風電潤滑脂樣品取樣技術研究與改進

楊 洋，趙 磊，王海斌

（中節能風力發電（張北）運維有限公司，河北張家口 075000）

0 引言

軸承是風力發電機組傳動系統中的關鍵部件，軸承運行狀態的優劣，直接影響了風電機組的發電量和可利用率[1-2]。如果軸承出現故障而又沒有被及時發現，則會導致嚴重的后果，輕則軸承損壞并導致風電機組故障停機，重則可能引起風機火災等重大事故[3]。但是風電機組的大部分軸承處于封閉狀態，在不拆開軸承的情況下很難判斷其運行狀態和剩余使用壽命。如果能通過對軸承在運行過程中排出的潤滑脂對軸承運行狀態進行判斷，則可為風電場對軸承的預知預檢工作提供有力支撐，在節約大量運維費用的同時，提升機組運行可靠性和安全性[4-7]。

1 潤滑脂檢測行業現狀

與風電機組潤滑油檢測一樣，風電機組潤滑脂檢測是風機油品檢測的重要組成部分[8]。但是，大部分風電企業自建的一方檢測實驗室很少開展潤滑脂檢測項目。在項目和數量方面，潤滑脂的檢測與潤滑油的檢測存在一定差異，主要原因有以下5 個。

（1）流動性差。潤滑脂和潤滑油不同，潤滑脂的流動性差、分散性較強，且在不拆開軸承的情況下取樣困難，檢測結果的代表性較差。

（2）時效性差。目前風電機組潤滑脂的使用壽命一般為半年，每半年就會通過向軸承內加注新潤滑脂的方式將舊潤滑脂擠出，來保證軸承潤滑效果的可靠。而對從排油孔/密封圈排出的潤滑脂進行取樣檢測，受加注潤滑脂頻率的影響較大[9]。另外，每臺風機內需要關注運行狀態的軸承數量遠比齒輪箱要多，這些因素會導致檢測結果的時效性不足。

（3）檢測時間長。對潤滑脂本身潤滑性能的指標檢測，一般單個樣品的單個項目都需要較長的時間（3 h 以上）。

（4）檢測效率低。潤滑脂檢測前一般需要對潤滑脂樣品進行充分的消解處理來制備樣品，對檢測人員的要求比較高，且對檢測效率影響較大。

（5）判別標準少。目前風電行業內對風電機組潤滑脂的性能方面的判別標準非常少，且在使用過程中存在較大的不適應性。

仔細研究以上限制潤滑脂檢測發展的多個因素，可以發現檢測效率是困擾潤滑脂檢測項目開展的核心問題。而提高潤滑脂檢測效率的關鍵，就是改進現有潤滑脂的取樣技術。

2 潤滑脂檢測取樣技術現狀

潤滑脂取樣最大的困難在于它的流動性差且容易黏連。以鐵磁顆粒濃度這個潤滑油和潤滑脂均需要檢測的項目為例[10]，檢測這個項目所需的樣品管是2 mL/5 mL 的離心管，檢測時只需要使用注射器或塑料滴管，就可以很輕松將樣品送入離心管。但是由于潤滑脂的流動性差，使用微量注射器或塑料滴管，均不能將潤滑脂吸入其中，更不能將潤滑脂注入到離心管中。

目前國內的潤滑脂檢測取樣[11]，是用藥勺從樣品瓶中多次取樣，逐漸將潤滑脂填滿離心管（圖1）。這一方法雖然成本較低，但是取樣效率不高且樣品中會殘留很多的氣泡。

圖1 國內外潤滑脂取樣工具對比

國外使用最多的是名為GREASE THIEF 的現場一次性取樣工具，其取樣效率高，但每個取樣工具的成本接近40 元，且取樣量有限，僅能滿足1 個檢測項目的使用需求。

3 潤滑脂檢測取樣技術改進

3.1 采樣工具改進

經過與廠家及潤滑脂檢測技術專家的溝通研究，決定使用敞口注射器進行取樣。與微量注射器和塑料滴管相比，敞口注射器最大的特點就是頭部與注射器器身的直徑接近，能夠將潤滑脂吸入注射器中，大幅提高取樣效率（圖2）。

圖2 3 種取樣工具的對比

3.2 潤滑脂加熱及攪拌

敞口注射器可以解決潤滑脂不能吸入的問題，但是卻會受到現場送檢潤滑脂樣品量的影響。經過測試，為了使敞口注射器能一次性地吸入足夠量的樣品，要求送檢潤滑脂的高度不能低于敞口注射器高度的3/5（圖3）。對于風電機組內部分軸承，現場人員只能夠取得少量的潤滑脂樣品。使用敞口注射器對潤滑脂樣品進行多次取樣，會造成注射器內存在無法排出的空氣，最終影響檢測結果的準確性。

圖3 敞口注射器與樣品瓶高度比對

經過與行業專家的共同探討與反復測試，決定采用對潤滑脂樣品加熱的方法來提高潤滑脂的流動性，進而降低采樣難度。根據潤滑脂性能指標的不同，將潤滑脂分為發電機軸承潤滑脂和主軸偏航變槳潤滑脂兩大類[8]。對于發電機軸承潤滑脂，在用敞口注射器取樣前，將其在40 ℃的溫度下加熱2 h；而對于主軸偏航變槳潤滑脂，則是在60 ℃的溫度下加熱2 h。

對于加熱后的潤滑脂，對樣品瓶進行輕輕的敲打，就可以使潤滑脂輕易的聚集在樣品瓶的一側（圖4）。使用敞口注射器吸取樣品時，也可以一次吸取成功。

圖4 加熱后的潤滑脂

另一方面，對加熱后的潤滑脂進行攪拌，可以起到一定的“搖勻”效果，可以在一定程度上解決由于潤滑脂流動性不足造成的檢測結果代表性不強的問題。

4 效果比對

與傳統的通過樣品勺對潤滑脂樣品進行取樣的方法相比，使用敞口注射器+樣品加熱攪拌的潤滑脂采樣技術，無論是檢測效率還是取樣質量，都有了質的提升。

4.1 取樣效率

使用藥勺，每個樣品需要檢測人員操作約為5 min 才能完成采樣；而使用改進后的采樣技術，每個樣品的取樣時間可縮短至2～3 min。（樣品加熱的2 h 不需要人工干預，可通過平行工作予以抵消）

4.2 取樣過程

傳統的藥勺采樣，需要分次進樣，會在取樣管中保留一定量的空氣，潤滑脂樣品的有效體積降低，進而影響檢測結果的準確性。而改進后的采樣技術，將潤滑脂一次性打入取樣管中，可以利用潤滑脂將樣品管中的空氣含量排至最低，最大限度保證檢測結果的可靠性。

4.3 取樣效果

選擇3 個潤滑脂樣品，分別通過傳統方法和改進方法進行取樣，每個樣品每種取樣方法重復檢測3 次，然后進行鐵磁顆粒濃度檢測（鐵磁顆粒濃度使用同一臺FerroQ 鐵量儀，同一操作人員在同一實驗室進行檢測），檢測結果見表1 和表2。由此看出，傳統方式取樣后檢測合格率為66.67%，改進后合格率提升為100%。

表1 傳統取樣方法檢測結果

表2 改進取樣方法后檢測結果

5 總結與展望

通過對潤滑脂檢測采樣技術的研究和改進，可有效提高風電油品實驗室對潤滑脂的檢測效率和檢測質量，這對于潤滑脂檢測項目在風電油品實驗室的開展具有積極的推動作用，也能為風電場的密封軸承預知預檢工作奠定良好的基礎。