姚林曉 賈夢(mèng)麗 上官林建

摘 要：風(fēng)能是可持續(xù)的清潔能源，風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能最直接的應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最主要的故障來(lái)源于磨損，風(fēng)電潤(rùn)滑技術(shù)逐漸成為風(fēng)電設(shè)備研究熱點(diǎn)。本文介紹了風(fēng)電潤(rùn)滑技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，通過(guò)闡述風(fēng)電主軸軸承的三種潤(rùn)滑方式和風(fēng)電密封技術(shù)，提出了風(fēng)電運(yùn)維方案及未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電技術(shù);軸承潤(rùn)滑;密封技術(shù);風(fēng)電運(yùn)維

中圖分類(lèi)號(hào)：TH17文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）29-0139-03

Abstract： Wind energy is a sustainable clean energy source， and wind power is the most direct application of wind energy.The main fault of wind turbines comes from wear and tear， and wind power lubrication technology has gradually become a research hotspot for researchers. This paper introduced the domestic and international research status of wind power lubrication technology， and focused on the three lubrication methods and wind power sealing technology of wind power main shaft bearings， put forward the wind power operation and maintenance plan， and looked forward to the future development direction.

Keywords： wind power technology;bearing lubrication;sealing technology;wind power operation and maintenance

隨著環(huán)境污染和溫室氣體排放日益嚴(yán)重，風(fēng)力發(fā)電作為有效減緩氣候變化、大規(guī)模利用風(fēng)能最經(jīng)濟(jì)的方式，得到了世界各國(guó)相關(guān)人士的高度關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在投產(chǎn)后的2～4年是故障高發(fā)期，其中80%的機(jī)器零件失效歸因于磨損，因此，風(fēng)電潤(rùn)滑技術(shù)的研究和發(fā)展顯得尤為重要。良好的潤(rùn)滑是風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障，同時(shí)也是降低電力成本的保證。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)分析指出，風(fēng)能領(lǐng)域的最新產(chǎn)品和先進(jìn)技術(shù)主要出現(xiàn)在荷蘭、丹麥、西班牙、德國(guó)、美國(guó)和瑞典等國(guó)家[1]。風(fēng)電行業(yè)在我國(guó)“十三五”規(guī)劃、十九大報(bào)告提出要建立綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系等國(guó)家政策的支持下也在不斷發(fā)展。風(fēng)電潤(rùn)滑技術(shù)是延長(zhǎng)風(fēng)電機(jī)組壽命的關(guān)鍵技術(shù)。作為風(fēng)電機(jī)組最主要的潤(rùn)滑對(duì)象，風(fēng)電軸承本身的選擇也很重要。目前，國(guó)外領(lǐng)先的風(fēng)電配套軸承研發(fā)機(jī)構(gòu)主要有：瑞典SKF公司、德國(guó)RotheErde公司和FAG公司等[2]。國(guó)內(nèi)外常用的風(fēng)電主軸軸承主要有雙排調(diào)心軸承、三排圓柱滾子軸承、單支撐雙列圓錐滾子軸承和雙支撐單列圓錐滾子軸承等。其中，雙列圓錐滾子軸承是風(fēng)電主軸軸承最理想的選擇[1]。荷蘭科學(xué)家J.Frenken早在2004年就已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上首次證實(shí)了超潤(rùn)滑的存在。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，室溫條件下的從微米到厘米尺度的超潤(rùn)滑和微米尺度的高速超潤(rùn)滑在實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)[3]。在我國(guó)，廣州機(jī)械院早在20世紀(jì)80年代初期就已經(jīng)開(kāi)始了機(jī)械設(shè)備潤(rùn)滑、磨損狀態(tài)檢測(cè)以及故障診斷技術(shù)應(yīng)用方面的研究。目前，這些技術(shù)已經(jīng)較為成熟，為國(guó)內(nèi)眾多風(fēng)電企業(yè)提供了有力的技術(shù)支持[4]。風(fēng)電潤(rùn)滑市場(chǎng)不再只依賴(lài)于外資潤(rùn)滑品牌，目前我國(guó)已經(jīng)成為全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模最大、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)。

2 風(fēng)電潤(rùn)滑技術(shù)研究

風(fēng)電機(jī)組的一般潤(rùn)滑點(diǎn)包括主增速齒輪箱、偏航系統(tǒng)開(kāi)式齒輪、偏航回轉(zhuǎn)支撐軸承、變漿回轉(zhuǎn)支撐軸承、主軸軸承、發(fā)電機(jī)軸承等潤(rùn)滑部位。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的潤(rùn)滑大部分采用油潤(rùn)滑，而風(fēng)機(jī)主軸、偏航系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)等重要部件的各軸承、齒輪的潤(rùn)滑多采用脂潤(rùn)滑。正是由于主軸軸承同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，對(duì)潤(rùn)滑脂的抗重載、抗剪切能力要求會(huì)更高，考慮到風(fēng)電機(jī)組工作環(huán)境惡劣，南北方冬夏溫差大，同時(shí)還要求潤(rùn)滑脂應(yīng)具有良好的黏度性能，以保證主軸軸承工作時(shí)潤(rùn)滑脂的高溫使用性能和低溫啟動(dòng)性能。本文通過(guò)介紹主軸潤(rùn)滑方式和密封方式以了解國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組主軸軸承的潤(rùn)滑技術(shù)研究現(xiàn)狀。風(fēng)電主軸承潤(rùn)滑脂特性見(jiàn)圖1。

