bet188体育官网app下注风力涡轮机使用相同类型的机械部件和其他机械系统——轴承、齿轮和驱动轴,但它们的大小,操作条件和环境带来了许多的挑战没有观察到,说,汽车行业。风力发电厂通常是在偏远地区,例如,制造厂和维护人员。
新涡轮机正逐渐变得更大,由此产生的高负荷,主轴轴承并不少见,直径2 - 3米(见图1),和一些最大的主轴轴承直径6米。最大的涡轮机叶片的物理限制最大速度技巧确定旋转中心的速度慢得多。
全球工程经理Arnoud Reininga SKF集团能源产业,指出目前最大的风力涡轮机转子直径220米。bet188体育官网app下注对于这些涡轮机,他说如果10 RPM的主轴旋转,叶片旋转的建议超过100 m / s。(在地面,空气中的声速大约是340米/秒)。风力涡轮bet188体育官网app下注机的主轴承负责高效的低速旋转的能量转移到变速箱,哪些步骤的转速发电机发电。
独特的挑战
因为风力涡轮机操作涉及低转速、高负载,振动,在其他行业和其他因素不常见,一定穿模式不常见其他地方(例如,micropitting、担忧和white-etching裂缝)可以为风力涡轮机提供重要的耐用性和可靠性问题。bet188体育官网app下注其他问题是常见的许多应用程序,包括腐蚀和生锈,粘度变化,机械剪切、低温操作,并确保在启动和停止条件下足够的润滑。
虽然做了大量工作来提高风力涡轮机变速箱润滑油,相对较少的工作集中在油脂。[1]油脂保持转子总成,俯仰和偏航控制机制,电机轴承、和发电机轴轴承平稳运行在一个广泛的风力条件、周围环境和温度(40°C到80°C)。风力涡轮机叶片组的重量主要轴承支持,和他们必须在高负载和高扭矩(参见图2)。主轴承的旋转速度慢可以加速磨损,和突然的风的速度和方向的变化可以引入冲击加载。
主要承受轴向推力轴承也从风叶片,但这个推力的大小没有量化,STLE成员加雷斯博士说鱼,技术的工业和技术经理添加剂和油脂Lubrizol corp .)的某些类型的磨损,如白色腐蚀裂纹,在高速轴承和齿轮在风力涡轮机变速箱而不是通常在缓慢移动的主要轴承。(2、3)
道格·卢卡斯,一个先进的工程技术专家与轴承制造商,铁姆肯公司有限公司解释轴承设计的重要性在高负载应用程序像风力涡轮机主要轴承在最近的一篇文章中。bet188体育官网app下注[4]在文章中,他说一个设计良好的轴承使用寿命更长,因为减少压力和轴承温度。适量的轴承间隙保证辊之间的正常负载共享,防止偏差,边缘载荷和滑动破坏。
卢卡斯指出圆锥滚子轴承(民国)开始取代球面滚子轴承(SRB)为主轴的应用程序,尤其是在大型海上风力涡轮机。bet188体育官网app下注因为锥形轴承可以更好地支持高推力和径向载荷,可以使用更小的锥形滚柱轴承,可以站起来恶劣的条件和不可预测的风速和风向的变化。然而,应用程序的具体要求选择合适的轴承设计至关重要,他补充道。
民国经验滑动部队在肋骨和辊之间的接口,他们需要不同的油脂配方比固体助推器,鱼说。到目前为止,没有行业标准规范测试固体助推器,这使得这些轴承润滑脂的发展困难。标准化性能测试存在的交通研究,以及与现有台式测试(针入度、生锈和磨损测试四球测试,等等),可以用来为俯仰和偏航轴承开发油脂,但是需要做更多的工作来扩展这些主要用于轴承、鱼说。[1]
振动会导致磨损,说乔Kaperick STLE成员,高级研发顾问为油脂Afton NLGI的化学和过去的总统。Kaperick建议他的客户——油脂制造企业对添加剂为特定的性能规格。
而穿,他说,尤其一个问题,当一个涡轮机已经停止维护或在大风中,由于润滑剂通过轴承不能正常循环。此外,风力涡轮机通常运作的速度和温度往往没有高到足以激活典型耐特高压(EP)和抗磨损添加剂,构bet188体育官网app下注成特别关注关于预防担忧。发现添加剂,在这些条件下很好地工作是很困难的,他说,因为缺乏大型测试平台和困难进行田间试验。
