摘要：通过对风电机组轴承发电机、主轴偏航、变桨等部位脂润滑现状的研究，阐述了风电机组轴承采用手工润滑方式与被动式收集废旧油脂对润滑效果存在不良影响风险，一方面容易引起轴承过润滑及欠润滑的情况，另一方面轴承滚道内废旧油脂未能及时清理，轴承因润滑失效而磨损，提出了在机组轴承上安装集中润滑与主动式废油收集系统的解决方案，实现了及时清除轴承滚道内废旧油脂和确保新油脂顺利注入的作用，使轴承得到良好润滑，提高了机组的运行的稳定性与可靠性。
关键词：手工方式；过润滑欠润滑；废旧油脂；集中收集
引言
润滑脂是由起润滑作用的基础油和稠化剂及添加剂等通过物理过程混合而成，稠化剂分散在基础油中并形成润滑油脂的结构骨架。在轴承的运转过程中基础油会逐步分离出来，隔离轴承相对转动的摩擦副，减少轴承磨损，降低摩擦力矩，提高输出效率。在轴承运转过程中，润滑脂在剪切力作用和离心力作用下加速基础油分离。随着基础油的析出，润滑脂逐步皂化变硬。同时，磨损产生的金属磨屑和其它污染物等若未能及时清除既加速轴承磨损，也加剧油脂变质硬化。
1 风电机组轴承润滑现状
1.1 鲤鱼山风电场概况
华电（福清）风电有限公司鲤鱼山风电场位于福清市兴化湾北岸、龙高半岛南端沙埔镇牛头尾附近，东北距沙埔镇约9 km，西北距福清市约48 km。鲤鱼山风电场于2011年12月获得福建省发展和改革委员会核准，项目于2012年9月正式开工，2012年12月30日首台风机并网发电，2015年12月22日全部风机并网。鲤鱼山风电场共安装24台单机容量2.0MW的歌美飒G87CS2.0MW型机组，总装机容量48MW。
1.2风电机组润滑现状
风电发电机组的轴承润滑采用手工注油方式在在早期兴建的风场普遍存在，随着运行年限的增加，检修成本逐年增加，成为很多风场不得不解决的问题。鲤鱼山风电场受台湾海峡狭管效应影响，风资源极其优越，投产以来，年等效利用小时数达到4000小时。其润滑技术要求与技术参数如下：每年半年检、全年检定检时将用脂量一次性补充，废旧油脂在新油脂挤压作用下被动从轴承内腔挤出。轴承润滑脂主要参数为主轴轴承使用油脂为SKF LGWM1，半年用脂量为2.4KG；变桨轴承使用润滑脂为Shell Rhodina Grease BBZ，半年用量为4.8Kg；偏航轴承使用油脂为HDS2，半年用量为200g；发电机轴承使用油脂为KLP，每年用量为230g。
1.3现行机组变桨轴承润滑及废油脂清除方法的严重缺陷
1.3.1 手工润滑效果较差及废油无法集中收集
变桨轴承采用手工润滑方式，每次定检时将一次补充，会形成注脂口润滑脂过量甚至溢出，其余区域润滑脂未得到补充，导致润滑效果较差；由于粘稠油脂流动阻力很大，排油口又被堵头堵上图1，废油无法短时间排除，收集效果不佳。风机运行时，大量废油和少量新润滑脂从轴承密封圈处溢出，不利于轴承良好润滑。
图1
1.3.2 轴承内腔充满变质废旧油脂
随着轴承内部摩擦发热导致润滑脂氧化，甚至变质硬化，废旧油脂粘稠度越来越高，逐步充满轴承润滑腔，堵塞排油管路，无法及时排出。由于变质硬化的废旧油脂堆积，将使轴承油道变窄阻力增大，新润滑脂注入困难甚至无法注入。随着新润滑脂的持续加注，废旧润滑脂无法排出，轴承内压力增大，油封无法承受过大压力而胀破，润滑脂将从该处溢出。
1.4 废油脂不能及时清除导致润滑不良，后果严重。
