长城风电润滑脂在1.5MW直驱型风机上的应用

2018-08-24张军高峰张广辽

石油商技 2018年4期

张军高峰张广辽

中国石化润滑油有限公司天津分公司

我国风力发电行业进入兆瓦级时代已经近十余年。随着我国装备制造业的发展，大型风力发电机组的机械部件逐步实现国产化，风电装机成本降低，使得我国风力发电行业进入了蓬勃发展的时代。风电设备润滑条件苛刻[1]，在野外应可靠运行20年，经受住各种极端恶劣天气和非常复杂的风力交变载荷的影响。

风力发电设备向大型化方向发展的同时，也对设备的维护保养提出了越来越苛刻的要求。随着设备的大型化，设备自重和吊装高度增加，维护难度也随之提升，对设备的故障率控制要求越来越严格，因此设备转动部件的润滑逐渐引起风机生产商、风电开发商和设备维保商的重视。

风电设备轴承润滑脂主要润滑部位为主轴承、偏航轴承和变桨轴承[2]。其中主轴承受的载荷非常大，而且轴很长，容易变形，要求轴承必须有良好的调心性能。偏航轴承一般采用“零游隙”设计的四点接触球轴承，沟道进行特别设计及加工，可以承受大的轴向载荷和力矩载荷，风机暴露在野外，对该轴承的密封性能有着严格的要求。变桨轴承要经受非常大的负荷和扭矩，要求有非常高的可靠性。发电机轴承转速较高，要求润滑脂具有良好的高速性能[3]。

尽管大型风力发电机组的关键机械部件逐步实现国产化，但是风电行业所用润滑脂多数为福斯、壳牌、美孚等国外品牌。结合我国风机型号、类型的发展状况，中国石化润滑油有限公司开发出长城风电主轴BLC-C 2Т润滑脂（以下简称长城BLC-C 2Т润滑脂），并在金风科技1.5MW直驱型风机主轴上试验获得成功，对于推进风机润滑脂国产化进程具有重要意义。

长城BLC-C 2Т润滑脂理化性能评价

长城BLC-C 2Т润滑脂可以使用于直驱及双馈型风机的主轴轴承的润滑。将长城BLC-C 2Т润滑脂与国外竞品润滑脂的理化性能进行对比分析，结果见表1。

表1 长城BLC-C 2Т润滑脂与国外竞品润滑脂理化性能分析结果

由表1可知，长城BLC-C 2Т润滑脂氧化安定性、耐水性、机械安定性、防腐蚀性等性能与国外同类产品相当，而极压抗磨性与低温性明显优于国外同类产品。

长城BLC-C 2Т润滑脂应用试验过程

试验从2015年6月开始在金风科技新疆基地进行。长城BLC-C 2Т润滑脂在2台GW93/1500 kW直驱型风机主轴轴承完成初装，同时与装有竞品1润滑脂的2台风机进行对比试验。2016年1月完成并网发电，截止2018年1月份完成了为期2年的挂机试验。期间共取样6次，分别对长城润滑脂与竞品润滑脂进行了性能对比分析。试验风机及采样日期统计见表2，润滑脂初装/现场取样见图1、图2。

试验过程中质量监控及考察分析

润滑脂在风机运转过程中会被氧化，影响润滑脂在轴承中运转的寿命，另外轴承磨损量直接反映润滑脂保护轴承的能力，所以重点监控润滑脂PDSC（氧化诱导期）数据与轴承磨损Fe、Cu元素含量。结合发电量与磨损量的分析，综合评判润滑脂的可靠性。

表2 试验风机及采样日期统计

PDSC（氧化诱导期）

测定润滑脂在指定温度（210 ℃）和压力（3.5 MPa）下，热量随着时间的变化趋势，测试方法为SH/Т 0790。根据热量变化情况，判断润滑脂抗氧化性能。若氧化诱导期下降较快，说明润滑脂抗氧化能力下降。风机双列圆锥滚子轴承端润滑脂高温抗氧化性能对比见图3，风机单列圆柱滚子轴承端润滑脂高温抗氧化性能对比图4。

与竞品比较，长城BLC-C 2Т润滑脂试验风机的润滑状态较为稳定，其被氧化的趋势正常。由图3和图4可知，风机单列圆柱滚子轴承端润滑脂抗氧化性要明显优于风机双列圆锥滚子轴承端润滑脂，说明风机双列圆锥滚子轴承端的工况更加苛刻。总体趋势显示，长城BLC-C 2Т轴承润滑脂抗氧化性能稍优于竞品。

试验结果偶有波动是因为风机每半年会进行定检补脂，可能会造成取脂不均匀。

轴承磨损Fe、Cu元素含量分析（油料光谱分析）

油料光谱分析可以检测出润滑脂中元素的含量，尤其是铁铜含量，可以直接反映轴承的磨损情况。元素含量低，说明轴承磨损小，润滑脂的润滑性能好。油料光谱检测标准是ASТM D6595。风机主轴双列圆锥滚子轴承端Fe元素磨损含量见图5，风机主轴单列圆柱滚子轴承端Fe元素磨损含量见图6，风机主轴双列圆锥滚子轴承端Cu元素磨损含量见图7，风机主轴单列圆柱滚子轴承端Cu元素磨损含量见图8。

从图5～图8可看出，风机经过2年的运转后，润滑脂中的元素含量已经趋于稳定，4台风机润滑脂中铁、铜元素含量的整体水平相当。

图2 润滑脂现场取样

图3 风机双列圆锥滚子轴承端润滑脂高温抗氧化性能对比

发电量与磨损量分析

对4台风机的单月发电时间与发电总量作了统计，结果表明4台风机的单月发电量/发电总量基本相同，使用状况相同，测试数据具有可比性。

为了更好地分析风机轴承磨损与发电量的关系，计算了润滑脂中的Fe和Cu元素含量与风机发电量的比值，结果见图9、图10。

由图9、图10可见，风机主轴双列圆锥滚子轴承端，长城产品的Fe含量均低于竞品；107#和130#风机的Cu含量相对较低，但所有4台风机Cu含量均在磨损正常范围之内。风机主轴单列圆柱滚子轴承端，除128#风机Fe、Cu磨损水平偏高外，其余3台风机Fe、Cu磨损基本相当。综合以上结论，长城BLC-C 2Т润滑脂润滑性能与竞品相当。