“这可能是最大的挑战,”Kaperick说。
失败的成本高
通常,轴承制造商将提供脱脂轴承原始设备制造商(OEM),和OEM选择润滑脂(或油脂)为整个组装。不同类型的轴承在不同负载下运行速度不同,从而使不同需求的润滑剂。然而,维护更容易,更容易避免错误,如果只有少数类型的油脂。
“你看相当高水平的标准化风力涡轮机市场的油脂,它是相当保守的市场,“Reininga说。
他指出风力涡轮机的bet188体育官网app下注预期使用寿命20年或更长,与趋势向25或者30年,这对使用寿命测试提出了一个重大的挑战。典型的加速磨损测试程序,如使用高负载或更高的旋转速度,变化的运动学和可能不给一个准确的估计使用寿命。
Pre-greasing轴承在运输之前有助于防止汽轮机装配位置错误的布氏硬度试验的详细信息和滚动元素在运输期间,鱼说。安装位置,给出了轴承润滑脂的另一个应用程序。
Relubrication操作是典型的每六个月后,虽然制造商正在努力尽可能延长维修间隔。oem厂商通常10 - 20年的保证对其产品问题,鱼说,保证指定relubrication润滑脂用于给定的部分或应用程序。这个规范是基于广泛的测试,以确保油能满足性能规范。保修期后,操作员可以使用其他产品,价格往往成为一个驱动因素。
“过早失效的轴承或齿轮可以成本约100000美元,不包括停机时间,”博士说STLE成员Tabassumul Haque,全球技术赞助商在埃克森美孚工业润滑油和油脂。来防止此类故障,公司的油脂配方和制造研发组与内部基本面研究小组和关键设备工程师开发新油脂。该组织还与行业合作伙伴和润滑脂行业协会制定的规范。
STLE成员亚伦•格列柯博士指出的成本起重机更换齿轮箱或主轴承的陆基涡轮机可以运行超过100000美元一天。费用可能会更高,涡轮机在海洋里操作,维修人员必须面对风浪,他说。
希腊的组长界面力学和材料和应用材料部门的风能项目经理阿贡国家实验室。他的工作,这是由美国能源部风能技术办公室,包括风力涡轮机动力传动系统可靠性和材料和质量问题。他的团队正在研究油脂润滑剂主要轴承和轴承,着眼于防止过早失效的零件。
像其他涡轮组件、主轴承接触广泛的温度和大气中灰尘或盐雾的影响。
“很多这些离岸风力涡轮机是10或bet188体育官网app下注20英里,”不断暴露于盐雾,Kaperick说。然而,润滑剂的成本就可以超过5000美元为一个完整的排水,冲洗,并填补中型涡轮机,不包括机组人员的成本,设备和运输。[5]“你不想出去,每六个月改变油脂。你想让它尽可能长时间,所以你想要长寿;你想要的腐蚀保护;你想要保护水环境”。
预测性能
STLE成员埃•卢格特曾博士发展模型,预测脂润滑轴承的性能,这有助于机械操作员知道何时安排维护操作。卢格特曾是SKF集团研究中心的资深科学家和教授tribology-based维护荷兰特文特大学的。性能取决于轴承的设计,使用它的应用程序,和润滑脂的配方,以及这些因素之间的相互作用,他说。他指出,润滑脂油是80%至90%,剩下的是增稠剂和添加剂。然而,用于润滑的油量相对较小,所以油脂高效地工作。
润滑脂的主要因素是形成润滑膜之间的接触表面,保持一个适当的膜厚度。这并不阻止疲劳失效,但它确实减少或防止由于磨损故障。“一开始,你可能有一个非常厚膜,和一切都很好,工作“卢格特曾说过。通常,在滚动体轴承、基础油蒸发随着时间的推移,氧化,被污染,或泄漏的轴承。因此,大量的油和润滑油脂的整体变化的服务。
“我们试图预测是如何的润滑质量变化作为时间的函数,”他说。
