風(fēng)電機(jī)組軸承高溫故障的解決方案探討
2020-01-04 摘 要：軸承通常是設(shè)備中最不易接近的部件，風(fēng)電機(jī)組的軸承部位很容易出現(xiàn)潤滑不良而導(dǎo)致各種問題。本文結(jié)合某風(fēng)電場的實際案例，研究了風(fēng)電機(jī)組主軸和發(fā)電機(jī)高溫故障的解決方案，結(jié)果表明性能優(yōu)異的潤滑脂能明顯降低軸承溫度，減少軸承磨損，延長設(shè)備使用壽命，建議進(jìn)一步推廣使用。
關(guān)鍵詞：軸承高溫故障；潤滑脂
引言
風(fēng)電機(jī)組軸承故障會有多方面原因，如軸承生產(chǎn)質(zhì)量欠佳、安裝調(diào)試不當(dāng)、對中不精、外來污染影響等，而設(shè)備全壽命周期的潤滑往往是一個非常容易忽視但卻是十分重要的因素。國際上有研究表明，過早失效的軸承中，至少有36%（中國的實際數(shù)字只會更高）是由于使用潤滑劑的技術(shù)參數(shù)不正確或不足以滿足應(yīng)用上的要求所引起的，其不可避免的結(jié)果是：缺少正確潤滑的軸承將會遠(yuǎn)在預(yù)期使用壽命到來之前就失效。而軸承通常是設(shè)備中最不易接近的部件，忽略潤滑就會導(dǎo)致各種問題。
江蘇某公司所轄風(fēng)電機(jī)組由于運(yùn)行時間已久，目前機(jī)組發(fā)電機(jī)和主軸出現(xiàn)軸承報高溫的故障較多。公司于2018年11月中旬在位于江蘇省如東縣洋口鎮(zhèn)的某風(fēng)電場，做了4臺某1.5MW機(jī)組（16#、29#和14#、33#）的潤滑部位更換油脂工作。
本著科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鞣绞剑敬螕Q脂工作分為兩個平行對比組：同時對兩組各2臺風(fēng)機(jī)的各軸承潤滑部位加入了全新的K油脂和原裝油脂，并排出了廢舊油脂。
該型號1.5MW風(fēng)機(jī)的原裝軸承用脂分別是：主軸為F油脂，發(fā)電機(jī)為舊款K油脂，偏航為E油脂。對14#和33#這2臺對比組風(fēng)機(jī)的軸承潤滑部位分別加入全新的原用脂。對16#和29#這2臺試驗組風(fēng)機(jī)的軸承潤滑部位統(tǒng)一加入全新的新款K油脂。
表1 兩個平行對比組的各部位加脂情況
通過對主軸和發(fā)電機(jī)部位的溫控數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)將對比試驗報告匯總?cè)缦?。下?統(tǒng)計了這4臺機(jī)組的2017~2018年11月和12月的SCADA數(shù)據(jù)。
表2 各機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速≥1800r/min的10min平均數(shù)據(jù)
從上表2中統(tǒng)計數(shù)據(jù)可初步看出：
1）機(jī)艙溫度數(shù)據(jù)前后差別不大。
無論是2018年11月和12月的數(shù)據(jù)環(huán)比，還是前后兩年12月的數(shù)據(jù)同比，均能看出機(jī)艙溫度數(shù)據(jù)的前后差別不大，因此同臺風(fēng)機(jī)主軸和發(fā)電機(jī)的溫度監(jiān)控數(shù)據(jù)具備充分的可比性。
2）2017年12月的監(jiān)控數(shù)據(jù)明顯少于后面兩個月份。
4臺機(jī)組符合篩選條件（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速≥1800r/min）的監(jiān)控數(shù)據(jù)中，2017年12月的數(shù)據(jù)明顯少于后面兩個月份，這說明2017年12月該風(fēng)電場的機(jī)組出力不多，可能整月的風(fēng)速不大等原因，因此直接反映為：29#、14#和33#這3臺風(fēng)電機(jī)組的主軸和發(fā)電機(jī)軸承的平均溫度比后面兩個月份的平均溫度要低很多。
