合成潤滑劑在風(fēng)力發(fā)電機上的應(yīng)用
2007-02-02
隨著人類社會的飛速發(fā)展，對能源的依賴越來越大，石油、天然氣等不可再生能源雖然仍是世界能源的主要來源，但因其不可再生性以及逐步走高的價格，迫使世界各國投入更多的精力，加強了風(fēng)力、太陽能、地?zé)帷⑸铩⒊毕l(fā)電等新能源的開發(fā)和利用。其中無污染，可再生，被譽為“干凈的再生能源”的風(fēng)力發(fā)電是未來世界重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。 人類利用風(fēng)能已有幾千年的歷史。然而，在我國風(fēng)力發(fā)電仍然處于初級階段，占全國總發(fā)電量的1％左右。但是我國的風(fēng)能資源卻十分豐富，有資料顯示，我國水力資源儲量為70GW，而風(fēng)能儲量卻高達250GW。因此，風(fēng)力資源開發(fā)前景十分廣闊。 國內(nèi)原來的風(fēng)力發(fā)電場多分布在內(nèi)蒙古、新疆等地，Z近幾年，國家大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，沿海省份如河北、山東、浙江、江蘇、福建等，也已建起了多座風(fēng)力發(fā)電場。迄今為止，全國40多個風(fēng)力發(fā)電場共安裝了千余臺風(fēng)力發(fā)電機組，其中以600kW和750kW機組為主。 目前，世界上僅有為數(shù)不多的國家能夠設(shè)計制造大型風(fēng)力發(fā)電機。我國在20世紀90年代末，通過引進技術(shù)并不斷國產(chǎn)化，具備了生產(chǎn)大型風(fēng)力發(fā)電機的能力。風(fēng)力發(fā)電機因其設(shè)備昂貴，工作環(huán)境惡劣，現(xiàn)場不便對主要部位進行拆卸維修，以及設(shè)計上要求使用壽命長等工作特點，對潤滑油脂的性能提出更高的要求。因此，大型風(fēng)力發(fā)電機關(guān)鍵部位的潤滑較多的使用了國外的潤滑油脂。 1 風(fēng)力發(fā)電機主要的潤滑部位 風(fēng)力發(fā)電機的工作原理很簡單，空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機械能，從而推動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸通過變速箱相連，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機主要的潤滑部位包括齒輪箱、發(fā)電機軸承、偏航系統(tǒng)軸承與齒輪、液壓剎車系統(tǒng)和主軸承。 1.1齒輪箱的潤滑 齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機的主要潤滑部位，用油量占風(fēng)力發(fā)電機用油量的3/4左右。齒輪箱可以將很低的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（600kW的風(fēng)力發(fā)電機通常為27r/min）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機轉(zhuǎn)速（通常1500r/min），多采用油池飛濺式潤滑或壓力強制循環(huán)潤滑。考慮到風(fēng)力發(fā)電機多安裝在我國的新疆、內(nèi)蒙古、甘肅及沿海等地區(qū)，潤滑油受氣候溫差、濕度等影響較大，并且處于相對偏遠的地區(qū)，維修不便，因此設(shè)計要求齒輪箱使用壽命長、承受負荷大等，所用的齒輪油除了具有良好的極壓抗磨性能、冷卻性能和清洗性能外，還應(yīng)具有良好的熱氧化穩(wěn)定性、水解安定性、抗乳化性能、粘溫性能、低溫性能以及長的使用壽命，同時還應(yīng)具有較低的摩擦系數(shù)以降低齒輪傳動中的功率損耗。 1.2發(fā)電機軸承的潤滑 軸承是發(fā)電機的主要潤滑點，長期運轉(zhuǎn)溫度可達80℃以上，夏天在曠野地帶受太陽直射，溫度會更高。因此，要求發(fā)電機軸承潤滑脂能夠在高溫下保持良好的潤滑而不流失，而且發(fā)電機功率較大，要求潤滑脂具有良好的抗磨極壓性能、抗氧化性能和防銹性能。國外主要推薦使用2＃～3＃稠度的負荷極壓鋰基潤滑脂，要求粘附性好，使用溫度范圍為-30～150℃。多采用定期人工加注潤滑脂的方式來保證發(fā)電機的正常運轉(zhuǎn)。 1.3偏航系統(tǒng)軸承和齒輪的潤滑 偏航系統(tǒng)可以使風(fēng)輪掃掠面積總是垂直于主風(fēng)向，雖然速度不高，但偏轉(zhuǎn)軸承和齒輪承受的負荷較大，而且偏轉(zhuǎn)齒輪一般為開始結(jié)構(gòu)，由于不像發(fā)電機軸承運轉(zhuǎn)速度快，自身產(chǎn)生熱量相對少，因而受氣候環(huán)境影響大。 我國風(fēng)力發(fā)電機的分布情況，對偏轉(zhuǎn)軸承潤滑脂的極壓抗磨性能、低溫性能、熱安定性及膠體安定性要求較高；偏轉(zhuǎn)齒輪潤滑脂則還需要有好的粘附性能和防腐蝕性能。國外一般推薦使用含固體添加劑的1＃稠度的低溫潤滑脂，要求在-40℃以下仍能有效潤滑。 