卢格特曾说过,因为油脂是一种半固体材料,其粘弹性性质介于固体和液体。轴承运行期间,润滑脂的轴承驱动,然后回来,这个循环生产和剪切机润滑脂。石油出血提供润滑油脂的接触面积。流血的过程非常缓慢,他说,所以润滑剂饲料之间的平衡(石油出血)和损失(例如,从蒸发或泄漏)保持相对稳定。
微观流很大程度上取决于润滑脂的流变学,卢格特曾说过,这可能会随着时间而改变,因为大型剪切力的油脂,可以打破皂稠化剂的结构(见图3)。
润滑脂的流量剖面随时间取决于润滑脂的初始属性和轴承的几何形状,影响的类型和大小的负载油脂接触。
“我们知道很多关于传统的小轴承、润滑机制”卢格特曾说过。“更大的轴承,它变得越来越棘手。“重力起着重要作用的大量典型的风力涡轮机主轴承所需的油脂。
“如果你有一个非常小的轴承,那么很容易粘在笼子里,因为体积非常小,”他说。“如果你现在有一个非常大的轴承,然后(油脂)将滴完。”油脂少移动在较小的轴承,它往往会形成水库,影响润滑油的补充接触面积。
卢格特曾说,即使油脂更移动较大的轴承,在轴承的油脂被推到双方在操作过程中,石油的距离旅行回到了接触面积大得多。在许多风力涡轮机bet188体育官网app下注,变速箱主轴的旋转缓慢转换为所需的速度旋转发电(参见图4)。
在发电机轴承需要少粘性油脂配方,因为运营速度越快,和变速箱油润滑,Reininga说。球轴承,调整叶片的角度对主轴根据风向,一般生产小型振荡,这需要油脂与另一组属性。
不像汽车,经常启动和停止,花长时间不动,持续风力涡轮机或多或少都在运动,Reininga指出,启动和停止仍是个问题。bet188体育官网app下注
“这取决于你的位置,起始条件非常困难,”他说。“如果你在阿拉斯加的冬天,你必须停止(涡轮机),有一个非常寒冷的条件,并且有很多影响润滑脂的起始条件。”
一般来说,除非你是做紧急停止风暴,所涉及的惯性工作量使启动和停止风力涡轮机比汽车更循序渐进,根据Reininga。bet188体育官网app下注
完全停止后,水动力作用停止,润滑膜厚度趋于零。同时,系统冷却,所以重新开始是困难的,卢格特曾说过。在寒冷的气候条件下,油脂可能低于其最低工作温度降温,使它太硬,以防止损坏轴承涡轮时重新启动。
“在北极的条件下,这是一个标准的选择油脂对于这样一个应用程序,”他说。
Micropitting和油脂的电影
希腊指出,虽然主轴承失效机制仍不完全清楚,micropitting,一种表面疲劳失效在循环加载条件下,是最常见的磨损模式,导致早期失效。这种类型的高度本地化的损害可以增加支承辊的内部间隙和详细信息,产生边缘应力,最终导致macropitting和失败。[6]
Micropitting更常见风能行业的其他领域。虽然并不完全理解的原因,有几个因素。相比之下,说,汽车车辆、大型商用风力涡轮机设计为连续运行20年。bet188体育官网app下注风驱动涡轮机不同振幅,方向,和风味。水(包括盐水)、污垢和磨屑的污染物可以通过化学反应加速磨损或磨损。缓慢的旋转速度会导致高摩擦和润滑膜的厚度的减少。的频率和持续时间在轴承的责任周期的不同阶段开始,行动,停止,空载时期也因素。[6]
Micropitting在齿轮研究,石油润滑油开发来防止这种类型的失败,Haque说。micropitting的原因是主要的脂润滑轴承鲜为人知,他补充说,并指出油脂配方来解决这一问题在经济发展的早期阶段。尽管行业标准测试和OEM规范覆盖广泛的风力涡轮机主要轴承和润滑油的性能属性,没有与FZG FVA 54齿轮油测试,可以防止micropitting量化油脂的能力。
