長城風電潤滑脂在1.5MW直驅(qū)型風機上的應(yīng)用

張軍 高峰 張廣遼

中國石化潤滑油有限公司天津分公司

我國風力發(fā)電行業(yè)進入兆瓦級時代已經(jīng)近十余年。隨著我國裝備制造業(yè)的發(fā)展，大型風力發(fā)電機組的機械部件逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，風電裝機成本降低，使得我國風力發(fā)電行業(yè)進入了蓬勃發(fā)展的時代。風電設(shè)備潤滑條件苛刻[1]，在野外應(yīng)可靠運行20年，經(jīng)受住各種極端惡劣天氣和非常復(fù)雜的風力交變載荷的影響。

風力發(fā)電設(shè)備向大型化方向發(fā)展的同時，也對設(shè)備的維護保養(yǎng)提出了越來越苛刻的要求。隨著設(shè)備的大型化，設(shè)備自重和吊裝高度增加，維護難度也隨之提升，對設(shè)備的故障率控制要求越來越嚴格，因此設(shè)備轉(zhuǎn)動部件的潤滑逐漸引起風機生產(chǎn)商、風電開發(fā)商和設(shè)備維保商的重視。

風電設(shè)備軸承潤滑脂主要潤滑部位為主軸承、偏航軸承和變槳軸承[2]。其中主軸承受的載荷非常大，而且軸很長，容易變形，要求軸承必須有良好的調(diào)心性能。偏航軸承一般采用“零游隙”設(shè)計的四點接觸球軸承，溝道進行特別設(shè)計及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷，風機暴露在野外，對該軸承的密封性能有著嚴格的要求。變槳軸承要經(jīng)受非常大的負荷和扭矩，要求有非常高的可靠性。發(fā)電機軸承轉(zhuǎn)速較高，要求潤滑脂具有良好的高速性能[3]。

盡管大型風力發(fā)電機組的關(guān)鍵機械部件逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，但是風電行業(yè)所用潤滑脂多數(shù)為福斯、殼牌、美孚等國外品牌。結(jié)合我國風機型號、類型的發(fā)展狀況，中國石化潤滑油有限公司開發(fā)出長城風電主軸BLC-C 2Т潤滑脂（以下簡稱長城BLC-C 2Т潤滑脂），并在金風科技1.5MW直驅(qū)型風機主軸上試驗獲得成功，對于推進風機潤滑脂國產(chǎn)化進程具有重要意義。

長城BLC-C 2Т潤滑脂理化性能評價

長城BLC-C 2Т潤滑脂可以使用于直驅(qū)及雙饋型風機的主軸軸承的潤滑。將長城BLC-C 2Т潤滑脂與國外競品潤滑脂的理化性能進行對比分析，結(jié)果見表1。

表1 長城BLC-C 2Т潤滑脂與國外競品潤滑脂理化性能分析結(jié)果

由表1可知，長城BLC-C 2Т潤滑脂氧化安定性、耐水性、機械安定性、防腐蝕性等性能與國外同類產(chǎn)品相當，而極壓抗磨性與低溫性明顯優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

長城BLC-C 2Т潤滑脂應(yīng)用試驗過程

試驗從2015年6月開始在金風科技新疆基地進行。長城BLC-C 2Т潤滑脂在2臺GW93/1500 kW直驅(qū)型風機主軸軸承完成初裝，同時與裝有競品1潤滑脂的2臺風機進行對比試驗。2016年1月完成并網(wǎng)發(fā)電，截止2018年1月份完成了為期2年的掛機試驗。期間共取樣6次，分別對長城潤滑脂與競品潤滑脂進行了性能對比分析。試驗風機及采樣日期統(tǒng)計見表2，潤滑脂初裝/現(xiàn)場取樣見圖1、圖2。

試驗過程中質(zhì)量監(jiān)控及考察分析

潤滑脂在風機運轉(zhuǎn)過程中會被氧化，影響潤滑脂在軸承中運轉(zhuǎn)的壽命，另外軸承磨損量直接反映潤滑脂保護軸承的能力，所以重點監(jiān)控潤滑脂PDSC（氧化誘導期）數(shù)據(jù)與軸承磨損Fe、Cu元素含量。結(jié)合發(fā)電量與磨損量的分析，綜合評判潤滑脂的可靠性。

