姚林晓 贾梦丽 上官林建

摘 要：风能是可持续的清洁能源，风力发电是风能最直接的应用。风力发电机组最主要的故障来源于磨损，风电润滑技术逐渐成为风电设备研究热点。本文介绍了风电润滑技术的国内外研究现状，通过阐述风电主轴轴承的三种润滑方式和风电密封技术，提出了风电运维方案及未来的发展方向。

关键词：风电技术;轴承润滑;密封技术;风电运维

中图分类号：TH17文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）29-0139-03

Abstract： Wind energy is a sustainable clean energy source， and wind power is the most direct application of wind energy.The main fault of wind turbines comes from wear and tear， and wind power lubrication technology has gradually become a research hotspot for researchers. This paper introduced the domestic and international research status of wind power lubrication technology， and focused on the three lubrication methods and wind power sealing technology of wind power main shaft bearings， put forward the wind power operation and maintenance plan， and looked forward to the future development direction.

Keywords： wind power technology;bearing lubrication;sealing technology;wind power operation and maintenance

随着环境污染和温室气体排放日益严重，风力发电作为有效减缓气候变化、大规模利用风能最经济的方式，得到了世界各国相关人士的高度关注。据统计，风力发电机组在投产后的2～4年是故障高发期，其中80%的机器零件失效归因于磨损，因此，风电润滑技术的研究和发展显得尤为重要。良好的润滑是风电机组安全稳定运行的保障，同时也是降低电力成本的保证。

1 国内外研究现状

欧洲风能协会分析指出，风能领域的最新产品和先进技术主要出现在荷兰、丹麦、西班牙、德国、美国和瑞典等国家[1]。风电行业在我国“十三五”规划、十九大报告提出要建立绿色低碳循环发展的经济体系，构建清洁低碳、安全高效的能源体系等国家政策的支持下也在不断发展。风电润滑技术是延长风电机组寿命的关键技术。作为风电机组最主要的润滑对象，风电轴承本身的选择也很重要。目前，国外领先的风电配套轴承研发机构主要有：瑞典SKF公司、德国RotheErde公司和FAG公司等[2]。国内外常用的风电主轴轴承主要有双排調心轴承、三排圆柱滚子轴承、单支撑双列圆锥滚子轴承和双支撑单列圆锥滚子轴承等。其中，双列圆锥滚子轴承是风电主轴轴承最理想的选择[1]。荷兰科学家J.Frenken早在2004年就已经在实验上首次证实了超润滑的存在。经过数十年的发展，室温条件下的从微米到厘米尺度的超润滑和微米尺度的高速超润滑在实验上已经实现[3]。在我国，广州机械院早在20世纪80年代初期就已经开始了机械设备润滑、磨损状态检测以及故障诊断技术应用方面的研究。目前，这些技术已经较为成熟，为国内众多风电企业提供了有力的技术支持[4]。风电润滑市场不再只依赖于外资润滑品牌，目前我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场。

2 风电润滑技术研究

风电机组的一般润滑点包括主增速齿轮箱、偏航系统开式齿轮、偏航回转支撑轴承、变浆回转支撑轴承、主轴轴承、发电机轴承等润滑部位。风力发电机组齿轮箱的润滑大部分采用油润滑，而风机主轴、偏航系统、变桨系统及发电机等重要部件的各轴承、齿轮的润滑多采用脂润滑。正是由于主轴轴承同时承受径向载荷和轴向载荷，对润滑脂的抗重载、抗剪切能力要求会更高，考虑到风电机组工作环境恶劣，南北方冬夏温差大，同时还要求润滑脂应具有良好的黏度性能，以保证主轴轴承工作时润滑脂的高温使用性能和低温启动性能。本文通过介绍主轴润滑方式和密封方式以了解国内外风电机组主轴轴承的润滑技术研究现状。风电主轴承润滑脂特性见图1。

2.1 主轴轴承润滑方式

主轴轴承是风电机组核心部件的支撑，同时承受着径向载荷和轴向载荷，在运行过程中出现摩擦磨损的概率较大，因此，该部位的有效润滑是风电机组稳定运行的关键。正确的润滑方式能降低风电机组的故障率，延长其使用寿命。目前，主轴润滑的主要润滑方式有集中润滑、油雾润滑和油气润滑。

风电机组的集中润滑系统已由早期的递进式分配器结构发展为单线式分配器结构，单线式分配器结构为全并联式结构，即使有单个润滑点管道阻塞，也不会影响其他润滑点正常工作。其可通过监控系统快速有效地检查润滑部位的润滑状态，并且可以根据各润滑点的实际工况需要，单独调整每个润滑点的供油量，保证各润滑点准确润滑，不仅提高了润滑系统的可靠性，而且检修方便。集中润滑系统解决了人工注油难度大、效率低、维护难的问题。

油雾润滑是利用气液两相流体混合形成的雾状射流喷射到润滑区，通过形成的气液两相膜隔开相对运动的表面，起到有效的润滑作用。由于气流速度很高，液体速度低，两者相遇后液体在强烈的撞击下破碎成雾状的液滴，油雾随压缩空气到达所有需要润滑的部位，能实现良好的均匀润滑。油雾润滑不仅降低了润滑油的消耗量，在气压的作用下也可以起到良好的密封作用。与此同时，压缩空气顺便带走了摩擦热，降低了工作温度。因此，油雾润滑是润滑技术的一大进步，大大提高了润滑效果，降低了润滑成本。

