风力发电机设备润滑技术研讨会报告.docx
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风力发电机设备润滑技术研讨会报告
风电设备润滑技术
研讨会报告
2016年8月12日
目录
前言.............................................................................................................3
风电设备润滑的重要性...............................................................................3
风力发电机对润滑油的特殊要求.................................................................3
目前国内润滑油选择的盲点：
…………………………………………………4
风电设备润滑技术研讨会概况…………………………………………………4
第一场：
风力发电市场现状与发展………………………………………………...5
全球风能发展形势…………...………………………………………………….5
国内风能发展形势………………...………...……………...…………………..6
中国风能展望…………………………………………………………………....6
第二场：
风场运营与发展…………………………………………………………...6
大唐发电集团风电业务概况……………………………………………………6
第三场：
壳牌在风电行业的经验和挑战……………………………………………7
第四场风机主机或部件润滑技术专题…………………………………………….7
第五场风机齿轮箱微点蚀与点蚀专题…………………………………………….9
第六场风机轴承微动腐蚀专题…………………………………………………...10
第七场风电润滑技术服务探讨…………………………………………………...11
第八场风电OEM增值服务探讨………………………………………………....12
前言
风电设备润滑的重要性
据资料显示，20年间欧美风电行业中容量为2MW的风力发电机组，其总投资的65%～90%都消耗在运行、维护上，“非计划停机”又占到了其中的75%。
国际工程保险协会在年报中介绍，支付给丹麦风电业的理赔费用的40%是由于机械故障，主要是齿轮箱和轴承的故障；7%是由于急停机时轴承超温引发的火花所造成的火灾。
而中国的风电设备的维护损耗更是惊人，甚至有一大批的风力发电机的正常累计工作时间不超过1000h。
而以上所讲的高额维修成本仅仅是由于不够重视设备的润滑所引起的。
风电设备的机械故障主要是由于润滑油的选择错误和温度超标、振动和超载引起的。
大多数火灾的原因也是润滑没有到位导致轴承温度超标引起的。
润滑产品的选择对风力发电设备能否正常运行起着极为重要的作用。
风力发电机对润滑油的特殊要求
由于风力发电机工作环境和运行条件的特殊性，使得它对润滑油、脂有如下特殊要求：
（1）润滑油、脂的粘度和油膜强度。
风力发电机的转速经常改变，而且一天中停开次数也比较多，所以润滑油体经常在流体动力润滑状态和边界润滑状态下变换。
处于流体动力润滑状态时，油、脂的最主要的性能是它的粘度和设备的运转速度；而在边界润滑时，油、脂的最主要性能是它的油膜强度。
（2）润滑油、脂的温度稳定性。
风力发电机工作的环境温度存在很大差异，而且长期在露天环境中工作，不但在一年中会经历很大的温度变化，即使在白天和深夜也有很大的温度差别。
在这种情况下，油、脂最主要的性能就是它的温度稳定性。
（3）润滑油、脂结构的高稳定性和抗氧化性。
发电机的高空运行条件决定了它的高换油成本，因此要求油、脂必须具有特殊的长寿命性能。
而决定油、脂寿命的主要性能是：
润滑油、脂结构的稳定性和抗氧化性。
目前国内润滑油选择的盲点：
润滑油的选择对风力发电机的正常运行和维护有着如此重要的作用，我们对润滑油的选择就变得尤为重要。
而企业在选择润滑油的时候往往存在盲点，主要有以下几点：
（1）忽视了润滑油对维修成本的影响力，将润滑油的采购成本作为润滑油的主要指标；
（2）忽略了实际验证是最重要的，过度重视润滑油产品的数据介绍；
（3）在引进设备过程中，忽略了中国与引进国环境的不同，在引进设备的时候一起引进了润滑油、脂；
（4）过于重视对实际运转情况并不了解的石油公司和专家的推荐，在项目开展之前就把油品定下来。
在实际操作中，必须慎重选择润滑油，避免上述盲点。
把握选择润滑油品的权利，提高工作人员对油品的重视，掌握运转情况的细节和相对的油品要求，敢于创新。
第一场：
风力发电市场现状与发展趋势
全球风能发展形势
