奥吉娜风电润滑油性能系列讲座之三——优异的轴承保护性能

 

图1 风电机组关键部件故障率与故障引起的停机时间

 

　　从机组故障引发的停机时间、维护费用与是否容易造成继发故障等角度分析，与电气和控制系统相比，齿轮箱的维护与可靠性运行是风电机组高效工作的核心。Vestas 公司就曾经一次性更换了80台风力发电机的齿轮箱，损失巨大；Micon 公司因几千台齿轮箱的质量问题被迫更换，导致公司破产。

　　而国内、外的应用实践表明，在风电齿轮箱的所有零部件里，轴承是最薄弱的环节之一，据统计，齿轮箱故障中约80%是由轴承失效所致。双馈式风电机组齿轮箱基本上都是由行星级和平行级组成，对于输入端轴承，由于其转速低、负荷大，导致输入轴轴承也就是行星架支承轴承的油膜形成往往比较难，摩擦面之间形成边界润滑，并且当刹车或是其他出现轴向载荷交替变换方向的工况时，主轴及其后面连接的行星架在轴向可能会有窜动，对圆柱滚子轴承造成冲击，产生更大磨损。对于输出端主要应用圆柱滚子轴承及四点接触球轴承组合，在高速、低载情况下，圆柱滚子轴承容易出现滚子打滑和滚道滑伤，而球轴承会出现滑伤和微剥落等损伤。

　　应用实践及齿轮箱的各种台架试验表明以上各轴承的早期故障多与润滑不良有关，主要原因有：

　　(1) 在低速、高载条件下润滑剂不能形成有效油膜，磨损量快速增加；

　　(2) 由于环境温度过低，润滑油流动性变差，造成润滑油无法到达需润滑部位而造成磨损；
　　(3) 由于机组长时间运行，导致轴承部位油温偏高，如果润滑油的高温粘度小容易造成油膜破坏，提前失效而损坏轴承表面；

　　为了避免上述情况的存在，并结合风电齿轮箱的工况条件，我公司经过近两年时间的研发、试验，开发出风电专用齿轮油SHG320，实现了对增速箱齿轮轴承的有效保护，产品的轴承保护性能从如下几点进行阐述：

　　第一，产品具有优异的极压性和抗磨性能，完全通过了FE-8轴承台架试验评定。对于风电机组齿轮箱中的轴承而言，其使用的润滑油是否满足FE 8台架实验是衡量该品种润滑油能否提供对其充分保护的关键。（试验方法DIN 51819-3《润滑剂的检验 在滚珠轴承试验装置FE8的机械动力试验 第3部分:润滑油、轴向滚柱轴承试验方法》）。

　　第二，全合成配方设计，使产品具有极高的粘度指数，确保低温流动性和高温稳定粘度。目前，在用风电润滑油的选择是按照多40℃温度下运动粘度为320 mm²/s进行的选择，而齿轮箱的工作温度多在55～65℃左右，甚至更高温度，如何在高温下滚动表面间依旧能保持足够的油膜厚度呢？我们认为，必须选用全合成型润滑油，例如PAO（聚α-烯烃，第Ⅳ类基础油），因为其较高的粘度指数（粘度随温度变化的函数），粘度指数越高，粘度随温度的变化影响越小，对轴承的保护作用越好。

　　第三，配方中PAO合成油的应用，赋予产品具有最适宜的“粘度比k”。粘度比k是一个表示油膜形成能力的指标，以量化的方式确定轴承工作的润滑条件，公式（2）为粘度比k的计算公式：

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

　　式中：工作粘度：润滑剂在工作温度下的粘度，由粘温曲线确定。

　　参考粘度：在工作温度下，将滚动表面完全分开的最小粘度。

　　由定义可知，要使轴承得到较好的润滑条件，k应该大于等于1，但粘度比不应该过大，否则粘度的增加可能会使轴承的工作温度升高。

　　此外，我公司的产品获得了风电齿轮箱的权威认证——西门子·弗兰德认证，通过了苛刻条件下的FE-8轴承试验，进一步证明奥吉娜风电润滑油对增速箱齿轮轴承的保护性能。

　　只有选择合适的风电润滑油，才能最大限度的保证风机齿轮箱轴承的可靠性运行。希望可以通过本文增加现场工程技术人员对于润滑油的认识深度，通过提升润滑效果不断降级故障率、减少计划外停机时间。