但是16#例外。無論縱向還是橫向?qū)Ρ龋?6#風(fēng)機(jī)在2017年12月的主軸和發(fā)電機(jī)軸承溫度值都較高，這就表示該風(fēng)機(jī)在出力不多的情況，主軸和發(fā)電機(jī)軸承的溫度值仍然較高，說明16#風(fēng)機(jī)的軸承磨損狀況相對來說更加嚴(yán)重。
為了科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)每疾旄鼡Q油脂對風(fēng)電機(jī)組軸承潤滑的改善情況，這里對主軸和發(fā)電機(jī)的溫控數(shù)據(jù)做充分的對比分析。
一、主軸
1、環(huán)比
2018年11月?lián)Q脂后，前后兩月的主軸溫控數(shù)據(jù)環(huán)比，匯總整理如下。
表3 機(jī)組主軸歷次溫控數(shù)據(jù)環(huán)比
備注：表3和表4中的負(fù)值表示溫控數(shù)據(jù)升高，下同。
從上表3可以看出，總體上前后兩月符合條件的出力次數(shù)大致相當(dāng)，機(jī)艙溫度差固定（4℃左右），由于各機(jī)組的實際運(yùn)行狀況各不相同，不論更換何種新油脂，主軸承的溫控數(shù)據(jù)大體上環(huán)比呈下降趨勢。
試驗組的主軸前軸承降溫分別達(dá)到2.5℃和-2.1℃，平均降溫值為0.2℃。后軸承降溫分別達(dá)到7.9℃和8.7℃，平均降溫值為8.3℃。
對比組的主軸前軸承降溫分別達(dá)到-4.2℃和4.7℃，平均降溫值為0.25℃。后軸承降溫分別達(dá)到11.6℃和-1.1℃，平均降溫值為5.25℃。
從主軸溫控數(shù)據(jù)的環(huán)比可以看出：更換全新油脂的一個月內(nèi)，克魯勃141與F油脂相比，對改善主軸前軸承的潤滑效果大致相當(dāng)（平均降溫的差值為-0.05℃）；對改善主軸后軸承的潤滑效果更加明顯，兩組后軸承的平均降溫的差值達(dá)到3.05℃。
這表明K141油脂的潤滑效果更好，而且還要考慮到前文所述16#機(jī)組的磨損狀況本身更加嚴(yán)重。
2、同比
從表4可以看出，總體上前后兩年12月的機(jī)艙溫度基本上差不多，由于2018年12月符合條件的出力次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2017年12月，所以即便是4臺機(jī)組全部更換了全新的油脂，主軸承的溫控數(shù)據(jù)仍然大都顯示同比升高的態(tài)勢。
表4 機(jī)組主軸歷次溫控數(shù)據(jù)同比
試驗組的主軸前軸承降溫分別達(dá)到10.8℃和-13.1℃，平均降溫值為-1.15℃。后軸承降溫分別達(dá)到8.9℃和-7.2℃，平均降溫值為0.85℃。
對比組的主軸前軸承降溫分別達(dá)到-17.9℃和1.1℃，平均降溫值為-8.4℃。后軸承降溫分別達(dá)到-11.9℃和-4.3℃，平均降溫值為-8.1℃。
從主軸溫控數(shù)據(jù)的同比可以看出：克魯勃141與F油脂相比，對改善主軸前后軸承的潤滑效果非常明顯，兩組前后軸承的平均降溫的差值達(dá)到7.25℃和8.95℃。
軸承的潤滑效果改善了，能直接反映在溫度數(shù)據(jù)上，一般認(rèn)為，軸承運(yùn)行溫度每降低5℃，其使用壽命能延長一倍以上。將兩種油脂的環(huán)比和同比的對比數(shù)據(jù)，全面展示在下面表5和圖1中。由此可以明顯看出新款K的潤滑效果遠(yuǎn)勝于F油脂。而且還要考慮到前文所述16#機(jī)組的磨損狀況本身更加嚴(yán)重。
表5 新款K相比F油脂在兩組主軸上的降溫效果差異
圖1 新款K相比F油脂的降溫效果差異
二、發(fā)電機(jī)
1、環(huán)比
2018年11月?lián)Q脂后，前后兩月的發(fā)電機(jī)溫控數(shù)據(jù)環(huán)比，匯總整理如下。