1.5.1 轴承内废旧油脂不能及时排出，滚珠表面油膜无法正常建立引起润滑不良，导致轴承滚道磨损，保持架变形。废油脂堆积皂化和磨损产生的废屑长期充塞轴承滚道，不仅不能润滑轴承，而且还加速摩损，短时间会出现滚道磨损及滚珠损。久之，轴承卡滞甚至损毁，不得不高成本更换轴承。
1.5 集中润滑起作用的前提是确保废旧油脂得以及时清除
无论是手工加注润滑脂，还是自动润滑系统加注润滑脂方法，由于轴承滚道很快被变硬失效的废旧油脂充满，加注的新油脂都从被胀破的油封处流出，均难以在滚珠表面形成良好油膜，也就起不到润滑效果，同时溢出废油还严重污染风机环境。从这个意义上讲，在风机运行一段时间废旧油脂无法集中收集时，集中润滑装置相当于一个耗油的“污染器”。
因此，风机的润滑不仅仅是润滑脂定时定点定量合理注入，而且要及时排出废旧油脂，将运行产生的磨损颗粒清除，从而形成新的润滑脂不断注入，废旧润滑脂及时排出的润滑良性循环，保持轴承的良好润滑，延长风机的使用寿命，创造更大的价值。
2 风电轴承集中润滑及主动式废油收集系统结构
2.1 单线式集中润滑系统及主动式废油收集系统结构组成：
单线式集中润滑系统由润滑泵、单线分配器、监控器、油压传感器和管路附件等（如图2）。
主动式废油收集系统由液压泵、二位四通阀、吸排脂器、废油收集瓶、油压传感器和管路附件等（如图3）。
图2单线式集中润滑及主动式废油收集系统
图3主动式废油收集系统
2.1.1 润滑泵：采用弹簧压盘双柱塞式泵站，可满足变桨系统任意角度旋转，泵送压力350bar，流量9ml/min。
2.1.3 单线式分配器：每个变桨轴承采用一组ASL型单线式分配器，如图4所示。
图4单线式分配器
2.1.4、吸排脂器：吸排脂器固定在轴承圆周排油孔上，由双作用油缸和柱塞泵构成，双作用油缸的活塞两端分别接通有动力油管；柱塞泵设有吸油口接入轴承排废油孔，在柱塞泵右端设置有出油单向阀；双作用油缸活塞与柱塞泵的柱塞同轴铰接，如图5所示。
图5吸排脂器
2.2 风电机组轴承自动加排脂系统工作原理
风电轴承主动式废油收集与集中润滑系统配套使用，均是定期周期性运行，每次运行仅数分钟。稳定运行后，废旧油脂收集量近似等于润滑系统注入轴承的新油脂量，确保轴承内腔合理油脂量。
在监控器程序控制下，润滑系统开始工作，泵站开始注脂，根据程序预设时间运行。液压泵运行，输出一定油压力，通过电磁换向阀和两路动力油管交替驱动吸排脂器，其中一路动力油管有来自液压泵的油压时，另一路动力油管就导通油箱卸压。电磁换向阀在某一换向位置时，右侧动力油
管导通液压泵产生管道压力，油缸活塞通过铰接方式拉动柱塞泵柱塞至左端极限位置，柱塞泵工作腔产生真空吸力并导通轴承内腔从中吸出废旧油脂。动作完成后，电磁换向阀换向，左侧动力油管导通液压泵产生管道压力，右侧动力油管导通油箱卸压，右侧动力油管导通油箱卸压油缸活塞把柱塞泵柱塞压至右端极限位置，柱塞泵工作腔产生真空吸力并导通轴承内腔从中吸出废旧油脂。
2.3. 风电场2MW机组改造后的应用效果
该公司根据发电机组的实际工况，在行业中了解到奥特科技可解决现有问题，与其公司沟通后，进行充分调研与分析，试装了3台歌美飒风机轴承的自动润滑及主动式废油收集系统，系统安装完成后，对每个注脂及排脂点进行功能测试，润滑及排脂点均有按技术要求进行工作，符合系统要求。润滑系统及废油收集系统效果如图6所示：
图6润滑系统与废油收集系统运行效果