2015年，640GW,年安装360GW，年均增长25%，2020年预计年安装500GW。
汽车和建筑的直接能源消耗问题突出。
水能到2030年基本开发完毕。
风电设备成本也面临上升的压力。
国内风能发展形势
国内目前共40多家总装厂，因部分退出。
2015年新增装机1-2MW占到51%。
2016年国产占到76%的市场份额。
风电场分布：
内蒙27%，吉林11%，辽宁9%。
风电电价2015年开始招标0.3-0.4元/kw.h，目前0.45元/kw.h左右。
风电运营商60%国有大型电力公司，30%地方电力公司。
国内主要零部件供应情况：
叶片、发电机、齿轮箱供应较好，
控制系统和轴承产业的配套能力较低，是发展瓶颈，变流器主要依靠进口。
轴承方面：
偏航、变桨轴承国内能产，部分生产主轴轴承，齿轮箱轴承进口。
中国风能展望
2018年预期达到75GW，2020年达到80-100GW。
未来可能趋于稳定发展。
鉴衡认证中心（CGC），整体设计认证
中科鉴衡（北京），中国电力科学研究院
第二场：
风场运营与发展
大唐发电集团风电业务概况
2002年组建，2300万KW，2008年7000万KW，
2010年赶超全英国的发电量。
2006-2007年发电燃煤价格上涨20%。
2008年消耗1.7亿吨煤。
2004年决定加快发展风电，
2005年11万KW，2006年34万KW，2007年100万KW，年增长率300%。
2008年200万KW，2010年300万KW。
今后重点将做好1000万KW级大型风电场。
风电基地主要在内蒙，在山东、福建开发了较小风电场。
赤峰风电场80%为Vestas的机组，
大唐发电集团已经与国内风电厂商合资建厂。
参与碳排放交易。
需要全面系统的润滑服务。
第三场：
壳牌在风电行业的经验和挑战
ShellWindEnergy风电运营公司，10个风电场，超过750MW，
另有百MW新的风场在建
风电设备可靠性，无故障运行要求较高
壳牌与国际相关标准组织合作，投入针对风电的润滑油研发，
制定风电润滑油油品的标准
齿轮油需要高的温度指数，低温液压油
换油工作量较大，风机厂商希望实现较长的换油周期，但这很难
很好的抗氧化性可以减少过滤器和润滑油的更换周期
壳牌的服务：
针对风电行业的大客户经理
Shell产品全世界质量保持一致
油的回收利用，环保，降低对环境的不良影响
Shell在全球有8个研发中心，英国、德国有2个。
壳牌增值服务：
1.油品/设备运行状态检测
2.培训
3.设备冲洗
第四场风机主机或部件润滑技术专题
OEM厂商，设备出厂时，需要带润滑油使用维护说明
润滑油非常关键，应制定相应的标准
海上风电润滑油要求可生物讲解，以免泄漏时对海洋环境造成污染
可生物讲解将导致润滑油成本成倍上升，目前为5～10倍。
1.叶片轴承润滑脂：
壳牌RhodinaBBZ
有效保护叶片轴承：
摩擦腐蚀压痕。
适用温度范围广，-55℃仍然可以保持泵送性能。
并提供良好的启动扭矩。
是AeroShell润滑脂14的替代用品。
壳牌RhodinaBBZ被Vestas选为初装的润滑脂。
2.发电机轴承润滑脂：
AlbidaEMS2
壳牌AlbidaEMS2是一款采用合成基础油的复合锂皂基润滑脂，包含抗氧化剂、EP极压剂、抗磨以及防锈等添加剂。
该产品还富含了一种特殊的摩擦改进剂，更适于润滑高速运转的轴承，如锥形滚子轴承和圆柱轴承等。
主要优点：
Ø适用温度范围：
-55℃～150℃（短时可达200℃）；
Ø极低的启动和运行扭矩；
Ø良好的机械和热稳定性；
Ø提供较长的换脂间隔
3.主轴、偏航轴承：
StaminaHDS（施达纳）
施达纳是一种高性能、重负荷的合成基础油类聚脲润滑脂。
聚脲基润滑脂有非常优异的性能，抗磨损能力非常强，抗剪切能力强，抗氧化能力强，摩擦系数小，省油（法拉利F1赛车中用聚四脲，价格很高。
）适用温度范围为-30℃～180℃。
适用于低速重载的滑动和滚柱轴承，满足诸多风机制造厂商在偏航轴承处的润滑的需要。
4.偏航驱动开式齿轮：
MalleusGL95/205（马力士）
壳牌马力士GL95/205优质开式齿轮润滑剂，其中含有大量的
和石墨验证显示，该产品在炙热气候（澳大利亚）和寒冷气候（挪威）下均有出色的工作表现。
当现有粘度牌号不同的润滑剂不能满足需要时，可以按不同比例来混合基础油，得到粘度值不同，性能不同的调和物。
好的调配产品使许多互相矛盾的要求达到最佳的平衡。
基础油的性能受以下因素的影响：
Ø原油的原产地—不同地区的原油其物质组成不同，这便会影响到基础油的性能，中东和北海的油品较好，俄罗斯的较差；
Ø溶剂精炼的深度—得到同样的质量，一些原油可能需要深度精制；
Ø精炼工艺的类型—与只经过溶剂精炼得到的油相比，深度加氢处理后得到的基础油与原油产地关系降低。
