奧吉娜風電潤滑油性能系列講座之三——優異的軸承保護性能

 

圖1 風電機組關鍵部件故障率與故障引起的停機時間

 

　　從機組故障引發的停機時間、維護費用與是否容易造成繼發故障等角度分析，與電氣和控制系統相比，齒輪箱的維護與可靠性運行是風電機組高效工作的核心。Vestas 公司就曾經一次性更換了80臺風力發電機的齒輪箱，損失巨大；Micon 公司因幾千臺齒輪箱的質量問題被迫更換，導致公司破產。

　　而國內、外的應用實踐表明，在風電齒輪箱的所有零部件里，軸承是最薄弱的環節之一，據統計，齒輪箱故障中約80%是由軸承失效所致。雙饋式風電機組齒輪箱基本上都是由行星級和平行級組成，對于輸入端軸承，由于其轉速低、負荷大，導致輸入軸軸承也就是行星架支承軸承的油膜形成往往比較難，摩擦面之間形成邊界潤滑，并且當剎車或是其他出現軸向載荷交替變換方向的工況時，主軸及其后面連接的行星架在軸向可能會有竄動，對圓柱滾子軸承造成沖擊，產生更大磨損。對于輸出端主要應用圓柱滾子軸承及四點接觸球軸承組合，在高速、低載情況下，圓柱滾子軸承容易出現滾子打滑和滾道滑傷，而球軸承會出現滑傷和微剝落等損傷。

　　應用實踐及齒輪箱的各種臺架試驗表明以上各軸承的早期故障多與潤滑不良有關，主要原因有：

　　(1) 在低速、高載條件下潤滑劑不能形成有效油膜，磨損量快速增加；

　　(2) 由于環境溫度過低，潤滑油流動性變差，造成潤滑油無法到達需潤滑部位而造成磨損；
　　(3) 由于機組長時間運行，導致軸承部位油溫偏高，如果潤滑油的高溫粘度小容易造成油膜破壞，提前失效而損壞軸承表面；

　　為了避免上述情況的存在，并結合風電齒輪箱的工況條件，我公司經過近兩年時間的研發、試驗，開發出風電專用齒輪油SHG320，實現了對增速箱齒輪軸承的有效保護，產品的軸承保護性能從如下幾點進行闡述：

　　第一，產品具有優異的極壓性和抗磨性能，完全通過了FE-8軸承臺架試驗評定。對于風電機組齒輪箱中的軸承而言，其使用的潤滑油是否滿足FE 8臺架實驗是衡量該品種潤滑油能否提供對其充分保護的關鍵。（試驗方法DIN 51819-3《潤滑劑的檢驗 在滾珠軸承試驗裝置FE8的機械動力試驗 第3部分:潤滑油、軸向滾柱軸承試驗方法》）。

　　第二，全合成配方設計，使產品具有極高的粘度指數，確保低溫流動性和高溫穩定粘度。目前，在用風電潤滑油的選擇是按照多40℃溫度下運動粘度為320 mm²/s進行的選擇，而齒輪箱的工作溫度多在55～65℃左右，甚至更高溫度，如何在高溫下滾動表面間依舊能保持足夠的油膜厚度呢？我們認為，必須選用全合成型潤滑油，例如PAO（聚α-烯烴，第Ⅳ類基礎油），因為其較高的粘度指數（粘度隨溫度變化的函數），粘度指數越高，粘度隨溫度的變化影響越小，對軸承的保護作用越好。

　　第三，配方中PAO合成油的應用，賦予產品具有最適宜的“粘度比k”。粘度比k是一個表示油膜形成能力的指標，以量化的方式確定軸承工作的潤滑條件，公式（2）為粘度比k的計算公式：

　　粘度比k=工作粘度V∕參考粘度V₁                          ------ （2）

　　式中：工作粘度：潤滑劑在工作溫度下的粘度，由粘溫曲線確定。

　　參考粘度：在工作溫度下，將滾動表面完全分開的最小粘度。

　　由定義可知，要使軸承得到較好的潤滑條件，k應該大于等于1，但粘度比不應該過大，否則粘度的增加可能會使軸承的工作溫度升高。

　　此外，我公司的產品獲得了風電齒輪箱的權威認證——西門子·弗蘭德認證，通過了苛刻條件下的FE-8軸承試驗，進一步證明奧吉娜風電潤滑油對增速箱齒輪軸承的保護性能。

　　只有選擇合適的風電潤滑油，才能最大限度的保證風機齒輪箱軸承的可靠性運行。希望可以通過本文增加現場工程技術人員對于潤滑油的認識深度，通過提升潤滑效果不斷降級故障率、減少計劃外停機時間。