油气润滑是利用可控的分配器使气液两相流体按一定比例混合，应用定量活塞式分配器，每隔一定时间将微量的润滑油送至压缩空气的管路中，并连续稳定地输送到润滑区，实现定时定量有效的润滑。滚动轴承采用油气润滑时，在高温高速等各种恶劣工况下都能保证其充分润滑。油气润滑不仅具有油雾润滑的所有优点，而且油液不需要雾化，因此，油气润滑系统就能输送各种黏度的润滑油，应用范围更广泛。也正是由于油液没有被雾化，所以排放出来的气体对环境没有污染，而且压缩空气可以冷却、密封轴承。可见，油气润滑是一种更为理想的新型绿色润滑技术。青岛理工大学刘牧原的团队设计了一种新型导流式油气润滑喷嘴，该导流式喷嘴将细纤维丝作为导流体引导润滑油滴的流动[5]。与普通针形喷嘴对比，新型导流式油气润滑喷嘴有射流横截面积更小、油滴分布更均匀、出口气流速度更快、穿透轴承气障的能力更强、空气利用率更高等优点。

2.2 润滑密封技术

风机轴承一般采用迷宫密封、填料密封和骨架油封的密封形式。但这些密封并不完全可靠。目前，有专利在一些场合解决了泄漏问题。例如：日本世晃产业株式会社提出的一种罗茨鼓风机的油密封装置，解决了驱动室内的润滑油泄漏问题;沈阳鼓风机通风设备有限责任公司提出的稀油润滑轴承箱的密封组件，解决了大尺寸轴承箱润滑油外泄的问题等[6]。目前，风电机组依然面临着润滑系统易堵、轴承内腔易堵、轴承密封易泄漏的问题。为了改善风电机组的密封状况，风电主轴承需要具备以下密封特性：低摩擦、防污染、低磨损、适合较宽的温度范围和转速范围，且与润滑脂兼容。轴的位移或挠曲会导致在密封及其运行表面上接触应力降低、密封缝隙和漏脂的风险，因此合适的密封尺寸非常重要。此外，风电机组还采用主动式废油收集系统，让油脂流动起来，避免废旧油脂在轴承腔内沉积皂化，涨破轴封而漏油。

3 风电运维

润滑系统的维护是风电机组定维工作的重点。风电机组的寿命主要受风速、风向、温度、湿度、地理位置等物理因素的影响，润滑系统应能依据主轴转速或转数对主轴轴承注油周期和注油量自动调节，可有效节约油脂，避免产生过润滑。目前，风电机组运维主要由开发商、主机制造商、专业运维服务商和零散队伍四个团队来完成。风电运维相关岗位较多，从事人员较多，所以，风电润滑的优化管理应主要从人员管理上着手，对每位相关岗位的工作人员进行专业的技术培训，并定期考核，以保证从每一个细节上提供专业的服务。风电运维还应从运行角度，定期巡视巡检;在操作规程上，细化操作规范，提高规范的可操作性;进行定期的油脂化验;合理安装风机监测系统，将润滑系统监控、振动监控与主控系统中温度的监控有效结合，实现风电机组从定检定维到按照需要有针对地维护。通过智能化控制和判断，提高风电机组运行的稳定性和可靠性，降低运维成本，有效提高风场维护工作的效果，延长风电机组使用寿命。

4 展望

风电润滑技术的不断突破必将使风电行业的发展迈上新的台阶。相关研究表明，纳米润滑材料是一种具有高扩散性、熔点低、比表面积大等特性的新型润滑材料，研发新型的风电设备可以在润滑油中添加纳米润滑材料，以提高润滑性能和承载能力。纳米技术与分子技术的结合有希望实现“超润滑”。我国风力资源极为丰富，有了国家的重视和政策的支持，作为主要可再生能源的风力发电行业，也必将有广阔的发展前景。研制高可靠性、高效率、适用于我国国情的风电润滑技术是目前的研究重点。

5 结语

风电润滑主要从润滑脂性能、润滑方式、密封技术和风电运维四个方面开展工作，实现润滑技术的突破。风电润滑技术正朝着高效率、长寿命、低成本、绿色无污染的方向发展。只有不断提高润滑质量和润滑效率，才能满足风电润滑市场的大规模需要。

参考文献：

[1]吴仲理，严循进，卢仕维.风电技术的发展现状及应用[J].产业与科技论坛，2015（24）：60，62.

[2]王亚彪.兆瓦级风机双列圆锥滚子主轴轴承摩擦性能研究[D].大连：大连理工大学，2016.

[3]Dienwiebel M，Verhoeven G S，Pradeep N，et al. Superlubricity of Graphite[J].Physical Review Letters，2004（12）：126101.

[4]陳闽杰，钟龙风，贺石中.风电机组的润滑磨损状态监测与视情维护[C]//全国青年摩擦学与表面工程学术会议.2011.

[5]刘牧原，郭峰，焦一航，等.一种新型导流式油气润滑喷嘴[J].中国工程机械，2018（6）：1284-1288.

[6]侯红梅.风机润滑技术现状及发展趋势[J].动力传动与控制，2015（9）：35-38.