风力发电机组的润滑指标与技术

四、风力发电机组的润滑指标与技术

因风力发电机组工作环境和设备运行方式具有特殊性，为使其在恶劣多变的复杂工况条件中能长期保持最佳运行状态，对机组的润滑提出了较高的要求。风力发电机组使用的油品应当具备下列特性:

1)较少部件磨损，可靠延长齿轮及轴承寿命;

2)降低摩擦，保证传动系统的机械效率;

3)降低振动和噪声;

4)减少冲击载荷对机组的影响;

5)作为冷却散热媒体;

6)提高部件抗腐蚀能力;

7)带走污染物及磨损产生的铁屑;

8)油品使用寿命较长，价格合理。

(一)风力发电机组的工作环境及基本润滑要求

风力发电机组分布广泛，各地气候条件差异很大。沿海地区空气湿度大，盐雾重、年均气温较高;北方地区温差较大、冬季寒冷、风沙较强。对于闭式润滑系统来说，首要考虑的是气温差异的因素，湿度、风沙、盐雾等因素的影响相对较小。

由于风力发电机组运行的环境温度一般不超过40℃，且持续时间不长。因此，除发电机轴承外，用于风力发电机组的润滑油(脂)一般对高温使用性能无特殊要求。

在油品的低温性能上，风力发电机组运行环境的温度的不同，要求也不尽相同。对于环境温度高于－10℃的地区，所用润滑油不需特别考虑低温性能，大多数润滑油都能满足使用要求。在环境温度较低的寒区，冬季气温最低的月份气温在－20℃以下，有时连续数日在－30℃左右，这就对油品的低温使用性能有较高的要求。

(二)润滑油(脂)的几项指标及意义

1．黏度

流动物质内部阻力的量度叫黏度，黏度值随温度的升高而降低。黏度是润滑油一项最重要的指标，大多数润滑油是根据黏度来划分牌号的，常用运行黏度来表示。许多油品牌号就是油在40℃的黏度平均值(因为国际黏度级数是以40℃作为温度基础的)。

2．黏度指数

黏度指数是表示油品黏度随温度变化特性的一个约定量值。黏度指数高表示油品的黏度随温度的变化小，即油的黏温性能好;反之亦然。

3．凝点

凝点是油品在规定条件下冷却至停止流动时的最高温度，以℃表示，是评价油品低温性能的项目，但它并不能和油品的低温使用性能直接关联，只能在一定程度上反映润滑油正常工作的最低温度界限。

4．倾点

倾点是指在规定条件下被冷却了的油品开始流动时的最低温度，以℃表示。倾点同凝点一样，都是用来表示油品低温流动性能的指标，但倾点比凝点更能直接反映油品在低温下的流动性。一般倾点要比凝点高3～5℃。

5．滴点

滴点是表示润滑油(脂)受热后开始滴下润滑脂时的最低温度。根据滴点可以初步确定润滑脂的最高使用温度，还可大致判定润滑脂的种类。油脂的最高使用温度应比它的滴点低20～30℃。

6．针入度

针入度也叫锥入度，是表示润滑脂软硬的项目。针入度越大，稠度越小，润滑脂越软，越易流动。针入度是润滑脂的主要指标，润油脂的牌号就是按针入度范围划分的。

7．极压性能

在极压条件(高温、高负荷和高滑动速度)下，油的物理、化学吸附膜已不能存在。为了防止金属表面的擦伤，需要加入极压添加剂，这样可使金属表面间的摩擦和磨损作用得到缓解。极压性能好就是抗磨性好。

(三)油品的选择

正确选用润滑油是保证风力发电机组可靠运行的重要条件之一。在风力发电机组的维护手册中，设备厂家都提供了机组所用润滑油型号、用量及更换周期等内容，维护人员一般只需按要求使用润滑油品即可。但是，为更好地保证机组的安全和经济运行，不断提高运行管理的科学性、合理性，就要求运行人员对油品的基本性能指标和选用原则有所了解，以期选择出最适合现场实际的油品来。

1．润滑油的选择

润滑油是由基础油加入各种添加剂调和而成的。由原油提炼出来的基础油称为矿物油，用它调出的油就是矿物润滑油，可满足大多数工作场合的需要。但矿物型润滑油存在高温时成份易分解、低温时易凝结的缺点。

合成润滑油是用化学合成法制造的基础油，并根据所需特性在其中加入必要的添加剂以改善使用性能的产品。合成润滑油的价格较高，一般是矿物型润滑油的2～3倍。合成油的主要优点表现为:在低温状况下，合成油具有较好的流动性;在温度升高时，可以较好地抑制黏度降低;高温时化学稳定性较好，可减少油泥凝结物和残碳的产生。可见，合成润滑油比矿物型润滑油更适应苛刻的工况条件。

