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高品質潤滑脂讓風輪機轉動更順暢

2018-12-27   來源:潤滑油情報 網友評論 0

摘要:一臺2MW的商業規模風輪機需要300萬美元以上,這足以促使廠家努力維護好他們的設備...

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一臺2MW的商業規模風輪機需要300萬美元以上,這足以促使廠家努力維護好他們的設備。

到目前為止,行業中仍然沒有全面的風輪機潤滑脂標準,在不同的硬件和工作條件下,風輪機的性能需求也有所不同。面對各種各樣的潤滑脂,廠家很難做出選擇,使用不合適的齒輪油或潤滑脂可能帶來高昂的維修費用。

在美國潤滑脂協會年會上,一家添加劑生產商、一家齒輪生產商和一家大型石油企業交流了它們針對生產高性能風輪機潤滑油的觀點,并分析了使用錯誤的潤滑油給廠家帶來的后果。

喬•凱普里克是雅富頓的高級潤滑脂研發顧問,在美國愛達荷州科達倫舉辦的會議上,他向人們闡述了風能的三大主流趨勢:風輪機規模變大、離岸裝機量增加,以及某些國家政策的不確定性。其中風輪機規模的變化影響最大。

美國風能協會估計,一臺現行風輪機比一臺1990年的風輪機多產生將近20倍的電能。凱普里克認為這種驚人的增長趨勢還會繼續下去。

“目前來說,1MW到2MW的風輪機屬于普通規模,持續發展的技術也讓10+MW風輪機成為可能;風輪機將不斷突破局限,產生更多的電能。”

3月,通用發布了將開發目前最大型的離岸風輪機的消息。與其他大型風輪機一樣,Haliade-X裝有直驅發動機,它的風輪直徑為220米,相當于兩個足球場的長度。單單一臺風輪機所產生的電能就能為500個家庭供電。

大型風輪機給傳統的潤滑油技術帶來了挑戰。維持風輪機持續運轉需要大量的潤滑脂。對于位于-40℃的寒冷高山或50℃的遼闊平原上的風輪機,其潤滑脂需要在集中泵送系統中保持流動。潤滑脂還需要阻隔來源于水氣、雨水和海水的水分,避免設備腐蝕生銹。

較高的動態負載和沖擊負載,改變了風速,給風輪機各部位的潤滑油帶來各種困難。

其中包括:低速下保持油膜和避免主軸承震動時出現微動磨損;防止變槳系統出現微動磨損和偽布氏壓痕;減少軸承箱的磨損、膠合和微點蝕。

凱普里克表示,白點蝕裂紋是近來備受關注的風輪機問題。行業致力于解決該問題,它會導致出現點蝕、碎屑剝落和軸承故障。

凱普里克觀察到,合成潤滑油的使用率增加,以便在漫長的換油周期中實現最全面的保護;在風輪機的特定部件上,用專屬潤滑脂替代多功能潤滑脂也受到了熱烈討論。

增加成本

凱普里克預測,一臺2MW的風輪機的安裝成本接近300萬美元。他表示,作為經營者,“你可能不會太重視潤滑油成本。這有用嗎?能保護我的設備嗎?”格雷戈•莫里斯是殼牌的潤滑脂產品應用專家,他想起在2009年的時候,一家風力發電廠由于選錯潤滑油,它的風輪機遭受到了巨大的損害。

該廠的風輪機OEM建議在葉片軸承和主軸軸承上使用同一款多功能潤滑脂。該款鋰基潤滑脂的基礎油為礦物基礎油,理論上,它能夠在42℃以下保持足夠的油膜厚度。

然而,這家風能發電廠位于炎熱地區。當外部溫度僅為25℃時,軸承內部的工作溫度就超過42℃。根據歷史數據,一年中有超過62%的時間,該廠風輪機的軸承內部溫度超過了42℃。

莫里斯的團隊發現了問題——“磨損過多了”。潤滑脂中的銅含量和鐵含量分別高達65000ppm和44000ppm。軸承“表面點蝕遍布”,滾子也遭到了嚴重損害。

這些風輪機已經過了保修期,廠家需要承擔檢查診斷以及將每臺風機中60到70磅(即27.2千克到31.8千克)的潤滑脂更換成合成潤滑脂的總費用。
故障軸承已經持續使用了超過20年,但是莫里斯認為它們的壽命比理想壽命縮短了25%。更換一個軸承需要花費30萬美元,該發電廠一共擁有幾百個軸承。

可想而知,維修讓該廠的收入顯著減少。選擇錯誤的軸承潤滑脂總共浪費了廠家超過4000萬美元。

測試出最佳潤滑脂

凱普里克表示,即便使用配制得當和精心選擇的潤滑脂,“風輪機的不同部位仍然需要添加劑解決相應的問題,尤其是微點蝕和磨損問題。”

ASTM D4170(《潤滑脂防止微動磨損的標準試驗方法》)用于測試潤滑脂防止微動磨損的性能,不過凱普里克認為,它“大概不是觀察風輪機潤滑脂的防微動磨損性能的最佳方法”。Riffel測試是常用的微動磨損測試,它模仿實際工作情況,是一個“成本高昂、大型且復雜的測試”。

凱普里克建議潤滑脂生產商考慮利用多變量分析,設計出最佳的風輪機潤滑油。他表示:“試著從這種模式來考慮問題,使用容易操作的臺架測試來分析與微動磨損有關,但是相互間沒有直接聯系的性質。”

有效的測試包括Fafnir微動磨損測試、高頻率往復運動臺架測試或檢測腐蝕性和流變性的SRV測試、四球磨損測試和析油測試。得到測試數據之后,通過改變某些特定的性質,從而獲得合適的配方。

加入摩擦改進劑可以改變SRV摩擦測試結果,析油情況則可以通過加入聚合物或潤滑脂增稠劑得到改善。凱普里克表示:“如果你調整了三種你認為最重要的性質,那么你將得到在實際工作中對風輪機有利的潤滑脂。”

這種方法不適合抗腐蝕測試,因為這種測試多數結果只分成與敗。不過,凱普里克仍然鼓勵人們研究與抗腐蝕和優化配方有關的重要因素。潤滑脂的堿性程度影響添加劑的使用效果,這就是其中一個例子。潤滑脂生產商也需要了解時間、水分、鹽分和溫度在實際情況中的作用。凱普里克表示,需要改變測試中的鹽水濃度、時間長短以及其他相關因素,從而得到最接近實際情況的實驗條件。

進行多項的腐蝕測試可以獲得更深層的信息,包括銹覆蓋率的主觀評估,或測試平均灰度值等光學方法。

凱普里克不斷強調考慮測試種類的重要性。在兩份同種潤滑脂中分別加入不同濃度的鹽水,他觀察到,Emcor軸承測試的腐蝕情況比靜態軸承測試的較輕。

他表示,表面活性添加劑可能妨礙改進劑的發揮。比方說,抗銹劑對抗微動磨損等其他性能有所影響。

凱普里克提醒道:“也許你使用的抗銹劑足夠好,但是它不利于抗磨損。”添加劑的協同效應同樣重要。他提醒人們:“多款抗銹劑的綜合作用比單一抗銹劑的效果更佳。”

他總結道:“如果有人跟你說,‘這是風輪機標準,你需要遵守,’請提出疑問,了解你的設備真正需要什么,而這些標準又測試了什么。”
……

本文節選自《潤滑油情報》雜志2018年12月刊,如需了解更多風輪機潤滑脂內容,歡迎來電索刊:020-87766826、87766563、87766589。


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