风电在用润滑脂监测及轴承磨损分析

风电在用润滑脂监测及轴承磨损分析

王辉 国电电力宁夏新能源开发有限公司 ,宁夏银川 750002

摘要：本文对风电用润滑脂、风电轴承的磨损形式及原因进行了分析，并对某风场多台风机的主轴轴承润滑脂、偏航轴承润滑脂和变桨轴承润滑脂进行了宽温度范围滴点、铁磁性颗粒浓度、机械杂质和金属元素等性能指标的监测，分析了风机润滑脂的劣化情况和污染情况;同时对风机轴承的磨损情况及运行状况进行了分析，为风电轴承的供脂和风机的运维提供了科学依据。

关键词：润滑脂；轴承；机械杂质；磨损

1基本情况概述

随着国内风力发电行业进入蓬勃发展时期，风要性能优异的润滑剂对齿轮箱、主轴承、偏航轴承、电机组装机容量逐渐增多，由此对风电设备的维护保养也提出越来越严格的要求，要保证设备的故障率处于较低水平，因此风电设备运转部件的润滑逐渐引起重视。风力发电机组的设备润滑条件非常苛刻，风机需要在野外可靠运行20年左右，能够经受住复杂风力交变载荷和极端的恶劣天气，这就需变桨轴承等部位提供长期的保护。但随着设备的运转，润滑时间的延长，润滑剂不可避免出现衰变，使得润滑效果下降，造成设备的磨损，因此对风电润滑剂进行定期监测具有非常重要的意义。目前，多数风场已建立了对齿轮箱润滑油的监测体系，根据监测的结果可以分析齿轮油的衰变情况及齿轮箱的运转情况。但对风电机组润滑脂的监测尚未做到位，这与润滑脂自身特性以及取样有较大的关系。风电润滑脂的取样较为困难，难以取得有代表性的样品。但对风电润滑脂的监测依然有重要的意义，风机运维人员可根据润滑脂的监测结果判断润滑脂的衰变情况，并根据脂中存在的磨损颗粒和污染颗粒来判断风电轴承的磨损情况，从而更好的指导工作人员对风机进行维护。对风电轴承润滑脂和轴承的磨损进行了分析，并监测了某风场主轴轴承、变桨轴承和偏航轴承所用润滑脂的宽温度范围滴点、铁磁性颗粒浓度、Fe含量、Cu含量、机械杂质。结果表明：部分风机主轴轴承润滑脂宽温度范围滴点发生大幅降低，最高降低73℃，建议对滴点降低超过30℃的主轴轴承润滑脂进行更换。同时，该风场部分风机的变桨轴承和偏航轴承润滑脂中存在大量的机械杂质，杂质尺寸主要集中在10～75μm，杂质主要来源于轴承的磨损，主要成分为Fe。表明部分风机变桨轴承和偏航轴承发生了较严重的磨损，应密切关注风机的运行状况，并对磨损严重的风机进行维护。

2风电润滑脂的润滑部位

主轴轴承、偏航轴承和变桨轴承是风电润滑脂的主要润滑部位。由于由风力产生的载荷均作用在主轴上，因此主轴的配置非常重要。主轴所承载的径向载荷和轴向载荷非常大，另外，主轴转速较慢，且易变形，要求主轴上配置的滚动轴承有比较好的调心功能，并且能在恶劣环境下稳定运行。主轴的润滑多采用润滑脂润滑，要求润滑脂具有良好的黏温性能、防腐性能和承载性能。

偏航系统通常用来调整整个风电机组，以使机组对准风向，当风向发生变化时，偏航系统可使其平稳快速的对准风向，从而得到风力的最大利用率。偏航系统由偏航行星齿轮减速器、偏航电机、回转体大齿轮和风向标组成。偏航系统中采用的驱动电机速度不高，但齿轮和偏转轴承承受了较大的载荷。位于偏航系统上的回转体大齿轮通常为开式结构，运转速度较低，齿轮产热量较少，易受到环境的影响。回转体大齿轮是偏航系统的主要润滑部位，它承受了较大的负荷，受灰尘、海水潮气、湿气等的影响较大，要求润滑脂的低温性能、防腐蚀性能、黏附性能和极压抗磨性能较好。

通常大功率的风电机组会装配有变桨系统，通常由3个独立的系统组成，变桨系统的润滑要求与偏航系统的润滑要求相似，变桨系统承受的载荷相对较小，一般采用集中润滑方式对其进行润滑，由于润滑管路较为复杂、润滑管细且长，非常易在分配器等润滑部产生堵塞。因此对润滑脂的低温泵送性能有较高的要求，要求在开式齿轮圈处的润滑脂具有优异的黏附性能、低温性能、抗氧化性能。