选择润滑油时主要应该考虑黏度、低温性两大性能指标。

(1)润滑油的黏度要求

黏度是选择润滑油时的一个主要性能指标。黏度高的润滑油能承受大的载荷，不易从齿面间被挤出，可形成良好的油膜。但粘度过高，润滑油本身的黏性会产生流动阻力，在齿面的啮合部位供给必要的油量就比较困难。相反，如黏度过低，就不能保证设备按照流体动力润滑规则运行，油膜将会分解，承载能力降低，易引起齿面擦伤或磨损。

设备制造商所选用的润滑油黏度应是已充分考虑了风力发电机组的运行环境条件及技术状况。对于现场运行条件已确定的风力发电机组，在选择黏度上不宜作较大幅度的变更，最好保持与设备初装油品的一致。

(2)润滑油的低温性能要求

润滑油的黏度会随着温度的降低而增大，从而发黏变稠，影响泵送性能。所以在寒冷地区风力发电机组所选用的润滑油应当充分考虑低温性能的指标。

风力发电机组的启动特点是高转矩、低转速，对于飞溅式润滑的齿轮箱，由于润滑油黏度增大而产生的启动阻力基本可忽略。但是采用强迫式润滑的齿轮箱，由于存在低温泵送问题，就需要考虑润滑油的低温性能。润滑油在正常温度范围内能够满足泵送要求，但当温度低于某一数值后就会出现边界泵送状态，这个温度就叫边界泵送温度。低于这一温度，润滑油就不能正常泵送。油泵工作时，由于润滑油的黏度较高、流动性降低，油液因为不能及时流入油泵吸油口，导致空气进入泵体内部，产生气阻。此外，润滑油在整个润滑管路中的流动阻力增大，致使油泵过负荷工作，噪声增大，工作压力异常，使齿轮箱不能得到正常润滑，零件表面润滑条件不能满足正常要求，甚至出现干摩擦状态，大大加速了零件的磨损。严重时还会导致油泵电机过载停机或管路密封损坏造成润滑油的渗漏。因此，在寒冷地区运行的风力发电机组在选择润滑油时应充分考虑油的低温性能，以保证齿轮箱在低温、重载的恶劣工况条件下也能得到正常的润滑。统计资料显示，零件的磨损量有2/3是在设备启动阶段造成的。

油品的边界泵送温度一般比其倾点高3～7℃。为保证低温条件下设备的正常润滑，在选择润滑油时，油的泵送温度要低于环境最低温度。例如，环境最低温度为－20℃，那么，选用油品的倾点至少应低于－25℃，才能基本保证油温总是处在边界泵送温度以上(注意:环境最低温度是指连续数日的平均温度，而不是极端最低温度)。

此外，还应当了解润滑油中添加剂的使用情况。添加剂的主要用途是:减少磨损、降低摩擦、降低氧化、抗泡沫以及防锈和抗腐蚀。合理的添加剂配方将进一步改善润滑油的性能指标，提高设备润滑的可靠性。

总之，风力发电机组选用的优质润滑油应达到下列要求。

①具有坚韧的油膜和高负载能力，与零件表面接触时能有效分隔、承载及保护工作面，防止因重载、冲击和启动时带来的严重磨损。

②具有较好的化学稳定性，防止润滑油在高温下长期与空气接触而氧化，并且在长期使用后仍具有可靠的保护作用。

③工作温度下保持正常的黏度，在正常工况下能够形成保护油膜;在预期的低温工况下有良好的流动性。

④保护齿轮和轴承在潮湿环境中不被锈蚀，且油品本身没有腐蚀性，具有一定的抗泡沫性能。

⑤液压油的低温性能要求风力发电机组液压系统主要作用是刹车制动和液压传动，对机组的安全运行起着重要的作用。因此，液压系统不允许在低温时由于油太黏稠而影响控制的准确性，要求在低温工作环境下也能保证足够的可靠性和快速性。所以，液压油的倾点应更低一些。

2．润滑脂的选择

风力发电机组因其结构的不同，需要油脂润滑的部位也不尽相同，主要包括:主轴轴承、发电机轴承、偏航回转轴承、齿圈偏航回转轴承、偏航齿圈的齿面、偏航驱动机构、桨距调节机构和偏航齿圈齿面。

1)主轴轴承常见的轴承布置形式有两种。

①主轴与主齿轮箱设计成一个整体。这种形式轴承与齿轮箱使用同一润滑系统，采用润滑油进行强迫式润滑。

②主轴独立设置两套主轴承。这种形式下，在轴承座处分别使用润滑脂进行润滑。

2)发电机轴承一般有两个润滑点，多为人工定期加注油脂润滑，部分机组采用自动注油装置进行自动润滑。在满功率运行时，发电机轴承的工作温度较高，可达80℃以上，因此，发电机轴承用脂应具有较好的高温性能。

