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高品质润滑脂让风轮机转动更顺畅

纳克
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摘要:一台2MW的商业规模风轮机需要300万美元以上,这足以促使厂家努力维护好他们的设备...
 
一台2MW的商业规模风轮机需要300万美元以上,这足以促使厂家努力维护好他们的设备。
 
到目前为止,行业中仍然没有全面的风轮机润滑脂标准,在不同的硬件和工作条件下,风轮机的性能需求也有所不同。面对各种各样的润滑脂,厂家很难做出选择,使用不合适的齿轮油或润滑脂可能带来高昂的维修费用。
 
在美国润滑脂协会年会上,一家添加剂生产商、一家齿轮生产商和一家大型石油企业交流了它们针对生产高性能风轮机润滑油的观点,并分析了使用错误的润滑油给厂家带来的后果。
 
乔•凯普里克是雅富顿的高级润滑脂研发顾问,在美国爱达荷州科达伦举办的会议上,他向人们阐述了风能的三大主流趋势:风轮机规模变大、离岸装机量增加,以及某些国家政策的不确定性。其中风轮机规模的变化影响最大。
 
美国风能协会估计,一台现行风轮机比一台1990年的风轮机多产生将近20倍的电能。凯普里克认为这种惊人的增长趋势还会继续下去。
 
“目前来说,1MW到2MW的风轮机属于普通规模,持续发展的技术也让10+MW风轮机成为可能;风轮机将不断突破局限,产生更多的电能。”
 
3月,通用发布了将开发目前最大型的离岸风轮机的消息。与其他大型风轮机一样,Haliade-X装有直驱发动机,它的风轮直径为220米,相当于两个足球场的长度。单单一台风轮机所产生的电能就能为500个家庭供电。
 
大型风轮机给传统的润滑油技术带来了挑战。维持风轮机持续运转需要大量的润滑脂。对于位于-40℃的寒冷高山或50℃的辽阔平原上的风轮机,其润滑脂需要在集中泵送系统中保持流动。润滑脂还需要阻隔来源于水气、雨水和海水的水分,避免设备腐蚀生锈。
 
较高的动态负载和冲击负载,改变了风速,给风轮机各部位的润滑油带来各种困难。
 
其中包括:低速下保持油膜和避免主轴承震动时出现微动磨损;防止变桨系统出现微动磨损和伪布氏压痕;减少轴承箱的磨损、胶合和微点蚀。
 
凯普里克表示,白点蚀裂纹是近来备受关注的风轮机问题。行业致力于解决该问题,它会导致出现点蚀、碎屑剥落和轴承故障。
 
凯普里克观察到,合成润滑油的使用率增加,以便在漫长的换油周期中实现最全面的保护;在风轮机的特定部件上,用专属润滑脂替代多功能润滑脂也受到了热烈讨论。
 
增加成本
 
凯普里克预测,一台2MW的风轮机的安装成本接近300万美元。他表示,作为经营者,“你可能不会太重视润滑油成本。这有用吗?能保护我的设备吗?”格雷戈•莫里斯是壳牌的润滑脂产品应用专家,他想起在2009年的时候,一家风力发电厂由于选错润滑油,它的风轮机遭受到了巨大的损害。
 
该厂的风轮机OEM建议在叶片轴承和主轴轴承上使用同一款多功能润滑脂。该款锂基润滑脂的基础油为矿物基础油,理论上,它能够在42℃以下保持足够的油膜厚度。
 
然而,这家风能发电厂位于炎热地区。当外部温度仅为25℃时,轴承内部的工作温度就超过42℃。根据历史数据,一年中有超过62%的时间,该厂风轮机的轴承内部温度超过了42℃。
 
莫里斯的团队发现了问题——“磨损过多了”。润滑脂中的铜含量和铁含量分别高达65000ppm和44000ppm。轴承“表面点蚀遍布”,滚子也遭到了严重损害。
 
这些风轮机已经过了保修期,厂家需要承担检查诊断以及将每台风机中60到70磅(即27.2千克到31.8千克)的润滑脂更换成合成润滑脂的总费用。
故障轴承已经持续使用了超过20年,但是莫里斯认为它们的寿命比理想寿命缩短了25%。更换一个轴承需要花费30万美元,该发电厂一共拥有几百个轴承。
 
可想而知,维修让该厂的收入显著减少。选择错误的轴承润滑脂总共浪费了厂家超过4000万美元。
 
测试出最佳润滑脂
 
凯普里克表示,即便使用配制得当和精心选择的润滑脂,“风轮机的不同部位仍然需要添加剂解决相应的问题,尤其是微点蚀和磨损问题。”
 
ASTM D4170(《润滑脂防止微动磨损的标准试验方法》)用于测试润滑脂防止微动磨损的性能,不过凯普里克认为,它“大概不是观察风轮机润滑脂的防微动磨损性能的最佳方法”。Riffel测试是常用的微动磨损测试,它模仿实际工作情况,是一个“成本高昂、大型且复杂的测试”。
 
凯普里克建议润滑脂生产商考虑利用多变量分析,设计出最佳的风轮机润滑油。他表示:“试着从这种模式来考虑问题,使用容易操作的台架测试来分析与微动磨损有关,但是相互间没有直接联系的性质。”
 
有效的测试包括Fafnir微动磨损测试、高频率往复运动台架测试或检测腐蚀性和流变性的SRV测试、四球磨损测试和析油测试。得到测试数据之后,通过改变某些特定的性质,从而获得合适的配方。
 
加入摩擦改进剂可以改变SRV摩擦测试结果,析油情况则可以通过加入聚合物或润滑脂增稠剂得到改善。凯普里克表示:“如果你调整了三种你认为最重要的性质,那么你将得到在实际工作中对风轮机有利的润滑脂。”
 
这种方法不适合抗腐蚀测试,因为这种测试多数结果只分成与败。不过,凯普里克仍然鼓励人们研究与抗腐蚀和优化配方有关的重要因素。润滑脂的碱性程度影响添加剂的使用效果,这就是其中一个例子。润滑脂生产商也需要了解时间、水分、盐分和温度在实际情况中的作用。凯普里克表示,需要改变测试中的盐水浓度、时间长短以及其他相关因素,从而得到最接近实际情况的实验条件。
 
进行多项的腐蚀测试可以获得更深层的信息,包括锈覆盖率的主观评估,或测试平均灰度值等光学方法。
 
凯普里克不断强调考虑测试种类的重要性。在两份同种润滑脂中分别加入不同浓度的盐水,他观察到,Emcor轴承测试的腐蚀情况比静态轴承测试的较轻。
 
他表示,表面活性添加剂可能妨碍改进剂的发挥。比方说,抗锈剂对抗微动磨损等其他性能有所影响。
 
凯普里克提醒道:“也许你使用的抗锈剂足够好,但是它不利于抗磨损。”添加剂的协同效应同样重要。他提醒人们:“多款抗锈剂的综合作用比单一抗锈剂的效果更佳。”
 
他总结道:“如果有人跟你说,‘这是风轮机标准,你需要遵守,’请提出疑问,了解你的设备真正需要什么,而这些标准又测试了什么。”
……
 
本文节选自《润滑油情报》杂志2018年12月刊,如需了解更多风轮机润滑脂内容,欢迎来电索刊:020-87766826、87766563、87766589。
 
 
 
 
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