目前，风场多采用自动集中供脂和定期换脂的两种供脂方式，定期换脂周期因不同机型和不同部位而有所差异，通常定期换脂周期有2、3、6个月，自动集中供脂可连续不断地进行供脂，并将废旧的润滑脂排出，但由于润滑脂容易干结，集中供脂系统管道中易残存干结的润滑脂，造成供脂不畅。同时，主轴、偏航和变桨润滑系统中的油脂也易产生干涸结块，排脂不畅，干涸的润滑脂留存在润滑系统中，易造成轴承内部过度磨损，设备运行异常。另外，润滑脂在使用过程中不断劣化，导致最终失效。轴承会因脂的失效发生异常磨损，严重时可能造成机械故障，因此对风电在用润滑脂进行监测，评估脂润滑部位的磨损情况，对预测因润滑引起的设备早期失效有非常重要的意义。

3风电轴承的磨损分析

风电机组轴承的失效除了设备劣化、材质缺陷、设计制造不当等因素引起外，70%左右的失效是由于润滑剂失效引起的腐蚀和磨损。风电机组轴承的失效形式主要是滚道和滚动体的腐蚀磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和黏着磨损。腐蚀磨损是由于润滑剂的氧化产生酸性物质，酸性物质与摩擦副表面发生化学反应引起表面损伤引起的。载荷的作用导致材料疲劳剥落形成凹坑，疲劳磨损通常是轴承磨损的主要形式。黏着磨损是两个摩擦表面在滑动时局部发生金属黏着，并随着磨擦副的运动，黏着处产生破坏，轴承出现损伤的磨损形式。

4风电在用润滑脂的监测

宽温度范围滴点

温度对风电润滑脂的流动性和氧化性有很大的影响，温度升高，润滑脂变软，脂的附着能力降低，润滑脂容易流失。高温也易造成脂的氧化，润滑脂颜色变黑。高温时润滑脂的蒸发损失会增大，会出现氧化变质和凝缩分油现象。同时，随着时间的延长，润滑脂易氧化产生酸性物质导致脂的结构破坏，滴点降低。该风场主轴轴承用润滑脂宽温度范围滴点为295℃，变桨轴承和偏航轴承用润滑脂宽温度范围滴点为161℃。对某风场多台风机的主轴润滑脂、偏航润滑脂和变桨润滑脂进行宽温度范围滴点测试。有两台风机变桨轴承润滑脂滴点增幅超过20℃；偏航轴承润滑脂滴点未出现明显波动。相应的，主轴润滑脂的动力粘度也发生了一定范围的波动。部分主轴润滑脂的粘度出现了明显的降低。

机械杂质对该风场多台风机的主轴润滑脂、偏航润滑脂和变桨润滑脂进行机械杂质测试,显示3种轴承润滑脂中机械杂质含量最高的为变桨轴承润滑脂，其次为偏航轴承润滑脂，含量最小为主轴轴承润滑脂。润滑脂中机械杂质尺寸主要集中在10～75μm，小于10μm的尺寸未统计。大量的磨损颗粒存在润滑脂中会对轴承产生严重的后果，会加速轴承的磨损，造成轴承的严重损伤。同时，存在的金属颗粒会加速脂的氧化，不利于对轴承的润滑。由此推测该风场存在多台轴承磨损严重的风机，尤其变桨轴承和偏航轴承的磨损更为严重，需要密切关注风机的运行状况，同时结合振动监测，以判断风机的磨损情况，尽快开展风机的运维。

结论

该风场部分风机主轴轴承润滑脂宽温度范围滴点出现了较大幅度的降低，最高降低73℃，润滑脂滴点降幅过大会影响脂的使用性能，建议对滴点下降超过30℃的主轴轴承润滑脂进行更换，以保证风机轴承的良好运行。该风场部分风机的变桨轴承和偏航轴承发生了比较严重的磨损，有多台风机变桨和偏航轴承润滑脂中铁含量超过5000ppm，甚至超过15000ppm。主轴轴承的磨损情况并不严重，仅3台主轴轴承润滑脂中铁含量超过1000ppm，最高浓度为3456ppm。因此建议更换铁含量超过5000ppm的变桨轴承润滑脂和偏航轴承润滑脂。通过对3种润滑脂中机械杂质含量分析，发现3种润滑脂中机械杂质主要来源于设备的磨损，其中变桨轴承和偏航轴承的磨损更为严重，可结合振动监测，判断风机的磨损情况，尽快开展风机的运维。

参考文献:

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[2]倪伟．风力发电系统[M]．北京：机械工业出版社，2011：35-37.