僅3臺(tái)主軸軸承潤(rùn)滑脂中鐵含量超過(guò)1000ppm，最高濃度為3456ppm。因此建議更換鐵含量超過(guò)5000ppm的變槳軸承潤(rùn)滑脂和偏航軸承潤(rùn)滑脂。通過(guò)對(duì)3種潤(rùn)滑脂中機(jī)械雜質(zhì)含量分析，發(fā)現(xiàn)3種潤(rùn)