合成潤滑劑在風力發電機上的應用
2007-02-02
隨著人類社會的飛速發展，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，加強了風力、太陽能、地熱、生物、潮汐發電等新能源的開發和利用。其中無污染，可再生，被譽為“干凈的再生能源”的風力發電是未來世界重點發展的產業之一。 人類利用風能已有幾千年的歷史。然而，在我國風力發電仍然處于初級階段，占全國總發電量的1％左右。但是我國的風能資源卻十分豐富，有資料顯示，我國水力資源儲量為70GW，而風能儲量卻高達250GW。因此，風力資源開發前景十分廣闊。 國內原來的風力發電場多分布在內蒙古、新疆等地，Z近幾年，國家大力發展風力發電，沿海省份如河北、山東、浙江、江蘇、福建等，也已建起了多座風力發電場。迄今為止，全國40多個風力發電場共安裝了千余臺風力發電機組，其中以600kW和750kW機組為主。 目前，世界上僅有為數不多的國家能夠設計制造大型風力發電機。我國在20世紀90年代末，通過引進技術并不斷國產化，具備了生產大型風力發電機的能力。風力發電機因其設備昂貴，工作環境惡劣，現場不便對主要部位進行拆卸維修，以及設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，大型風力發電機關鍵部位的潤滑較多的使用了國外的潤滑油脂。 1 風力發電機主要的潤滑部位 風力發電機的工作原理很簡單，空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉換成機械能，從而推動葉輪旋轉，葉輪的轉軸與發電機的轉軸通過變速箱相連，從而帶動發電機發電。風力發電機主要的潤滑部位包括齒輪箱、發電機軸承、偏航系統軸承與齒輪、液壓剎車系統和主軸承。 1.1齒輪箱的潤滑 齒輪箱是風力發電機的主要潤滑部位，用油量占風力發電機用油量的3/4左右。齒輪箱可以將很低的風輪轉速（600kW的風力發電機通常為27r/min）變為很高的發電機轉速（通常1500r/min），多采用油池飛濺式潤滑或壓力強制循環潤滑。考慮到風力發電機多安裝在我國的新疆、內蒙古、甘肅及沿海等地區，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，維修不便，因此設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，還應具有良好的熱氧化穩定性、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，同時還應具有較低的摩擦系數以降低齒輪傳動中的功率損耗。 1.2發電機軸承的潤滑 軸承是發電機的主要潤滑點，長期運轉溫度可達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電機的正常運轉。 1.3偏航系統軸承和齒輪的潤滑 偏航系統可以使風輪掃掠面積總是垂直于主風向，雖然速度不高，但偏轉軸承和齒輪承受的負荷較大，而且偏轉齒輪一般為開始結構，由于不像發電機軸承運轉速度快，自身產生熱量相對少，因而受氣候環境影響大。 我國風力發電機的分布情況，對偏轉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。 系統的偏轉驅動機構需要使用減速器，電動機通過大速比的行星齒輪減速器驅動機頭轉向。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 液壓剎車系統的潤滑 國內常見600kW和750kW風力發電機的剎車系統分別為葉尖氣動剎車系統和高速軸機械閥剎車系統，采用失效－安全保護模式。風力發電機液壓系統使用的液壓油要求具有良好的粘溫性能、防腐防銹性能及優異的低溫性能，以適應北方寒冷的氣候。 國外推薦使用粘度指數高、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異的液壓油。國內普通的HM抗磨液壓油低溫性能、粘度指數等指標不能滿足使用要求，應該采用加氫基礎油或者以精制礦油加PAO等合成油為基礎油的低凝抗磨液壓油。 1.5 主軸承的潤滑 風力發電機主軸承承受的負荷較大，轉速相對較慢，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。根據前后軸承結構布置上的差異，可分為用潤滑油潤滑和用潤滑脂潤滑。 2 600kW和750kW風力發電機推薦潤滑劑 根據了解到的風力發電機各潤滑部位的工況及潤滑要求，參考國內常見的600kW和750kW風力發電機的相關參數，對主要部位的潤滑劑選用進行推薦，以供國內風機生產企業和風機使用單位參考。 我國的風電場分布較廣，溫度跨度大，有濕度較大的沿海地區，也有干旱的沙漠戈壁和日照充足的草原，因此要適應復雜多樣的氣候條件和風力發電機苛刻的工作條件，滿足風力發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；熱氧化穩定性好、蒸發損失小，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，在強調環境保護的今天更應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等產品，國產化用油可選擇“長城牌”SH5320合成烴重負荷工業齒輪油或“長城牌”4406合成重負荷工業齒輪油。SH5320采用合成烴類基礎油，加入進口專用復合添加劑調配而成。具有良好的熱氧化穩定性、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良，具有較低的摩擦系數和長的使用壽命，可以滿足風力發電機齒輪箱長時間潤滑的需要。 2.2 發電機軸承潤滑劑 國外推薦石油FAG Arcanol L135v等產品，國產化用油可選擇“長城牌”2＃或3＃7019-1極壓復合鋰基潤滑脂。7019-1以復合皂稠化精制礦油，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 偏航系統和齒輪潤滑劑 國外規矩使用Molikote Longterm TTF52等產品，國產化用油可選擇“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，同時兼有優異的極壓性能。 偏航烯烴的偏轉驅動機構的減速器可以使用前面介紹的SH5000系列合成烴重負荷工業齒輪油進行潤滑。 2.4 液壓剎車系統潤滑劑 國外推薦使用Shell Tellus T32等，國產化可選擇“長城牌”4637高粘度指數液壓油，該產品采用精制礦物油和合成油調配的基礎油，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 風力發電機主軸采用人工加脂潤滑，也可以采用集中供脂系統自動定時定量供脂。 我國風力發電以600kW和750kW風力發電機組為主，結合我國的實際情況，推薦了用于600kW和750kW風力發電機組的國產潤滑劑,供生產和使用單位參考。
