一臺(tái)2MW的商業(yè)規(guī)模風(fēng)輪機(jī)需要300萬(wàn)美元以上，這足以促使廠家努力維護(hù)好他們的設(shè)備。
到目前為止，行業(yè)中仍然沒(méi)有全面的風(fēng)輪機(jī)潤(rùn)滑脂標(biāo)準(zhǔn)，在不同的硬件和工作條件下，風(fēng)輪機(jī)的性能需求也有所不同。面對(duì)各種各樣的潤(rùn)滑脂，廠家很難做出選擇，使用不合適的齒輪油或潤(rùn)滑脂可能帶來(lái)高昂的維修費(fèi)用。
在美國(guó)潤(rùn)滑脂協(xié)會(huì)年會(huì)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(duì)生產(chǎn)高性能風(fēng)輪機(jī)潤(rùn)滑油的觀點(diǎn)，并分析了使用錯(cuò)誤的潤(rùn)滑油給廠家?guī)?lái)的后果。
喬•凱普里克是雅富頓的高級(jí)潤(rùn)滑脂研發(fā)顧問(wèn)，在美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州科達(dá)倫舉辦的會(huì)議上，他向人們闡述了風(fēng)能的三大主流趨勢(shì)：風(fēng)輪機(jī)規(guī)模變大、離岸裝機(jī)量增加，以及某些國(guó)家政策的不確定性。其中風(fēng)輪機(jī)規(guī)模的變化影響最大。
美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)估計(jì)，一臺(tái)現(xiàn)行風(fēng)輪機(jī)比一臺(tái)1990年的風(fēng)輪機(jī)多產(chǎn)生將近20倍的電能。凱普里克認(rèn)為這種驚人的增長(zhǎng)趨勢(shì)還會(huì)繼續(xù)下去。
“目前來(lái)說(shuō)，1MW到2MW的風(fēng)輪機(jī)屬于普通規(guī)模，持續(xù)發(fā)展的技術(shù)也讓10+MW風(fēng)輪機(jī)成為可能；風(fēng)輪機(jī)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(kāi)發(fā)目前最大型的離岸風(fēng)輪機(jī)的消息。與其他大型風(fēng)輪機(jī)一樣，Haliade-X裝有直驅(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)，它的風(fēng)輪直徑為220米，相當(dāng)于兩個(gè)足球場(chǎng)的長(zhǎng)度。單單一臺(tái)風(fēng)輪機(jī)所產(chǎn)生的電能就能為500個(gè)家庭供電。
大型風(fēng)輪機(jī)給傳統(tǒng)的潤(rùn)滑油技術(shù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。維持風(fēng)輪機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量的潤(rùn)滑脂。對(duì)于位于-40℃的寒冷高山或50℃的遼闊平原上的風(fēng)輪機(jī)，其潤(rùn)滑脂需要在集中泵送系統(tǒng)中保持流動(dòng)。潤(rùn)滑脂還需要阻隔來(lái)源于水氣、雨水和海水的水分，避免設(shè)備腐蝕生銹。
較高的動(dòng)態(tài)負(fù)載和沖擊負(fù)載，改變了風(fēng)速，給風(fēng)輪機(jī)各部位的潤(rùn)滑油帶來(lái)各種困難。
其中包括：低速下保持油膜和避免主軸承震動(dòng)時(shí)出現(xiàn)微動(dòng)磨損；防止變槳系統(tǒng)出現(xiàn)微動(dòng)磨損和偽布氏壓痕；減少軸承箱的磨損、膠合和微點(diǎn)蝕。
凱普里克表示，白點(diǎn)蝕裂紋是近來(lái)備受關(guān)注的風(fēng)輪機(jī)問(wèn)題。行業(yè)致力于解決該問(wèn)題，它會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)點(diǎn)蝕、碎屑剝落和軸承故障。
凱普里克觀察到，合成潤(rùn)滑油的使用率增加，以便在漫長(zhǎng)的換油周期中實(shí)現(xiàn)最全面的保護(hù)；在風(fēng)輪機(jī)的特定部件上，用專(zhuān)屬潤(rùn)滑脂替代多功能潤(rùn)滑脂也受到了熱烈討論。
增加成本
凱普里克預(yù)測(cè)，一臺(tái)2MW的風(fēng)輪機(jī)的安裝成本接近300萬(wàn)美元。他表示，作為經(jīng)營(yíng)者，“你可能不會(huì)太重視潤(rùn)滑油成本。這有用嗎？能保護(hù)我的設(shè)備嗎？”格雷戈•莫里斯是殼牌的潤(rùn)滑脂產(chǎn)品應(yīng)用專(zhuān)家，他想起在2009年的時(shí)候，一家風(fēng)力發(fā)電廠由于選錯(cuò)潤(rùn)滑油，它的風(fēng)輪機(jī)遭受到了巨大的損害。
該廠的風(fēng)輪機(jī)OEM建議在葉片軸承和主軸軸承上使用同一款多功能潤(rùn)滑脂。該款鋰基潤(rùn)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(fēng)能發(fā)電廠位于炎熱地區(qū)。當(dāng)外部溫度僅為25℃時(shí)，軸承內(nèi)部的工作溫度就超過(guò)42℃。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，一年中有超過(guò)62%的時(shí)間，該廠風(fēng)輪機(jī)的軸承內(nèi)部溫度超過(guò)了42℃。