Haque引用几个潜在原因的micropitting轴承进行调查,包括高装载时,微裂纹开启由压力施加润滑剂的电影,和化学应力腐蚀。一些润滑剂组件可以加速micropitting,而是正确的制定保护表面。仔细选择添加剂可以形成tribofilms在边界润滑条件下,阻碍微裂纹形成和抚平摩擦学的联系人。
一些运营商试图使用一个非常润滑膜厚保持接触表面分离,Haque说,但是很厚,粘性电影经历大量的机械剪切,可以产生热量,剪切稀化和氧化问题。
“我们需要保持一致的整个润滑油膜厚度在任何给定的条件下的生活,”他说。
构建一些人使用非常高粘度基础油提供润滑膜厚,卢格特曾说过,但他的小组的研究表明,在极低的速度,电影比预期的更厚。他将此归因于润滑脂稠化剂的贡献,除了基础油,薄膜的厚度。[7,8]增稠剂的贡献有所减少油脂的年龄,和剪切力分解皂纤维结构,但有些增稠剂总是接触面积。[9](见图5)
为风力涡轮机轴承润滑脂的配方
确保润滑系统的目的是需要输入从几个来源,Kaperick说。反复出现的问题很快就变得昂贵,因此制造商添加剂,油脂,和设备可能在在某种程度上被称为协助风电场运营商,尤其是对系统仍在保修期内。Kaperick指出,添加剂制造商通过与oem合作可以帮助确定原因和润滑油供应商,有时推荐添加剂等具体问题的解决方案micropitting或担忧。涡轮,代表了数百万美元的投资,一部分失败的根源是值得的投资。
Haque指出他的公司制定的策略是使用润滑剂配方平衡方法对预防失败和最大化润滑剂。尽管一些润滑脂制造商最大化性能使产品在一些特定领域(例如,承载能力),Haque和他的同事们优化性能广泛的特点,建立一个窗口包含特征的最佳组合。因此,他们考虑诸如摩擦、磨损、腐蚀、石油流血,剪切稳定性、低温流,增稠剂结构、弹流润滑膜厚度(EHL)在宽速度范围,和许多更多。
弹流润滑是什么?
弹流润滑(EHL)发生在接触面积足够高的压力改变表面的形状,这大大改变了形状和厚度的润滑膜接触。这种弹性变形,再加上的驱使增加润滑剂粘度,提高了水动力作用的水平。EHL电影,通常小于一微米厚,是主要的润滑机制non-conformal接触中常见的风力涡轮机轴承和齿轮。
EHL电影取决于润滑剂粘度、速度和负载。Ball-on-disc测试,使用一个相机和干涉法测量当地的膜厚度,是用来测量EHL油的性能,Haque说。很难确定EHL油脂,因为接触几何和油脂的一致性变化很难引入并保持适量的油脂接触。
估计润滑油膜厚度的一种方法是单独测试基础油,然后应用“饥饿因素”估计相应的膜厚度使用基础油润滑脂。
EHL电影更有效在低速下,瞬态加载、起停情况下,饿死润滑剂的接触面积。防止轴承磨损在这种情况下需要使用表面处理(包括润滑油添加剂)和涂料。然而,添加剂必须认真选择。
“一些添加剂,形成片状保护薄膜,能促进疲劳磨损,包括micropitting、“Haque说。许多oem super-finish轴承表面或使用涂料如DLC最小化局部应力由摩擦引起的,但这些方法可以是相当昂贵的。[10]油脂提供最佳EHL电影和优秀的表面保护在饥饿条件下似乎是最实用和有效的方法来解决主轴承micropitting失败,根据Haque。
“如果你照顾承载能力增加粘度和EHL膜厚度,它可以创建其他问题,如高摩擦,热生成,和能量损失,“Haque说。“然后,如果你考虑使用高增稠剂内容或聚合物膜厚度增加,你可能对低温性能造成负面影响。”
他补充说,实现平衡性能需要一个广泛的测试,以确保制定落范围内优化的一系列属性。
“你不能仅仅选择一个性能指标,然后牺牲别人,“Haque说。
选择最优基础油粘度基于轴承设计和操作条件尤为重要,他说。低温也担心因为系统循环油可以接近环境温度(可低至零下50°C高纬度地区),即使轴承内部的工作温度是温暖足以在规范。
