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保障高效润滑,换油清洗为先
来源:中国风能产业网 作者: 时间:2013-05-10 Tag:

 

     经历了数年的迅猛增长之后,中国风电产业步入了稳健发展期,在继续保持全球风电装机容量第一地位的同时,各家运营商和制造商从单纯追求速度和规模转为更多地关注投资效益和产品质量。随着越来越多的风电机组相继临近出质保期,众多风电场都在规划今后的自主维护措施,其中,对主齿轮箱进行换油被普遍列为重要事项之一。
    任职于国内知名新能源投资开发集团运行管理部的高级工程师李先生最近就遇到了一个与换油相关的问题。
    该集团在内蒙古投资开发的几处大型风电场中,近百余台风机已陆续到了出质保期的时候,李先生所在的部门即将接手负责风机设备今后的日常维护管理及零配件采购工作。作为风电投资开发运营单位,运营效益和设备安全是集团最为重视的两大要点。这两年限电严重,对风场开发商造成很大压力,一个风场至少有三十多台风机,任何计划外维修造成的人工成本和停机损失都会影响到运营效益。风机出了质保期后,一旦4~5 年里性能大幅弱化,维护费用不断上涨,运营成本居高不下,势必造成整个项目的收益下滑,这方面一直是各家风场运营商都比较担心的。李先生负责管理的风电场设备中,采购自欧美厂家的风电机组运行都比较稳定,在2~3 年质保期内各种问题基本都已解决,没有潜在隐患,按合同顺利结束了质保期;但有些国内厂商制造的风机设备不太稳定, 过了3~4 年还会出现问题,因此风电场方面采取了延长质保期的作法。现在根据双方协定,今年内这些国产风机也都将最终结束质保期。
    李先生的管理团队协同风机制造商一起对所有设备进行了一番全面检查,并要求对方将主齿轮箱的初装油更换成一款性能更为优越可靠的润滑油产品。这项工作计划在年中完成。为了借鉴国外风场的实践经验,李先生特地查阅了一些相关的技术资料和行业报道,发现国外风场在整机换油步骤之前,还有一道必不可少的程序:齿轮箱清洗。这道清洗流程目前在国内却还少有实践,甚至尚未引起广泛重视。李先生也为此询问了几个同行好友,大家的看法莫衷一是,有的说只要所用的润滑油品质可靠,就不用担心,只要继续加装新油即可;有的认为风机投入运营才五年,没出什么大问题的话没必要进行清洗;有的则对换油清洗完全不了解而担心技术要求过高无从着手……
    事实上,当下和李先生一样对于出质保期的风机换油程序有着相似疑问的风场管理人员不在少数。那么,对中国的风电场来说,风机换油之前的齿轮箱清洗环节究竟是否重要呢?风机的稳定表现除了技术方面的优势,通常还与制造商的维护规范密不可分。领先的整机制造商不仅在主齿轮箱的研发设计方面不断创新,在初装润滑油的选择应用上也非常严格;在风机的日常运行监管中,对齿轮箱油样的定期检测、对主轴承和齿轮箱磨损趋势的观察分析等都有一定的标准。在关键部件的润滑方面,风机所处的运营环境,包括温度、湿度、沙尘、水分及各类变化的情况都是制定完善的维护措施所必须考虑的因素。
    基于中国风能资源的分布特点,陆上风电是中国风电场开发的重点。目前,国内建成的风电场已遍布全国30个省、市、自治区,其中内蒙古自治区的风场规模首当其冲领跑全国,紧随其后的是河北、甘肃和辽宁。纵观全国,投入运营的风电场近80%都集中在华北、东北和西北省份,通称“三北”地区。显然,这些地区的风能资源相对丰富,多数地区风功率密度等级达到3 级及以上,在内蒙古和新疆的个别地区,风功率密度等级甚至接近或超过5级,更有着建设条件简单、可成片开发等先天优势,在风电标杆电价政策出台后,更成为各开发企业争夺的重点区域。因此,从中国风电起步开发到快速发展阶段,“三北”地区一直是中国风电发展的主要地区。“十二五”的规划中还包括了河北、蒙东、蒙西、吉林、山东、江苏、甘肃酒泉、新疆哈密八大千万千瓦级陆上风电基地。