3)偏航回转轴承和齿圈偏航回转轴承虽然承受负荷很大，但速度非常缓慢，在润滑方面无特殊要求，只要定期加注定量油脂即可。

4)偏航齿圈有内齿、外齿两种形式，一般为开式结构。在润滑上有使用润滑脂定期涂抹，也有用喷射型润滑复合剂喷涂。要求油品有较好的附着能力。

5)常见的偏航驱动机构是由电动机或液压马达带动大速比的行星减速器驱动机舱旋转，减速器的功率不大，结构紧凑，内部充满润滑油。由于减速器是间断运行且运行时间较短，累积运行时间有限，对润滑油无特殊要求，但在低温地区使用时应考虑油品的低温性能。

6)桨距调节机构不论是液压驱动还是电动驱动，都要通过机械机构执行变距动作，所以，变桨距机组的变距执行机构是重点润滑部位。

7)偏航齿圈齿面的润滑主要有润滑脂涂抹和复合喷剂喷涂两种形式。润滑油脂和复合喷剂要求具有较高的黏度、良好的防水性和附着性，适用于开式轮。

3．常用油品

表10-4、表10-5和表10-6分别列出了推荐的一些常用工业齿轮油、抗磨液压油和润滑脂油品典型数据，其中有国产油脂，也有进口油脂，进口油脂主要是Mobil(美孚)、Shell(壳牌)、Esso(埃索)几个大石油公司的产品。国产齿轮油价格相对便宜，但性能、质量偏低，目前使用范围较窄。从国内引进机组的用油情况看，大部分都是选用高级合成润滑油。目前，上述几个石油公司在我国均设有润滑油营销机构，有的公司已在中国开设润滑油调和厂，加之国内油脂生产厂家技术水平的不断提高，风力发电场对油品的选择范围上将会越来越宽。

表10-4　常用工业齿轮油主要产品典型数据

表10-6　常用润滑油脂主要产品典型数据

(四)油品使用中需要注意的问题

1．油品不能随意混用

每种系列的润滑油都有它适合的使用条件，按黏度等级分为数个牌号。同一系列润滑油的基础油和添加剂种类相同，各牌号只是各种成份配合比例不同。所以，同一系列不同牌号的油可以混用，混合的结果是油的黏度发生变化，而其他性能变化不大。

不同系列润滑油的基础油和添加剂种类是有很大区别的，至少是部分不相同。如果混用，轻则影响油的性能品质，严重时会使油品变质。特别是中、高档润滑油，往往含有多种特殊作用的添加剂，当加有不同体系添加剂的油品相混时，就会影响它的使用性能，甚至使添加剂沉淀变质。因此，不同系列的润滑油决不能混合使用，否则将会严重损坏设备。

2．油品的更换

在风力发电机组上，齿轮箱润滑油用量最大，它的更换周期直接关系到运行成本和维护工作量的大小。其他部位润滑油(脂)的用量小，有的部位是全损耗润滑，按使用要求定期补充更换即可。

齿轮箱润滑油在使用一个时期后，各项理化指标将发生变化，到一定程度后，油的润滑质量会大大降低，不能满足正常的润滑要求，再继续使用，将加剧部件磨损。这就要求定期或根据油的检验质量更换。

根据风力发电机组运行维护手册，不同的厂家对齿轮油的采样周期也不尽相同。一般要求每年采样一次，或者使用2年后采样一次。对于发现运行状态异常的齿轮箱，根据需要，随时采集油样。齿轮油的使用年限一般为3～4年。虽然定期更换便于管理，但有时会将仍可继续使用的润滑油换掉，造成浪费。由于齿轮箱的运行温度、年运行小时以及峰值出力等运行指标不尽相同，笼统地以时间为限作为齿轮油更换的条件，在不同的运行环境下不一定能够保证齿轮箱经济、安全地运行。这就要求运行人员平时注意收集整理机组的各项运行数据，对比分析油品化验结果的各项参数指标，找出更加符合自己电场运行特点的油品更换周期。

在油品采样时，考虑到样品份数的限制，一般可选取运行状态较恶劣(如故障率较高、出力峰值较高、齿轮箱运行温度较高、滤清器更换较频繁)的机组作为采样对象。根据油品检验结果分析齿轮箱的工作状态是否正常，润滑油性能是否满足设备正常运行需要，并参照风力发电机组维护手册规定的油品更换周期，综合分析决定是否需要更换齿轮油。

油品更换前可根据实际情况选用专用清洗添加剂，更换时应将旧油彻底排干，清除油污，并用新油清洗齿轮箱。对箱底装有磁性元件的，还应清洗磁性元件，检查吸附的金属杂质情况。加油时按手册要求油量加注，避免油位过高，导致输出轴油封因回油不畅而发生渗漏。