一些油脂配方依靠聚合物和增稠剂提供一种更健壮的和厚EHL膜厚度,提高承载能力。Haque提到他和他的同事们避免这种方法,因为用这种方式提高膜厚度可以干扰油脂的能力释放石油在操作过程中,也伤害了低温属性。他公司的配方让增稠剂和石油做各自的工作而不是执行多种功能。
高性能多用途油脂通常用于润滑主轴轴承在风力涡轮机,Kaperick说。bet188体育官网app下注这些油脂必须可用泵抽吸的,他们必须使用基础油粘度的概要文件,使他们能在很大的温度范围内提供有效润滑。固体颗粒污染物如尘埃可以磨损金属表面,但油脂可以提供了一个屏障,以及过滤系统和密封工作,他说。
卢格特曾说,油脂也必须抵抗水污染,包括凝结在寒冷的温度下。
风力涡轮机变速箱油和润滑油脂等经常使用合成基础油有关,和一些制造商制定PAO-based专为主要轴承油脂。虽然这些油脂更贵,一个配方添加剂和增稠剂等因素兼容性考虑可以省钱,延长维护周期。鱼指出,然而,low-polarity PAO基础油可以与更多的极地锂皂油脂,不兼容,需要使用更高的增稠剂内容或结构修饰符来防止石油流血过多。解决这个问题的一个方法是使用基础油相结合的PAO极地石油更像一个烷基化萘,导致一个更好的润滑脂结构。[1]一些规范不允许,他补充说,烷基化萘增加的成本完成油脂。
鱼还指出oem写油脂规范他们的轴承有时不能把知识用知识油脂如何执行特定于风力涡轮机操作。bet188体育官网app下注
“你必须通过规范进入田间试验,然后当你得到(油脂)到现场试验,然后找出如果他们真的工作,”他说。通常,通过规范的油脂在田间试验失败,但它不是因为油脂不执行如预期,但因为规格不匹配。
例如,一个风力涡轮机规范要求的锂复bet188体育官网app下注合润滑脂滴点很高,鱼说。滴点是一个质量控制的测试来决定是否增稠剂系统已经正确,他说。但是,在某些油脂规格,它是作为仲裁者的高温性能,即使文档测试方法显然状态测试不是为了这个目的。使用滴点作为规范的倾斜增稠剂的选择对高温热稳定锂复合增稠剂体系。
这种类型的增稠剂,确保性能高达150°C,即使主轴承的工作温度不超过80°C,鱼说。如果oem厂商没有这个要求,他们可能会使用soap或钙锂润滑脂稠化磺酸盐,但多数规范需要锂复合润滑脂,这需要一个更集中的氢氧化锂生产解决方案。
这可以提高油的成本,尤其是当锂的价格波动,就像在2016年和2017年。[11]
对于任何油脂配方,某些权衡优化整体性能。完成了润滑脂必须通过测试包括石油流血,防锈性能,担忧,耐水,和Riffel测试,鱼说,所有这些需要不同的添加剂。然而,过多的防锈剂可以导致油脂担忧考试不及格,和过多的anti-fretting添加剂可以干扰防锈。
同时,现在的情况是,油脂规范海上和陆上风力涡轮机应用程序类似,但两个环境存在不同的问题。例如,海上涡轮机需要更高层次的比陆基涡轮机防止生锈和腐蚀。
“基本上,规格都写在最糟糕的情况下,不一定适合实际的应用程序中,”他说。
NLGI预计将发布一个新的高性能多用途润滑脂(HPM)规范2021年1月。新规范涵盖了油脂,提供更高的性能比现有的GC-LB汽车润滑脂规范。它还包括特征通常所需的风力涡轮机,包括水和耐腐蚀、低温性能和高负载条件下的性能。bet188体育官网app下注[12]
“我不能说任何的新规范将直接与风力涡轮机油脂、“Kaperick说,但引用符合新规范可以促进油脂生产和OEM之间的对话。他补充说,oem厂商可能会运行额外的内部测试地址更具体的性能特征。“如果你有这个核心性能,每个人都可以接受,这是一个很好的起点。”
凳子、钻井平台、和现场测试
油脂开发人员所面临的一个挑战和oem厂商都是翻译润滑脂性能标准测试条件下的预测性能。例如,许多常见的轴承测试不太相关的风力涡轮机主轴承。