表6 機(jī)組發(fā)電機(jī)歷次溫控數(shù)據(jù)環(huán)比
從表6可以看出，總體上前后兩月符合條件的出力次數(shù)大致相當(dāng)，機(jī)艙溫度差固定（4℃左右），由于各機(jī)組的實際運(yùn)行狀況各不相同，不論更換何種新油脂，主軸承的溫控數(shù)據(jù)大體上環(huán)比呈下降趨勢。
試驗組的發(fā)電機(jī)前軸承降溫分別達(dá)到16.0℃和-0.3℃，平均降溫值7.85℃。后軸承降溫分別達(dá)到16.0℃和-0.4℃，平均降溫值為7.8℃。
對比組的發(fā)電機(jī)前軸承降溫分別達(dá)到1.8℃和1.4℃，平均降溫值為1.6℃。后軸承降溫分別達(dá)到1.8℃和1.5℃，平均降溫值為1.65℃。
從發(fā)電機(jī)溫控數(shù)據(jù)的環(huán)比可以看出：新舊款K油脂相比，對改善發(fā)電機(jī)軸承的潤滑效果非常明顯，兩組前后軸承的平均降溫的差值分別達(dá)到6.25℃和6.15℃。
2、同比
表7 機(jī)組發(fā)電機(jī)歷次溫控數(shù)據(jù)同比
從表7可以看出，總體上前后兩年12月的機(jī)艙溫度基本上差不多，由于2018年12月符合條件的出力次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2017年12月，所以即便是4臺機(jī)組全部更換了全新的油脂，發(fā)電機(jī)的溫控數(shù)據(jù)仍然全部呈現(xiàn)同比升高的態(tài)勢，不過不妨礙同時比較。
試驗組的發(fā)電機(jī)前軸承降溫分別達(dá)到-0.9℃和-17.8℃，平均降溫值-9.35℃。后軸承降溫分別達(dá)到-1.5℃和-18.2℃，平均降溫值為-9.85℃。
對比組的發(fā)電機(jī)前軸承降溫分別達(dá)到-22.9℃和-19.9℃，平均降溫值-21.4℃。后軸承降溫分別達(dá)到-23.6℃和-19.8℃，平均降溫值為-21.7℃。
從發(fā)電機(jī)溫控數(shù)據(jù)的同比可以看出：新舊K油脂相比，對改善發(fā)電機(jī)前后軸承的潤滑效果非常明顯，兩組前后軸承的平均降溫的差值達(dá)到12.05℃和11.85℃。
綜上，將兩種油脂的環(huán)比和同比的對比差異數(shù)據(jù)，全面展示在表8和圖2中?？梢悦黠@看出K141油脂的潤滑效果遠(yuǎn)勝于132油脂，這也符合廠家出具的證明文件顯示。
表8 新舊K油脂在兩組發(fā)電機(jī)上的降溫效果差異
圖2 新舊K油脂的降溫效果差異
三、結(jié)論
1、在江蘇某風(fēng)電場某1.5MW機(jī)組加裝試驗了全新的新舊款K以及F油脂，試驗結(jié)果顯示：
1）通過主軸溫控數(shù)據(jù)的對比表明，新款K的潤滑效果遠(yuǎn)勝F油脂；
2）通過發(fā)電機(jī)溫控數(shù)據(jù)的對比表明，新款K的潤滑效果遠(yuǎn)勝舊款K油脂。
2、一般認(rèn)為，軸承運(yùn)行溫度每降低5℃，其使用壽命能延長一倍以上。既然試驗數(shù)據(jù)表明更換性能優(yōu)異的油脂，對降低風(fēng)電機(jī)組軸承溫度以及改善軸承的潤滑效果非常顯著，建議推廣使用，這樣預(yù)期能大幅延長設(shè)備的使用壽命，減少機(jī)組維修費(fèi)用，降低現(xiàn)場人員的相關(guān)運(yùn)維工作量，以及減少相關(guān)的非計劃停機(jī)時間和損失發(fā)電量。
來源：《風(fēng)能產(chǎn)業(yè)》2019.05
作者：江蘇龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司 劉宇濤，師維，胡曉偉，桂旭，章志平
北京科環(huán)新源工程技術(shù)有限公司 金聲超
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