系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)需要使用減速器，電動機通過大速比的行星齒輪減速器驅(qū)動機頭轉(zhuǎn)向。一般推薦粘溫性能好、抗腐防銹性能好、極壓抗磨性能和抗氧化性能好的齒輪油。 1.4 液壓剎車系統(tǒng)的潤滑 國內(nèi)常見600kW和750kW風(fēng)力發(fā)電機的剎車系統(tǒng)分別為葉尖氣動剎車系統(tǒng)和高速軸機械閥剎車系統(tǒng)，采用失效－安全保護模式。風(fēng)力發(fā)電機液壓系統(tǒng)使用的液壓油要求具有良好的粘溫性能、防腐防銹性能及優(yōu)異的低溫性能，以適應(yīng)北方寒冷的氣候。 國外推薦使用粘度指數(shù)高、抗磨性能好、抗腐蝕、抗氧化性能好、空氣釋放性、分水性能以及低溫性能優(yōu)異的液壓油。國內(nèi)普通的HM抗磨液壓油低溫性能、粘度指數(shù)等指標不能滿足使用要求，應(yīng)該采用加氫基礎(chǔ)油或者以精制礦油加PAO等合成油為基礎(chǔ)油的低凝抗磨液壓油。 1.5 主軸承的潤滑 風(fēng)力發(fā)電機主軸承承受的負荷較大，轉(zhuǎn)速相對較慢，要求潤滑脂具有良好的承載能力、粘度性能和良好的的低溫性能。根據(jù)前后軸承結(jié)構(gòu)布置上的差異，可分為用潤滑油潤滑和用潤滑脂潤滑。 2 600kW和750kW風(fēng)力發(fā)電機推薦潤滑劑 根據(jù)了解到的風(fēng)力發(fā)電機各潤滑部位的工況及潤滑要求，參考國內(nèi)常見的600kW和750kW風(fēng)力發(fā)電機的相關(guān)參數(shù)，對主要部位的潤滑劑選用進行推薦，以供國內(nèi)風(fēng)機生產(chǎn)企業(yè)和風(fēng)機使用單位參考。 我國的風(fēng)電場分布較廣，溫度跨度大，有濕度較大的沿海地區(qū)，也有干旱的沙漠戈壁和日照充足的草原，因此要適應(yīng)復(fù)雜多樣的氣候條件和風(fēng)力發(fā)電機苛刻的工作條件，滿足風(fēng)力發(fā)電機長時間潤滑甚至部分潤滑部位終生免維護的要求，必須選用合成潤滑劑。 合成潤滑油脂于普通的礦物油脂相比具有綜合的性能優(yōu)勢。如粘溫特性好，受溫度變化的影響小，從而在低溫下易于啟動；在高溫下不流失，能為摩擦部位提供足夠的潤滑；熱氧化穩(wěn)定性好、蒸發(fā)損失小，在苛刻的工況條件和氣候條件下能長時間的使用。尤其值得一提的是合成潤滑油的生物降解率高，在強調(diào)環(huán)境保護的今天更應(yīng)大力推廣使用對土壤、水源無污染的合成潤滑油。 2.1 齒輪箱潤滑劑 國外推薦使用Mobil XMP320等產(chǎn)品，國產(chǎn)化用油可選擇“長城牌”SH5320合成烴重負荷工業(yè)齒輪油或“長城牌”4406合成重負荷工業(yè)齒輪油。SH5320采用合成烴類基礎(chǔ)油，加入進口專用復(fù)合添加劑調(diào)配而成。具有良好的熱氧化穩(wěn)定性、良好的水解安定性、良好的抗乳化性、粘溫性能和低溫性能優(yōu)良，具有較低的摩擦系數(shù)和長的使用壽命，可以滿足風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱長時間潤滑的需要。 2.2 發(fā)電機軸承潤滑劑 國外推薦石油FAG Arcanol L135v等產(chǎn)品，國產(chǎn)化用油可選擇“長城牌”2＃或3＃7019-1極壓復(fù)合鋰基潤滑脂。7019-1以復(fù)合皂稠化精制礦油，并加有極壓、抗氧、防銹等多種添加劑精制而成。具有良好的抗磨極壓性能、抗氧化性能、防銹性能，具有更高的使用溫度和更長的使用壽命，是普通鋰基脂使用壽命的4倍以上，具有年個的抗微動磨損性能。 2.3 偏航系統(tǒng)和齒輪潤滑劑 國外規(guī)矩使用Molikote Longterm TTF52等產(chǎn)品，國產(chǎn)化用油可選擇“長城牌”7011號低溫極壓潤滑脂。7011以皂基稠化劑稠化合成油，并加有膠體二硫化鉬及抗氧添加劑精制而成。具有良好的機械安定性、熱安定新性、低溫性能以及低的軸承流失傾向，同時兼有優(yōu)異的極壓性能。 偏航烯烴的偏轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)的減速器可以使用前面介紹的SH5000系列合成烴重負荷工業(yè)齒輪油進行潤滑。 2.4 液壓剎車系統(tǒng)潤滑劑 國外推薦使用Shell Tellus T32等，國產(chǎn)化可選擇“長城牌”4637高粘度指數(shù)液壓油，該產(chǎn)品采用精制礦物油和合成油調(diào)配的基礎(chǔ)油，加入抗氧、防銹、抗腐蝕、抗泡沫大那嘎多種添加劑精制而成。 2.5 主軸承潤滑劑 風(fēng)力發(fā)電機主軸采用人工加脂潤滑，也可以采用集中供脂系統(tǒng)自動定時定量供脂。 我國風(fēng)力發(fā)電以600kW和750kW風(fēng)力發(fā)電機組為主，結(jié)合我國的實際情況，推薦了用于600kW和750kW風(fēng)力發(fā)電機組的國產(chǎn)潤滑劑,供生產(chǎn)和使用單位參考。
