一臺2MW的商業(yè)規(guī)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(yè)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(xié)會年會上，一家添加劑生產(chǎn)商、一家齒輪生產(chǎn)商和一家大型石油企業(yè)交流了它們針對生產(chǎn)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?guī)淼暮蠊?/div>
喬•凱普里克是雅富頓的高級潤滑脂研發(fā)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(guī)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(guī)模的變化影響最大。
美國風能協(xié)會估計，一臺現(xiàn)行風輪機比一臺1990年的風輪機多產(chǎn)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(xù)下去。
“目前來說，1MW到2MW的風輪機屬于普通規(guī)模，持續(xù)發(fā)展的技術(shù)也讓10+MW風輪機成為可能；風輪機將不斷突破局限，產(chǎn)生更多的電能。”
3月，通用發(fā)布了將開發(fā)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(qū)發(fā)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(chǎn)生的電能就能為500個家庭供電。
大型風輪機給傳統(tǒng)的潤滑油技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)。維持風輪機持續(xù)運轉(zhuǎn)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(tǒng)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(tài)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(xiàn)微動磨損；防止變槳系統(tǒng)出現(xiàn)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(guān)注的風輪機問題。行業(yè)致力于解決該問題，它會導致出現(xiàn)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(xiàn)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(jīng)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(chǎn)品應用專家，他想起在2009年的時候，一家風力發(fā)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(chǔ)油為礦物基礎(chǔ)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(fā)電廠位于炎熱地區(qū)。當外部溫度僅為25℃時，軸承內(nèi)部的工作溫度就超過42℃。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，一年中有超過62%的時間，該廠風輪機的軸承內(nèi)部溫度超過了42℃。
莫里斯的團隊發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(jīng)持續(xù)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(fā)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(chǎn)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(guān)，但是相互間沒有直接聯(lián)系的性質(zhì)。”
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(shù)據(jù)之后，通過改變某些特定的性質(zhì)，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(jié)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(diào)整了三種你認為最重要的性質(zhì)，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(shù)結(jié)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(yōu)化配方有關(guān)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(chǎn)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(guān)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(diào)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(tài)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(fā)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(xié)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(jié)道：“如果有人跟你說，‘這是風輪機標準，你需要遵守，’請?zhí)岢鲆蓡枺私饽愕脑O備真正需要什么，而這些標準又測試了什么。”
……
本文節(jié)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(nèi)容，歡迎來電索刊：020-87766826、87766563、87766589。
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