做一个真正的寿命测试,最好是15或更大尺寸轴承需要测试,卢格特曾说,目前不实际的。典型测试涉及小轴承,可能有不同的全面轴承的磨损机制。
“所以,推断是非常危险的,严格来说,你不应该这样做,当然,”他说。“升级是一个话题,需要更多的关注。”
一个重要的问题是理解加载,鱼说。“你有风叶片,然后旋转,”他说。“然后你让风切变和其他影响,不同的加载和倾斜。只有最近他们在操作和仪器的风力涡轮机可以测量瞬态加载”。bet188体育官网app下注
他说,在没有测量,假设是什么轴承上的载荷。如果负载的基本假设是错误的,工程师可以指定轴承太大或太小。扩界轴承确保他们可以支持负载,这是经常做的,但是这一做法也增加成本和重量,他说。低估轴承可能导致过早失效。一次加载的定量知识是可用的,工程师可以大小和设计适合于轴承的应用。
“我们做很多检查组件的领域,试图确定失效机理是什么,我们能,(确定)的根本原因,“希腊说。“很多时候这些东西所以遭受重创,很难看到失败的开始。”(参见图6)
这些检查可以涉及光学和电子显微镜的横截面——有时高能x射线microtomography确定类型的磨损和疲劳裂纹在不同条件下发生的。他们也尝试复制失败机制在实验室控制条件下使用台式测试方法,以了解这些失败的根源。“(这)也给了我们一个平台来测试新油脂或涂层新材料技术。人们希望减轻这些失败,以加速的方式做这件事。”
希腊说很少有实验室测试设备为全尺寸的轴承、和测试方面的规模是昂贵的时间和金钱。台式的规模,他们可以更多的接触周期运行,每小时一百万周期的上行。
“如果你观察诱导相同数量的周期主轴承的接触,你必须把整个大质量得更快,”他说。“物理开始对你不利。”
他指出他的实验室能够实施一系列的接触条件和加载复制瞬态极端。他们可以改变这些因素独立确定失败的来源。
通常,他的实验室必须设计自己的测试方法,因为当前的ASTM标准测试不是特定于风力涡轮机遇到的条件。bet188体育官网app下注润滑脂制造商通常规格的产品列表的基础上,这些油脂通过标准测试,但测试的条件可能不是预测的性能。
希腊的小组正致力于开发测试方法,允许用户比较各种油脂配方和排名他们什么他们会在现场条件下的表现。他们正在考虑因素不典型代表的标准测试可以加速micropitting早期故障和引起磨损模式。很难量化的其他失效模式包括假测布氏硬度(小振荡造成的担忧或振动)和白色电加速腐蚀裂纹。[13]
Haque说他的实验室使用相同类型的平衡的方法来测试它的油脂配方,它使用在发展中配方。各种各样的板凳和钻井平台测试用于确定其油脂配方确保配方的特点可以提供最佳性能在很大范围内的属性。尽管长椅和钻机规模测试可能不完全符合条件,测试的结合使他们信心成功表现。后制定通过了一系列标准测试,它移动到一组builder-specific测试,其次是up-tower实地试验。
“我们所做的很多性能测试从添加剂的角度来看,“Kaperick说。“通常,我们的客户将有一个好主意的油thickener-base油脂的类型组合,他们想把风力涡轮机。bet188体育官网app下注他们会给我们这个基润滑脂添加剂。然后我们将additize润滑脂,在我们实验室做测试以确保它是正确的标准工业测试,客户认为将确保这是定制应用程序中。”
这种测试可能包括EMCOR生锈,固体润滑剂EP或磨损,磨损,结构稳定性或其他台测试旨在预测润滑脂性能对重要属性。他并不总是知道结束应用程序——特别是如果油脂用于多种目的,所以重点是描述润滑脂的性能标准的基准。
“标准实验室测试会告诉你这配方效果最好的条件下测试,但它并不总是简单的性能测试结果转化为预测领域;你不能运行现场试验每一个配方,”Kaperick说。“我们不是要把三个配方中,他们三个风力涡轮机三年或他们如何持续多久。”bet188体育官网app下注