合成润滑剂的主要优点是极低温度下流动性好，高温稳定性好。
第五场风机齿轮箱微点蚀与点蚀专题
风电齿轮箱的工作特点是：
高扭矩（可达800KN）、低转速（10rpm），对于齿轮和轴承的润滑提出了很高的要求。
风机齿轮箱润滑的特殊要求：
◆应用温度最低可达-40℃，（西伯利亚-45℃，冬季１１月-２月最低温度可达-５５℃），也可能经历较高的局部啮合温度；
◆环境湿度不可避免，特别是昼夜温差大或者海上风电；
◆风机齿轮的磨损除了普通磨损外还有特殊的微点蚀磨损；
◆风机齿轮的轴承磨损越来越成为风机齿轮箱失效的重要形式。
微点蚀产生灰斑，10
大小，形状不规则。
微点蚀主要发生在齿轮的齿表面，其应力最大，啮合压力可达几Gbar。
微点蚀最严重的后果就是轮齿断裂。
输出端（高速级）发生微点蚀的情况较少，低速级油膜比厚低于1，容易发生微点蚀。
微点蚀大大降低了齿轮的无故障运行范围，给齿轮的寿命带来重大威胁。
随着磨损加剧，齿根齿形轮廓、齿轮精度级别都会明显恶化。
随着微点蚀的发生，齿轮运行的振动和噪音也会逐渐增大，甚至超过允许限值。
润滑油膜比厚和齿轮表面粗糙度是决定微点蚀发生的两个重要参数。
影响微点蚀的参数还包括：
负载、速度和温度。
油品中的水分会促进微点蚀。
太阳齿轮（驱动轮）发生的微点蚀齿形磨损发展比行星齿轮（从动轮）严重，10年服务寿命可导致太阳齿轮的齿形精度降低到8级，20年服务寿命可导致太阳齿轮的齿形精度降低到9级。
高粘度润滑油可以形成更高的油膜厚度，可以减少微点蚀，但高粘度会导致发热更多，低温流动性更差，压力更大，油品清洁度（过滤以后的清洁度）要求较高，达到5～10
的过滤精度。
第六场风机轴承微动腐蚀专题
微动磨损（Fretting）有时又叫假布式压痕（FalseBrinelling）。
微动是两个接触表面的极小振幅（微米量级）的相对运动，通常发生在一个振动环境下的紧密配合的接触表面。
微动通常可以分为微动磨损、微动疲劳、微动腐蚀。
微动磨损已成为大量关键零部件失效的主要祸患之一，被认为是工业中的癌症。
微动磨损主要发生在以下场合：
1.各种连接件
2.紧固机构和夹持机构
3.槽键的配合
4.电缆，钢丝绳，斜拉索等绳索
5.轮轴类等过盈配合部件
6.各种间隙配合，发动机叶片
7.振动的运输行业——金属板运输，新车的运输
8.滚动轴承
……
在风力发电机组中容易出现微动磨损的部位是叶片的变桨轴承。
叶片长期的颤振传递到轴承，引起微动磨损。
发电机轴承中轴瓦与轴承座配合处是否会发生微动磨损？
绝缘垫圈对微动磨损有怎样的影响？
微动磨损影响因素：
位移、载荷、振动频率、刚度、接触模式、表面粗糙度、预应力等
微动磨损的防护:
一、改变微动发生区域
1.增加压力：
如变桨轴承的过盈配合，螺栓的紧固及绳索的夹紧机构，但压力过大有风险，局部疲劳应力增大。
2.降低切向刚度
3.改变结构设计
二、增加接触表面强度
表面处理可以提高接触表面耐磨性和抗磨损性能。
三、合适材料的选择和匹配
柔性较好、变形量大的材料能够吸收相对滑动，减轻表面破坏；硬度大、疲劳强度高的材料可以有效减轻微动磨损及裂纹的产生和扩展；选择自润滑材料
四、降低摩擦系数
表面间的有效润滑可以降低摩擦系数，减缓微动磨损。
润滑材料有三种：
固体（
涂层、石墨等）、半固体（润滑脂）和液体（润滑油、水等）。
微动破坏的减缓程度主要取决于润滑介质在接触表面处的耐久性。
固体润滑剂如果使用特殊处理使之粘附在表面上或使用极压添加剂，效果较好。
增加固体润滑薄膜与基体的结合强度是提高抗微动损伤能力的关键所在。
润滑油的粘度是一个非常重要的指标，低粘度的润滑油更容易进入接触界面，具有较强的抗微动损伤的能力。
第七场风电润滑技术服务探讨
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第八场风电OEM增值服务探讨
对于大部分机器设备而言，润滑占整个运行成本的比例<5%，但润滑故障导致的损失可能会>100%，据统计>30%的机器设备故障都直接或间接与润滑质量差相关。
对于那些润滑质量差的案例，约有50%与润滑油油品质量相关，包括选择了不正确的牌号，其余的都是由于润滑管理差和润滑维护不规范所导致。
风电设备润滑维护所面临的问题：
1.润滑维护任务管理方面的混乱；
2.润滑记录管理的不方便;
3.润滑供应方面的不稳定，库存需要保持合理水平；
4.润滑油品质量指标趋势的不清晰；
5.缺乏润滑油品指标超标状况的掌控机制；
ShellLubManagement软件的功能：
1.管理润滑记录功能
2.生成润滑报告
3.生成润滑维护任务
4.润滑趋势分析功能
5.润滑点指标报警功能
6.润滑需求预测功能
7.系统数据库维护功能
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