2018年5月，对集中润滑及废油收集系统进行1次巡查，该系统安装在#43歌美飒风机变桨轴承的集中润滑及废油收集共两套设备。变桨集中润滑系统：采用自动供脂泵通过3组一进九出单线式分配器向变桨轴承定时定量供脂，经巡检发现集中润滑系统已经正常供脂161次。变桨废油收集系统：采用液压泵站和15个吸排脂器实现收集废油的效果。系统正常运行了255次，收集到了大量废油，运行效果良好。同时，油封处不再漏油。解决了轴承漏油严重，对机组油封漏油导致的轴承润滑不良问题得到有效改善。
对废旧油脂进行油品检测，发现排出的润滑脂已变色，粘度增大，滴点、分油率与新脂相比有所下降，酸值明显增大，磨损颗粒明显增多。润滑脂出现以上现象是由于轴承运行过程中，添加剂、基础油消耗和氧化造成的，导致润滑效果下降。具体检测数据如表1所示。
综合以上数据分析确认废油收集系统收集到的润滑脂已不能满足轴承润滑要求，推荐增加润滑脂注入量，调整轴承内润滑脂的状态，达到轴承良好润滑要求。同时，建议采取油品监测手段，进行轴承润滑状态监测，保证轴承润滑状态良好，降低轴承磨损。
2.4 成果应用
2018年6月，该公司成立科技创新攻关小组，充分论证该技术改造的成果，制定了专门的轴承润滑系统的技术改造方案，充分利用先期试装的运用成果，并对该装置润滑方式进行优化。在奥特科技大力支持下，对鲤鱼山风场剩余的21台歌美飒台风机轴承安装了自动润滑和废油回收装置。后期计划2019年还对一期牛头尾风场20台华创风机进行该类技术改造。
2.5 经济效益
手工润滑注油方式，注油周期较长，油量无法满足正常需求，常出现润滑不良现象，直接影响轴承的使用寿命。每年需要定检注脂作业和清理轴承溢出润滑脂的工作耗时因风机运行时间长短不同，但每次维护从停机到恢复运行影响近两天发电量。采用自动润滑及废油收集系统可减少每次注油及清理废油工具费用0.2万元，单台节省人工成本1600元，24台则4.04万元；单台风机停转，按平均风速8m/s计算，单台风机发电量约1万kwh，折算电价约0.5万元，24台机组则12万元，单机每年维护一次，整风场则影响效益约16.04万元。综上所述，基于自动换脂技术的润滑系统与废油收集系统技术改造是经济效益与技术双提高的有效措施。
3 结语
基于自动换脂技术的润滑系统实现了新润滑脂按润滑理论要求进行新润滑脂补充，及时清理轴承内腔即将变质并带有磨屑的废旧油脂，减少轴承摩擦，利于轴承散热，大大降低轴承磨损，消除轴承内腔压力，保证内腔畅通，确保轴承润滑腔润脂符合润滑要求。同时，由于润滑脂的量基本保持在合理的范围内，轴承内压力控制在合理范围内，油封不再会被胀破，避免了油封漏油，也避免污染物从油封胀破处侵入轴承内腔。基于自动换技术的润滑系统在风机轴承润滑系统上的运行，有效控制轴承润滑腔内始终保持适量的状态良好的润滑脂，轴承处于正常运行状态，达到了风机轴承润滑改善技术要求，具有推广应用价值。
参考文献：
[1] T.Kamprath，风力发电机用轴承的润滑，译自《机械设计》，2006；
[2] 周益. 风力发电偏航系统高效智能集中润滑关键技术研究[D]，南京，南京航空航天大学，2013；
[3] 李言.兆瓦级风电偏航轴承沟道结构设计和寿命研究[A]《中国工程机械》．2011年1月；
论文作者:李堂国,吴宗晃
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：轴承论文; 润滑脂论文; 废油论文; 油脂论文; 系统论文; 废旧论文; 风机论文; 《电力设备》2019年第4期论文;