为此,他们依靠部件和设备制造商,做平台测试,通常使用自己的测试方法,有记录的经验与操作条件下各种系统执行。
Kaperick说Riffel测试模拟担心可能发生由于振动在高负载下的盐水,可以更好地预测担心,可以发生在一个风力涡轮机应用程序。然而,测试不是广泛使用,只有几个测试平台目前存在,所以很难屏幕油脂经常用它。
然而,“它没有意义有Riffel测试主轴承(油脂)规范,“鱼说。Riffel测试,轴承垂直举行液压机,它不包含旋转。这种情况是典型的沥青或偏航轴承、经验主要振荡或振动运动。主要轴承安装水平,旋转风。Riffel测试不占油脂夹带到接触区域在主轴承旋转,他说,并指出残余油脂被压缩到赛道,这有助于润滑。
oem有时包括其他要求在他们的主轴承润滑脂规范,不直接相关的典型操作条件,鱼说。例如,一个风力涡轮机制造商需要油脂通过FE9测试(DIN 51821),它使用一个小角接触轴承而非球形和锥形辊典型的风力涡轮机主轴承。FE9测试运行在6000 RPM,温度为120°C。
然而,小型风力发电机主轴轴承运行的bet188体育官网app下注速度60 RPM,和更大的涡轮机轴旋转的更慢。发动机舱内的温度很少,如果有的话,超过80°C。的最大基础油粘度适合FE9测试是ISO 220 VG,鱼说,但多数风力涡轮机需要ISO VG 460主要油脂来支持大负荷下缓慢的旋转速度。bet188体育官网app下注51819年或佣金测试(DN)意味着更大的轴承,它可以运行在7.5 RPM或75 RPM。这个测试可用于轴承严重低速加载条件下,更在风力涡轮机条件密切相关。bet188体育官网app下注一些油脂规范要求FE9测试和或佣金。
大多数标准测试使用系统相当恒定负载,而是因为一个风力涡轮机的叶片旋转根据风向,轴承上的载荷接触并不完全。bet188体育官网app下注随着狂风造成的脉冲,使负载计算,鱼说,这反过来,为开发油脂规范带来了困难。
数据输入模型
性能预测来自理论模型的组合,测试结果在较小的轴承、功能测试在全尺寸的轴承和野外观察从应用程序工程师,卢格特曾说,仍有需要解决的知识空白。当前研究重点领域包括流属性变化的方式作为油脂机械工作,年龄和经历更好的表征润滑脂的油流血和电影在饥饿条件下形成。
这些模型的输入来自各种来源,包括数据从SKF斯文Wingquist测试中心在巴黎,德国,开业于2017年。最大的试验台在这个中心提供轴承的外径大6米,以及完整的轴承组件(参见图7)。2020年9月,SKF大学技术中心,SKF和特文特大学之间的合作,开放。本中心专注于研究油脂润滑的滚动轴承,它将允许工业和学术研究人员共享实验室资源,相互作用。
不确定性影响另一个领域的研究,虽然还不清楚这在较大的轴承产生影响有多大。卢格特曾说过,“一切都是非线性的。”“油脂润滑实际上是一个混乱的过程;小扰动产生很大的影响。“例如,研究表明,在较小的轴承几乎是不可能的填充润滑脂的轴承两次完全相同的方式,他说。
非常明显的一个问题,在较大的轴承是轴承后的油脂流动已经满了。需要更好地理解这个流,Reininga说,以确保一致性的可用性的润滑剂接触区域。在轴承实际上是一个三相流问题,涉及航空、油脂、油脂和油分离。润滑膜可能几微米厚,但轴承组件的米。建模这些系统需要将物理和化学在广泛的范围内,使用高性能计算资源。
涡轮机和油脂的趋势
除了解决复杂的流动问题,卢格特曾和他的同事们正试图减少这方面的知识应用到实际工程规则,使用简单的方程,将最相关的参数和关系。更好的模型可以帮助轮机操作优化的润滑脂使用——足以提供可靠的性能,而不需要使用过量作为一种“保险”反对过早失效。这可能是有用的,新型风力涡轮机,尤其是最大的,使用自动补货系统而不是依bet188体育官网app下注靠每年两次服务调用维护技术员,他说。