莫里斯的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題——“磨損過(guò)多了”。潤(rùn)滑脂中的銅含量和鐵含量分別高達(dá)65000ppm和44000ppm。軸承“表面點(diǎn)蝕遍布”，滾子也遭到了嚴(yán)重?fù)p害。
這些風(fēng)輪機(jī)已經(jīng)過(guò)了保修期，廠家需要承擔(dān)檢查診斷以及將每臺(tái)風(fēng)機(jī)中60到70磅（即27.2千克到31.8千克）的潤(rùn)滑脂更換成合成潤(rùn)滑脂的總費(fèi)用。
故障軸承已經(jīng)持續(xù)使用了超過(guò)20年，但是莫里斯認(rèn)為它們的壽命比理想壽命縮短了25%。更換一個(gè)軸承需要花費(fèi)30萬(wàn)美元，該發(fā)電廠一共擁有幾百個(gè)軸承。
可想而知，維修讓該廠的收入顯著減少。選擇錯(cuò)誤的軸承潤(rùn)滑脂總共浪費(fèi)了廠家超過(guò)4000萬(wàn)美元。
測(cè)試出最佳潤(rùn)滑脂
凱普里克表示，即便使用配制得當(dāng)和精心選擇的潤(rùn)滑脂，“風(fēng)輪機(jī)的不同部位仍然需要添加劑解決相應(yīng)的問(wèn)題，尤其是微點(diǎn)蝕和磨損問(wèn)題。”
ASTM D4170（《潤(rùn)滑脂防止微動(dòng)磨損的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》）用于測(cè)試潤(rùn)滑脂防止微動(dòng)磨損的性能，不過(guò)凱普里克認(rèn)為，它“大概不是觀察風(fēng)輪機(jī)潤(rùn)滑脂的防微動(dòng)磨損性能的最佳方法”。Riffel測(cè)試是常用的微動(dòng)磨損測(cè)試，它模仿實(shí)際工作情況，是一個(gè)“成本高昂、大型且復(fù)雜的測(cè)試”。
凱普里克建議潤(rùn)滑脂生產(chǎn)商考慮利用多變量分析，設(shè)計(jì)出最佳的風(fēng)輪機(jī)潤(rùn)滑油。他表示：“試著從這種模式來(lái)考慮問(wèn)題，使用容易操作的臺(tái)架測(cè)試來(lái)分析與微動(dòng)磨損有關(guān)，但是相互間沒(méi)有直接聯(lián)系的性質(zhì)。”
有效的測(cè)試包括Fafnir微動(dòng)磨損測(cè)試、高頻率往復(fù)運(yùn)動(dòng)臺(tái)架測(cè)試或檢測(cè)腐蝕性和流變性的SRV測(cè)試、四球磨損測(cè)試和析油測(cè)試。得到測(cè)試數(shù)據(jù)之后，通過(guò)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(jìn)劑可以改變SRV摩擦測(cè)試結(jié)果，析油情況則可以通過(guò)加入聚合物或潤(rùn)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(rèn)為最重要的性質(zhì)，那么你將得到在實(shí)際工作中對(duì)風(fēng)輪機(jī)有利的潤(rùn)滑脂。”
這種方法不適合抗腐蝕測(cè)試，因?yàn)檫@種測(cè)試多數(shù)結(jié)果只分成與敗。不過(guò)，凱普里克仍然鼓勵(lì)人們研究與抗腐蝕和優(yōu)化配方有關(guān)的重要因素。潤(rùn)滑脂的堿性程度影響添加劑的使用效果，這就是其中一個(gè)例子。潤(rùn)滑脂生產(chǎn)商也需要了解時(shí)間、水分、鹽分和溫度在實(shí)際情況中的作用。凱普里克表示，需要改變測(cè)試中的鹽水濃度、時(shí)間長(zhǎng)短以及其他相關(guān)因素，從而得到最接近實(shí)際情況的實(shí)驗(yàn)條件。
進(jìn)行多項(xiàng)的腐蝕測(cè)試可以獲得更深層的信息，包括銹覆蓋率的主觀評(píng)估，或測(cè)試平均灰度值等光學(xué)方法。
凱普里克不斷強(qiáng)調(diào)考慮測(cè)試種類(lèi)的重要性。在兩份同種潤(rùn)滑脂中分別加入不同濃度的鹽水，他觀察到，Emcor軸承測(cè)試的腐蝕情況比靜態(tài)軸承測(cè)試的較輕。
他表示，表面活性添加劑可能妨礙改進(jìn)劑的發(fā)揮。比方說(shuō)，抗銹劑對(duì)抗微動(dòng)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(yīng)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(shuō)，‘這是風(fēng)輪機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，你需要遵守，’請(qǐng)?zhí)岢鲆蓡?wèn)，了解你的設(shè)備真正需要什么，而這些標(biāo)準(zhǔn)又測(cè)試了什么。”
……
本文節(jié)選自《潤(rùn)滑油情報(bào)》雜志2018年12月刊，如需了解更多風(fēng)輪機(jī)潤(rùn)滑脂內(nèi)容，歡迎來(lái)電索刊：020-87766826、87766563、87766589。
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