风电设备的润滑与磨损.pdf

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1、广州机械科学研究院风电设备的润滑与磨损广州机械科学研究院一、风电行业概括•国家“十一五”规划，大力发展风电，全国已有近百个风力发电场共安装了数千余台风力发电机组。•我国与风力发电相关的制造企业也有近百家。•预计到2020年世界电力需求上升到约26万亿千瓦时，到时即使只成功利用了三分之一的风能资源，即可满足世界电力需求。•风力发电成本将大幅降低，技术装备国产化比例提高，海上风力发电将成为重要能源形式。•中国将成为世界上最大的风电市场和风能设备制造中心，我国风电可能在2020年之后，将成为第三大主力发电电源。广州机械科学研究院广州机械科学研究院二

2、、风电设备及运行特点•风力发电机组设备昂贵•工作环境恶劣，大多在山谷旷野处和近海地区的•现场不便对主要部位进行拆卸维修•确保可靠稳定的长周期运转，是最机组根本运行条件•要求风力发电机组具有极高的可靠性•要注重风力发电机组平时的维护，而不是维修广州机械科学研究院三、润滑在风力发电机组运行中的重要性•风能设备投资成本高，根据美国斯坦福大学的调研，以1.5MW的风力发电机组的单位发电成本计算，每年的运行和维护成本约占18％。•因此要加大对整个风力发电机组的润滑管理与状态监测，减少备件的磨损和更换，提高装置运行可靠性，提高风力发电机的盈利能力。•润滑

3、油脂作为风力发电机正常运转的不可缺少的重要部件，它的选择和维护直接影响到风力发电机的正常运转和发电成本。广州机械科学研究院•国际上一些组织机构，针对日益增长的风力市场，纷纷制定了相关的润滑维护指导，以便提高风力发电设备的运转可靠性。•如丹麦能源局2002年颁布了风力发电机技术指导，美国国家标准协会（ANSI）、美国齿轮制造商协会（AGMA）、美国风能协会（AWEA）联合制定了ANSI/AGMA/AWEA6006-A03风力发电机用齿轮箱的设计与规格的标准。•针对齿轮箱、液压站、轴承等部件的安装、维修、维护进行指导和规范。•其中对润滑油脂的维护

4、与监测都有具体的要求。广州机械科学研究院四、风力发电机组的润滑特点及技术要求风力发电机主要的润滑部位：•齿轮箱•主轴承•发电机轴承•叶片轴承•偏航系统轴承与齿轮•液压刹车系统广州机械科学研究院（一）齿轮箱磨损、润滑特点和技术要求•齿轮箱是风力发电机的主要润滑部位，用油量占风力发电机用油量的3/4左右。•齿轮箱可以将很低的风轮转速（600kW的风力发电机通常为27r/min）变为很高的发电机转速（通常1500r/min），多采用油池飞溅式润滑或压力强制循环润滑。•齿轮箱润滑油受气候温差、湿度等影响较大，并且处于相对偏远的地区，维修不便，因此设计

5、要求齿轮箱使用寿命长、承受负荷大等齿轮的材料1.齿轮材料的基本要求：（1）应使齿面具有足够的硬度和耐磨性；（2）齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效；（3）同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。2.常用的齿轮材料：各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。（1）当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢件；（2）开式低速传动时，可采用灰口铸铁或球墨铸铁（3）低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材；（4）高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选

6、用齿面硬度高的材料；受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。3.钢制齿轮的热处理：●表面淬火表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。耐磨性好；由于齿心部分未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。钢制齿轮的热处理：●渗碳淬火渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿轮心部仍保持较高的韧性。轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。三、风力发电机齿轮箱的失效

7、形式•轮齿折断•齿面点蚀•齿面磨损•齿面胶合•塑性变形（一）轮齿折断：1.由于多次重复的弯曲应力和应力集中造成的疲劳折断；2.由于突然严重过载或冲击载荷作用所引起的过载折断。（二）齿面点蚀：齿轮工作时，在齿面啮合处，由于循环交变应力长期作用，当应力峰值超过材料的接触疲劳极限，经过一定应力循环次数后，先在节线附近的齿轮表面产生细微的疲劳裂纹。随着裂纹的扩展，将导致小块金属剥落，产生齿面点蚀。广州机械科学研究院•点蚀•点蚀是由于接触面上金属疲劳而形成细小的疲劳裂纹，裂纹的扩展造成的金属剥落现象。•点蚀常发生在齿轮和滚动轴承表面，如果点蚀状态不得到

8、及时控制，会引起更严重的设备损坏问题，引起噪音、振动，点蚀不断扩大，最终导致断齿失效。•形成点蚀的原因很多，齿轮和轴承表面粗糙、材料缺陷、润滑油选择不当都是形成点蚀