2.1 主軸軸承潤(rùn)滑方式

主軸軸承是風(fēng)電機(jī)組核心部件的支撐，同時(shí)承受著徑向載荷和軸向載荷，在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)摩擦磨損的概率較大，因此，該部位的有效潤(rùn)滑是風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。正確的潤(rùn)滑方式能降低風(fēng)電機(jī)組的故障率，延長(zhǎng)其使用壽命。目前，主軸潤(rùn)滑的主要潤(rùn)滑方式有集中潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑。

風(fēng)電機(jī)組的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)已由早期的遞進(jìn)式分配器結(jié)構(gòu)發(fā)展為單線式分配器結(jié)構(gòu)，單線式分配器結(jié)構(gòu)為全并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，即使有單個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)管道阻塞，也不會(huì)影響其他潤(rùn)滑點(diǎn)正常工作。其可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)快速有效地檢查潤(rùn)滑部位的潤(rùn)滑狀態(tài)，并且可以根據(jù)各潤(rùn)滑點(diǎn)的實(shí)際工況需要，單獨(dú)調(diào)整每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的供油量，保證各潤(rùn)滑點(diǎn)準(zhǔn)確潤(rùn)滑，不僅提高了潤(rùn)滑系統(tǒng)的可靠性，而且檢修方便。集中潤(rùn)滑系統(tǒng)解決了人工注油難度大、效率低、維護(hù)難的問(wèn)題。

油霧潤(rùn)滑是利用氣液兩相流體混合形成的霧狀射流噴射到潤(rùn)滑區(qū)，通過(guò)形成的氣液兩相膜隔開(kāi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面，起到有效的潤(rùn)滑作用。由于氣流速度很高，液體速度低，兩者相遇后液體在強(qiáng)烈的撞擊下破碎成霧狀的液滴，油霧隨壓縮空氣到達(dá)所有需要潤(rùn)滑的部位，能實(shí)現(xiàn)良好的均勻潤(rùn)滑。油霧潤(rùn)滑不僅降低了潤(rùn)滑油的消耗量，在氣壓的作用下也可以起到良好的密封作用。與此同時(shí)，壓縮空氣順便帶走了摩擦熱，降低了工作溫度。因此，油霧潤(rùn)滑是潤(rùn)滑技術(shù)的一大進(jìn)步，大大提高了潤(rùn)滑效果，降低了潤(rùn)滑成本。

油氣潤(rùn)滑是利用可控的分配器使氣液兩相流體按一定比例混合，應(yīng)用定量活塞式分配器，每隔一定時(shí)間將微量的潤(rùn)滑油送至壓縮空氣的管路中，并連續(xù)穩(wěn)定地輸送到潤(rùn)滑區(qū)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量有效的潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承采用油氣潤(rùn)滑時(shí)，在高溫高速等各種惡劣工況下都能保證其充分潤(rùn)滑。油氣潤(rùn)滑不僅具有油霧潤(rùn)滑的所有優(yōu)點(diǎn)，而且油液不需要霧化，因此，油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)就能輸送各種黏度的潤(rùn)滑油，應(yīng)用范圍更廣泛。也正是由于油液沒(méi)有被霧化，所以排放出來(lái)的氣體對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，而且壓縮空氣可以冷卻、密封軸承?？梢?jiàn)，油氣潤(rùn)滑是一種更為理想的新型綠色潤(rùn)滑技術(shù)。青島理工大學(xué)劉牧原的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型導(dǎo)流式油氣潤(rùn)滑噴嘴，該導(dǎo)流式噴嘴將細(xì)纖維絲作為導(dǎo)流體引導(dǎo)潤(rùn)滑油滴的流動(dòng)[5]。與普通針形噴嘴對(duì)比，新型導(dǎo)流式油氣潤(rùn)滑噴嘴有射流橫截面積更小、油滴分布更均勻、出口氣流速度更快、穿透軸承氣障的能力更強(qiáng)、空氣利用率更高等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 潤(rùn)滑密封技術(shù)