    然而,这些风力资源丰富的区域同时也是遭受风沙污染等恶劣环境影响较大的地区。在河北西北部、内蒙古以及再上游的蒙古一带,大片裸露的地表在大风作用下扬起漫天沙尘,在高空西北气流作用下,一路向下游传送,直达北京、河北、天津等地区。尤其在春季,沙尘暴频繁出现,即使在沙尘天气比往年明显偏少的2011 年、2012 年,也累计有8 到10 次记录。目前为止,2013 年已经出现4 次沙尘天气,比往年同期略有偏多;而今年初反复出现的重度雾霾使得北方地区的环境污染情况愈加恶化。
    显然,中国大部分陆上风电场中的风机设备都经受着比欧美国家风电场更为严酷的环境挑战。在恶劣环境和高负荷运行条件下,齿轮和轴承极易疲劳磨损,如果所用的齿轮箱润滑油不能形成足够的油膜,防护力愈加薄弱,尘土杂质粘附在金属表面,日积月累形成大量的沉积物,加重零部件磨损,导致齿轮精度降低、表面受损并出现严重微点蚀。
    风机在运行3~4 年后,虽然过滤系统能过滤掉大部分的颗粒和油泥,齿轮油中仍然存在着很多的金属磨损颗粒、沉淀的油泥、灰尘和水分。在此情况下,如果事先没有对齿轮箱进行认真的清洁和冲洗,彻底清除沉积下来的杂质污物,而直接更换加入新的润滑油,那么沉积物就会混杂在新油中,使得新油的清洁度显著降低,严重影响新润滑油的润滑效果,那么即使新油的性能更为优越,其应有的功效也难以正常发挥。通常而言,通过传统的齿轮油排放程序,齿轮油系统仍会残留体积约达8%~10%的废油。清洗齿轮箱的目的,就是要彻底去除之前使用过程中积累的油泥、灰尘、水分磨屑等的残留物,并使之前所用油的残留量尽可能低于3%,这样才能保证新装齿轮油充分发挥最佳润滑性能,在齿轮表面覆盖厚实的油膜,增强齿轮的耐磨性,修复细微损伤,抑制微点蚀,降低故障发生率,同时通过降低摩擦提高风电输出效率。从以上的讨论中我们可以知道,即使是完全相同的润滑油品的更换,因其使用过程中的金属磨屑、油泥、灰尘和残留水分存在,彻底的冲洗将会消除可能存在的隐患,有效改善新润滑油的润滑效果,提高风机的使用寿命。
    按照一般设定的风机寿命为二十年计算,一台正常运行的风机在使用期内将至少换油两至三次,如果换油前缺失了清洗环节,那么每次未经清理的废物杂质持续累积,新装油的保护作用不断减小,零部件加速老化,整台风机的使用寿命就很可能低于预期。
    国内较早期进入市场安装并于风电场运行的风电机组经过几年运行,逐步进入故障和事故高发期,之前高速发展和粗放经营的各种弊病逐步露头,各类风电事故呈快速增长趋势,前两年有些地方甚至出现倒塔、叶片断裂、机舱着火、人员触电等重大工程事故,导致人员伤亡和机组设备损毁,倍受各界关注。
    与此同时,在市场需求和竞争的推动下,中国风电设备制造业技术升级和国际化进程不断加快。1.5MW 风电机组供应能力充足,3MW 风电机组已投入运行,5~6MW 风电机组样机也已下线。
    随着风电技术的日益进步和海上风电的发展,风电机组的整体趋势是单机容量的大型化和多样化。但目前国内企业在风电机组的技术、性能、质量方面呈现的实际使用效果尚不理想,与世界先进水平相比差距较大,齿轮箱的结构基本采用国外技术,国内厂商缺乏成熟经验,在轴承寿命、承载能力、可靠性等关键技术方面还需要更长时间的深入研究。大型风机由于风机叶片大,齿轮箱加重,负荷更大,零部件的磨损也更厉害,因此需要更为严格完善的操作程序来加强对设备的维护。
    2011 年11 月,国家能源局发布了《关于加强风电场安全管理有关要求的通知》,要求风电场业主加强风电场质量安全管理。政府部门、行业协会、研究机构及产业界都以风电行业的健康稳定发展为目标,正通过不同方式积极促进风电设备运行可靠性的提高。
    风电场在对风机设备进行自主维护的过程中,应严格遵循专业的安装维护规范,针对当地环境和风机的运行条件选用先进高效的润滑油产品,切实执行包括油箱清洗、油样检测、重点数据观察等各项必要的维护程序,并在供应商的指导下,加强对相关操作人员的培训,确保风机在今后长时期的运营过程中长久保持良好状态。


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