表2 試驗風機及采樣日期統(tǒng)計

PDSC（氧化誘導期）

測定潤滑脂在指定溫度（210 ℃）和壓力（3.5 MPa）下，熱量隨著時間的變化趨勢，測試方法為SH/Т 0790。根據(jù)熱量變化情況，判斷潤滑脂抗氧化性能。若氧化誘導期下降較快，說明潤滑脂抗氧化能力下降。風機雙列圓錐滾子軸承端潤滑脂高溫抗氧化性能對比見圖3，風機單列圓柱滾子軸承端潤滑脂高溫抗氧化性能對比圖4。

與競品比較，長城BLC-C 2Т潤滑脂試驗風機的潤滑狀態(tài)較為穩(wěn)定，其被氧化的趨勢正常。由圖3和圖4可知，風機單列圓柱滾子軸承端潤滑脂抗氧化性要明顯優(yōu)于風機雙列圓錐滾子軸承端潤滑脂，說明風機雙列圓錐滾子軸承端的工況更加苛刻。總體趨勢顯示，長城BLC-C 2Т軸承潤滑脂抗氧化性能稍優(yōu)于競品。

試驗結(jié)果偶有波動是因為風機每半年會進行定檢補脂，可能會造成取脂不均勻。

軸承磨損Fe、Cu元素含量分析（油料光譜分析）

油料光譜分析可以檢測出潤滑脂中元素的含量，尤其是鐵銅含量，可以直接反映軸承的磨損情況。元素含量低，說明軸承磨損小，潤滑脂的潤滑性能好。油料光譜檢測標準是ASТM D6595。風機主軸雙列圓錐滾子軸承端Fe元素磨損含量見圖5，風機主軸單列圓柱滾子軸承端Fe元素磨損含量見圖6，風機主軸雙列圓錐滾子軸承端Cu元素磨損含量見圖7， 風機主軸單列圓柱滾子軸承端Cu元素磨損含量見圖8。

從圖5～圖8可看出，風機經(jīng)過2年的運轉(zhuǎn)后，潤滑脂中的元素含量已經(jīng)趨于穩(wěn)定，4臺風機潤滑脂中鐵、銅元素含量的整體水平相當。

圖2 潤滑脂現(xiàn)場取樣

圖3 風機雙列圓錐滾子軸承端潤滑脂高溫抗氧化性能對比

發(fā)電量與磨損量分析

對4臺風機的單月發(fā)電時間與發(fā)電總量作了統(tǒng)計，結(jié)果表明4臺風機的單月發(fā)電量/發(fā)電總量基本相同，使用狀況相同，測試數(shù)據(jù)具有可比性。

為了更好地分析風機軸承磨損與發(fā)電量的關(guān)系，計算了潤滑脂中的Fe和Cu元素含量與風機發(fā)電量的比值，結(jié)果見圖9、圖10。

由圖9、圖10可見，風機主軸雙列圓錐滾子軸承端，長城產(chǎn)品的Fe含量均低于競品；107#和130#風機的Cu含量相對較低，但所有4臺風機Cu含量均在磨損正常范圍之內(nèi)。風機主軸單列圓柱滾子軸承端，除128#風機Fe、Cu磨損水平偏高外，其余3臺風機Fe、Cu磨損基本相當。綜合以上結(jié)論，長城BLC-C 2Т潤滑脂潤滑性能與競品相當。

結(jié)論

☆長城BLC-C 2Т潤滑脂的抗氧性、耐水性、機械安定性、防銹性等性能與國外同類產(chǎn)品相當，而潤滑性能優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

☆應(yīng)用試驗過程中對裝機潤滑脂進行了質(zhì)量監(jiān)控，同時進行PDSC（氧化誘導期）、軸承磨損元素含量分析、發(fā)電量與磨損量分析，結(jié)果表明長城BLC-C 2Т潤滑脂與國外同類產(chǎn)品性能相當。

☆長城BLC-C 2Т潤滑脂在金風科技1.5MW直驅(qū)型風機2年的掛機應(yīng)用過程中，試驗風機均運行正常，主軸軸承未出現(xiàn)故障，表明其能夠滿足風電潤滑的工況條件，可替代競品使用。

圖4 風機單列圓柱滾子軸承端潤滑脂高溫抗氧化性能對比

圖5 風機主軸雙列圓錐滾子軸承端Fe元素磨損含量

圖6 風機主軸單列圓柱滾子軸承端Fe元素磨損含量

圖7 風機主軸雙列圓錐滾子軸承端Cu元素磨損含量

圖8 風機主軸單列圓柱滾子軸承端Cu元素磨損含量

圖9 風機主軸雙列圓錐滾子軸承端磨損元素含量與風機發(fā)電量的比值

圖10 風機主軸單列圓柱滾子軸承端磨損元素含量與風機發(fā)電量的比值