風(fēng)機(jī)軸承一般采用迷宮密封、填料密封和骨架油封的密封形式。但這些密封并不完全可靠。目前，有專(zhuān)利在一些場(chǎng)合解決了泄漏問(wèn)題。例如：日本世晃產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社提出的一種羅茨鼓風(fēng)機(jī)的油密封裝置，解決了驅(qū)動(dòng)室內(nèi)的潤(rùn)滑油泄漏問(wèn)題;沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)設(shè)備有限責(zé)任公司提出的稀油潤(rùn)滑軸承箱的密封組件，解決了大尺寸軸承箱潤(rùn)滑油外泄的問(wèn)題等[6]。目前，風(fēng)電機(jī)組依然面臨著潤(rùn)滑系統(tǒng)易堵、軸承內(nèi)腔易堵、軸承密封易泄漏的問(wèn)題。為了改善風(fēng)電機(jī)組的密封狀況，風(fēng)電主軸承需要具備以下密封特性：低摩擦、防污染、低磨損、適合較寬的溫度范圍和轉(zhuǎn)速范圍，且與潤(rùn)滑脂兼容。軸的位移或撓曲會(huì)導(dǎo)致在密封及其運(yùn)行表面上接觸應(yīng)力降低、密封縫隙和漏脂的風(fēng)險(xiǎn)，因此合適的密封尺寸非常重要。此外，風(fēng)電機(jī)組還采用主動(dòng)式廢油收集系統(tǒng)，讓油脂流動(dòng)起來(lái)，避免廢舊油脂在軸承腔內(nèi)沉積皂化，漲破軸封而漏油。

3 風(fēng)電運(yùn)維

潤(rùn)滑系統(tǒng)的維護(hù)是風(fēng)電機(jī)組定維工作的重點(diǎn)。風(fēng)電機(jī)組的壽命主要受風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、地理位置等物理因素的影響，潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)能依據(jù)主軸轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)主軸軸承注油周期和注油量自動(dòng)調(diào)節(jié)，可有效節(jié)約油脂，避免產(chǎn)生過(guò)潤(rùn)滑。目前，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維主要由開(kāi)發(fā)商、主機(jī)制造商、專(zhuān)業(yè)運(yùn)維服務(wù)商和零散隊(duì)伍四個(gè)團(tuán)隊(duì)來(lái)完成。風(fēng)電運(yùn)維相關(guān)崗位較多，從事人員較多，所以，風(fēng)電潤(rùn)滑的優(yōu)化管理應(yīng)主要從人員管理上著手，對(duì)每位相關(guān)崗位的工作人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)，并定期考核，以保證從每一個(gè)細(xì)節(jié)上提供專(zhuān)業(yè)的服務(wù)。風(fēng)電運(yùn)維還應(yīng)從運(yùn)行角度，定期巡視巡檢;在操作規(guī)程上，細(xì)化操作規(guī)范，提高規(guī)范的可操作性;進(jìn)行定期的油脂化驗(yàn);合理安裝風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將潤(rùn)滑系統(tǒng)監(jiān)控、振動(dòng)監(jiān)控與主控系統(tǒng)中溫度的監(jiān)控有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組從定檢定維到按照需要有針對(duì)地維護(hù)。通過(guò)智能化控制和判斷，提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，降低運(yùn)維成本，有效提高風(fēng)場(chǎng)維護(hù)工作的效果，延長(zhǎng)風(fēng)電機(jī)組使用壽命。

4 展望

風(fēng)電潤(rùn)滑技術(shù)的不斷突破必將使風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展邁上新的臺(tái)階。相關(guān)研究表明，納米潤(rùn)滑材料是一種具有高擴(kuò)散性、熔點(diǎn)低、比表面積大等特性的新型潤(rùn)滑材料，研發(fā)新型的風(fēng)電設(shè)備可以在潤(rùn)滑油中添加納米潤(rùn)滑材料，以提高潤(rùn)滑性能和承載能力。納米技術(shù)與分子技術(shù)的結(jié)合有希望實(shí)現(xiàn)“超潤(rùn)滑”。我國(guó)風(fēng)力資源極為豐富，有了國(guó)家的重視和政策的支持，作為主要可再生能源的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，也必將有廣闊的發(fā)展前景。研制高可靠性、高效率、適用于我國(guó)國(guó)情的風(fēng)電潤(rùn)滑技術(shù)是目前的研究重點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電潤(rùn)滑主要從潤(rùn)滑脂性能、潤(rùn)滑方式、密封技術(shù)和風(fēng)電運(yùn)維四個(gè)方面開(kāi)展工作，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑技術(shù)的突破。風(fēng)電潤(rùn)滑技術(shù)正朝著高效率、長(zhǎng)壽命、低成本、綠色無(wú)污染的方向發(fā)展。只有不斷提高潤(rùn)滑質(zhì)量和潤(rùn)滑效率，才能滿足風(fēng)電潤(rùn)滑市場(chǎng)的大規(guī)模需要。

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