風力發(fā)電機組發(fā)電機軸承脂國產(chǎn)化實踐

張笑華，李建明，馮欣，李民，黃久平，毛菁菁，王秋強，夏延秋

(1.國電和風風電開發(fā)有限公司，遼寧 沈陽 100179；2.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060；3.華北電力大學能源動力與機械工程學院，北京 102206)

0 引言

據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，2019年中國風電發(fā)電量4057億千瓦時，占全部發(fā)電量的5.54%。2019年全國新增風電裝機容量2894萬千瓦，累計并網(wǎng)裝機容量達到2.21億千瓦，2020年1～5月，發(fā)電量2021億千瓦時，同期占全部發(fā)電量的7.4%。其中全國風電發(fā)電量2145億千瓦時，同比增長11.5%。過去10年里，中國風力發(fā)電設備新增數(shù)量一直保持世界第一。但風力發(fā)電機潤滑劑的應用卻一直停滯，很多潤滑油脂企業(yè)，尤其中國石油和中國石化潤滑油公司并未搭上風力發(fā)電快速發(fā)展的列車，目前國內(nèi)風電用潤滑劑99%以上依賴進口，科研工作者發(fā)表了多篇有關風力發(fā)電機齒輪箱潤滑油[1-4]，昆侖潤滑油公司的齒輪油已在國內(nèi)風場招標中中標，但也僅限昆侖潤滑油公司，而風電機組中的潤滑脂開始替代進口還需要扎扎實實的實際應用積累。近年來，關于風機軸承的潤滑與失效引起了技術人員的關注[5-9]。2017年國家頒布了風力發(fā)電機軸承潤滑脂國家標準[10]；馮志勇[11]申報了一種高性能的風力發(fā)電機軸承潤滑脂的發(fā)明專利；高宇航等[12-13]研制了風力發(fā)電機組主軸承和變槳距潤滑脂；夏延秋等[14]研制并考察了風電潤滑脂的潤滑性能。這些工作表明，風電機組用潤滑脂已經(jīng)引起我國技術人員的關注。長城、昆侖、眾城和海華等潤滑公司已開始了潤滑脂的掛機試驗，并取得了初步成果[15]。各公司潤滑脂掛機運行表明，國產(chǎn)風力發(fā)電機組選用國產(chǎn)潤滑脂的時代已經(jīng)來臨。

發(fā)電機軸承潤滑脂是保證風力發(fā)電機組正常工作的必要條件，高速轉(zhuǎn)動的發(fā)電機軸承在工作中容易發(fā)生疲勞、卡咬、磨損、粘著、電蝕、腐蝕等，同時老化的潤滑脂也會加速故障的發(fā)生。因此該潤滑脂應具有優(yōu)異的耐高溫性，潤滑性能和粘附性能，優(yōu)異的防水沖洗性；好的承載、抗磨和減摩性能；優(yōu)良的抗剪切性、熱穩(wěn)定性和密封性能；優(yōu)異的抗氧化、抗化學腐蝕性及防銹蝕性能，才能有效保護電機的正常運轉(zhuǎn)。目前國內(nèi)風電市場的電機軸承潤滑脂完全被美孚、殼牌、福斯、巴斯夫和克魯勃等潤滑脂公司占據(jù)，隨著國產(chǎn)電機軸承潤滑脂的掛機試驗的完成，相信國產(chǎn)風機潤滑脂會提出風電機組的全面潤滑解決方案。本文數(shù)據(jù)來源于國內(nèi)某潤滑脂廠家在黑龍江某風場的掛機試驗，希望為國產(chǎn)電機軸承潤滑脂取代進口潤滑脂奠定應用基礎。

1 試驗方案

試驗機組：試驗地點在黑龍江省某風場進行，選用明陽27號和33號1.5 MW風力發(fā)電機組作為試驗機組，27號風機坐標是北緯47°7′4″，東經(jīng)131°4′8″：發(fā)電機是南京汽輪機(DASAA5023-4UFB)；33號風機坐標是北緯47°8′11″，東經(jīng)131°5′3″，發(fā)電機是南京汽輪機(DASAA5023-4UFB)。

試驗用脂：選用國產(chǎn)的電機軸承脂，對比脂選用的是在用進口電機軸承脂，兩種電機軸承脂的實測數(shù)據(jù)如表1所示，可以看出，國產(chǎn)風力發(fā)電機組發(fā)電機軸承脂各項性能指標不低于進口脂。我們還選用明陽28號和明陽32號1.5 MW機組作為對比機組，從2019年9月開始，截至到12月已完成了90天的試驗測試，本文僅選取了4臺風機50天的跟蹤測試結(jié)果，記錄了每天每臺的發(fā)電量和電機軸承運轉(zhuǎn)溫度。

表1 兩種新風機齒輪油的測試對比數(shù)據(jù)

表1(續(xù))

圖1示出了國產(chǎn)發(fā)電機軸承脂涂抹到發(fā)電機軸承中的示意，圖2示出了發(fā)電機DE和NDE端軸承位置。

圖1 涂抹潤滑脂的軸承照片

圖2 發(fā)電機DE和NDE端軸承位置示意

2 試驗結(jié)果

50天里，每天的發(fā)電量見圖3，從圖a可以看到，27號和28號作為對比組，33號和32號作為對比組。同期新?lián)Q脂的風機與鄰近風機發(fā)電量差距不大，換脂的27號機組發(fā)電量優(yōu)于鄰近28號機組，33號機組發(fā)電量不如鄰近32號機組；從圖b看到，換脂后的27號機組和33號機組比換脂前同期的機組發(fā)電量有大幅度提高。對照表2可以發(fā)現(xiàn)，換新脂的風機，發(fā)電量比2018年同期分別提高了49.8%和59.6%。可以表明，27號和28號風機換脂后，沒有影響發(fā)電量。說明發(fā)電機軸承脂滿足了一個周期的使用要求。

圖3 2019年連續(xù)50天的發(fā)電量記錄

圖4示出了2019年連續(xù)50天的DE軸承和NDE軸承的測試溫度跟蹤測試，可以看到，28號風機溫度一直最高。而27號和32號風機保持了一個相對低的值，溫度未見異常。因為潤滑脂性能優(yōu)劣直接決定了軸承的潤滑性能，而潤滑性能的好壞溫度變化是最直接的反應。選用國產(chǎn)潤滑脂的機組發(fā)電機軸承溫度變化不大，說明一個運轉(zhuǎn)周期的數(shù)據(jù)表明，國產(chǎn)潤滑脂使用性能完好，當然多周期的運行驗證還在進行中。

圖4 2019年連續(xù)50天的軸承溫度記錄

3 結(jié)論

國產(chǎn)潤滑油在90天的注脂期內(nèi)，機組運行穩(wěn)定，50天的發(fā)電量和軸承溫度測試顯示，同年相同時間內(nèi)，風機的發(fā)電量差別不大，與去年同期相同風機相比，發(fā)電量大幅度提高；換脂的風機溫度穩(wěn)定，低于使用國外脂的風機溫度，風機電機的各項指標變化處在正常變化范圍內(nèi)，可以繼續(xù)使用，說明國產(chǎn)風機機組電機軸承脂可以代替進口脂。