然而,大多数的进步在这个领域是现有技术的改进而不是革命性的改变在油脂配方,根据卢格特曾。
Kaperick说,随着风力发电越来越主流,为风力涡轮机润滑脂添加剂的需求也在不断增加。“二十年前,你也许会卖给一个鼓添加剂的应用程序,因为没有很多人,”他说。“现在,这绝对是主流。人知道你在说什么,而且我认为润滑脂制造商想出油脂专门销售向这些地区。”
尽管大多数当前的需求涉及到标准类型的添加剂已经成立于市场,添加剂供应商继续提出创新的解决方案,例如新组件或纳米粒子添加剂来解决特定的挑战,预计一天节省维护和修理证明额外的费用。Kaperick指出,使用更好的润滑剂可以比投资更经济更昂贵的轴承。在某些情况下,然而,使用持久轴承陶瓷等材料可以延长寿命,同时需要更少的润滑。
随着越来越多的涡轮机来保证,他说,运营商可能更适合用新的替换零件和润滑油或他们可能会恢复到更可靠的解决方案来降低失败的风险。
风能业务也开始看起来更穿戴防护涂料作为一种增加间隔的维护和维修。在最近的一篇文章中,卢卡斯和他的同事Vikram Bedekar讨论使用保护膜防止steel-to-steel接触,几乎所有bearing-related问题引发的风力涡轮机。bet188体育官网app下注[14]这个问题变得更严重和更昂贵的风力涡轮机变得更大,产生更多的力量。bet188体育官网app下注在过去的十年里,他们报道物理气相沉积(PVD)涂料,如碳化钨开始进入市场。PVD涂层上支承辊提供一个困难,non-steel表面减小摩擦辊和钢铁之间的水沟,即使在极端负载。
他们引用的例子1.5 mw风力涡轮机,是出于对升级后的服务七年的操作。bet188体育官网app下注有这么小的粘着磨损PVD涂层辊的水沟主轴轴承,轴承没有被取代;工程师们有信心轴承可以继续操作没有问题在15至20年的寿命。
今天的许多风力涡轮机制造时,“很多oem厂bet188体育官网app下注商不会把涂料在轴承上,“希腊说。“但一旦发电机保修,(风电场运营商)将选择涂料延长生命。现在你看到一种趋势越来越多的那些涂料为工厂指定组件。”
这是与变速箱发生更多,但希腊也开始看到涂料主要应用于轴承。黑色氧化物(铁氧化物表面处理最初设计作为防锈剂)是一种常见的选择,因为它的低价格。
更高的表演和更昂贵的中国(DLC)作为滚动体涂层涂料越来越普遍。
限制这些涂料滚动元素需要较少的涂层材料,和实际方面的配件部分进入真空室等离子体气相沉积涂层过程也开始发挥作用。“还有其他种类的涂料,或更先进的涂料,这正在开发,“希腊说,并补充说他的团队和其他在阿贡国家实验室正在开发各种先进的涂料。[15]
“我们也从事一些新的润滑脂添加剂,”他说。“我们正在考虑开发纳米添加剂。有一些产品已经使用纳米颗粒或纳米附近。我们发现比较纳米颗粒和化学添加剂,tribofilm形成过程是不同的,不同的物理和化学。”
这可以提供的杠杆提高表面保护润滑剂,据希腊。
“成本始终是一个因素,”他说。“和风力涡轮机行业肯定是不能幸免。这是一个非常cost-constrained行业。”
然而,他补充说随着涡轮机成为越来越多的涡轮机安装离岸,推动延长维修间隔。运营商必须平衡初始投资成本与正在进行的操作和维护成本,以及运输设备的成本和人员远程(有时是有害的)位置来处理意料之外的部分失败。
“成本平衡越来越赞成有趣的新技术,“希腊说。
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