摘要：本文針對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)的變槳軸承自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)堵塞故障，從自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理角度，說(shuō)明故障的觸發(fā)機(jī)理。然后，從自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理與潤(rùn)滑脂自身特性兩方面，對(duì)堵塞故障發(fā)生的根本原因進(jìn)行分析。最后，對(duì)自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)堵塞故障的解決方案的研究進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、堵塞、根因0引言近年來(lái)隨著海上風(fēng)電的快速發(fā)展，對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維智能化與自動(dòng)化的需求日趨高漲。原來(lái)陸上風(fēng)電機(jī)組中通常作為選配子系統(tǒng)的變槳軸承集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，在海上風(fēng)機(jī)逐漸向標(biāo)準(zhǔn)配置轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變，既是受到海上風(fēng)機(jī)維護(hù)窗口期窄，維護(hù)成本高的壓力，也有降低運(yùn)維人員工作強(qiáng)度，減少運(yùn)維人力成本的需求，已是大勢(shì)所趨。當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組變槳軸承集中潤(rùn)滑系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)）主要分為兩類：遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)與單線式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)?；诓少?gòu)成本與技術(shù)成熟度的考慮，目前風(fēng)電機(jī)組中主要使用的是遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。但是，隨著海上風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，日益增加的變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)堵塞故障，對(duì)變槳軸承穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，乃至海上風(fēng)機(jī)的發(fā)電量都造成不利影響，引起了整機(jī)廠的關(guān)注。本文從變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理與潤(rùn)滑脂特性角度，針對(duì)變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)堵塞故障的常見(jiàn)原因進(jìn)行分析，希望能為該故障的解決方案提供有價(jià)值的參考。1變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要功能是將潤(rùn)滑脂間歇性泵送至變槳軸承的滾道中，減緩變槳軸承滾道與滾子之間的磨損，延長(zhǎng)軸承工作壽命。當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組多采用3葉片形式，相應(yīng)每臺(tái)機(jī)組配備有3個(gè)變槳軸承，因此變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)需要同時(shí)為3個(gè)變槳軸承泵送潤(rùn)滑脂?？紤]到各個(gè)變槳軸承內(nèi)部背壓不同，為了防止每個(gè)變槳軸承獲得的潤(rùn)滑脂量出現(xiàn)較大差異，潤(rùn)滑泵與變槳軸承之間需要通過(guò)分配器連接；同時(shí)為了控制成本，一般采取兩級(jí)分配器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖1：變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)方案圖（僅給出2個(gè)變槳軸承的次級(jí)分配器）潤(rùn)滑脂由潤(rùn)滑泵出口出發(fā)，通過(guò)初級(jí)分配器后，分成三個(gè)初級(jí)支路走向，分別流向每個(gè)變槳軸承上的次級(jí)分配器，再通過(guò)次級(jí)分配器，分成若干次級(jí)支路（支路數(shù)量由變槳軸承潤(rùn)滑點(diǎn)數(shù)量決定）流向變槳軸承的各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)。潤(rùn)滑脂流動(dòng)過(guò)程中，潤(rùn)滑泵與初級(jí)分配器之間的管路、初級(jí)分配器與次級(jí)分配器之間的管路、次級(jí)分配器與變槳軸承潤(rùn)滑點(diǎn)之間的管路對(duì)潤(rùn)滑脂產(chǎn)生一定的沿程阻力；初級(jí)分配器與次級(jí)分配器內(nèi)部的流道通徑變化，對(duì)潤(rùn)滑脂產(chǎn)生一定的局部阻力，沿程阻力與局部阻力疊加組成潤(rùn)滑脂流動(dòng)的總阻力。潤(rùn)滑脂的粘度隨溫度下降而增大，潤(rùn)滑脂流動(dòng)的總阻力則隨著潤(rùn)滑脂粘度增大而變大，總阻力達(dá)到一定程度時(shí)，潤(rùn)滑泵為了泵送潤(rùn)滑脂就需要提供更大的出口壓力，出口壓力過(guò)大則會(huì)對(duì)潤(rùn)滑管路的強(qiáng)度與壽命造成嚴(yán)重影響，為延長(zhǎng)潤(rùn)滑管路壽命，潤(rùn)滑系統(tǒng)一般會(huì)在潤(rùn)滑泵出口處設(shè)置安全閥，當(dāng)出口壓力過(guò)大時(shí)進(jìn)行泄壓。遞進(jìn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑脂泵送工作過(guò)程是一個(gè)交替出脂過(guò)程，即潤(rùn)滑脂自潤(rùn)滑泵出口泵出后，如果初級(jí)分配器與次級(jí)分配器每個(gè)柱塞排量一致，各個(gè)分配器出脂次序大致如下：1-a-2-A-1-b-2-B-1-c-2-C…，后續(xù)依次類推。接著潤(rùn)滑系統(tǒng)會(huì)循環(huán)往復(fù)上述的泵送過(guò)程，直至停止為潤(rùn)滑泵電機(jī)供電。當(dāng)由于變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)自身堵塞，變槳軸承注油點(diǎn)背壓過(guò)大或外部空氣侵入變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)等因素，導(dǎo)致變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)不能有效地將潤(rùn)滑脂輸送至變槳軸承滾道時(shí)，需要及時(shí)反饋故障信息到主控系統(tǒng)，提示運(yùn)維人員采取措施，以防止變槳軸承發(fā)生過(guò)度磨損。分配器自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定任何一個(gè)出脂口及其流道發(fā)生堵塞時(shí)，潤(rùn)滑脂就無(wú)法繼續(xù)流向下一個(gè)出脂口，造成整個(gè)分配器堵塞；根據(jù)上述的分配器的出脂次序，次級(jí)分配器任一出脂口堵塞，會(huì)導(dǎo)致初級(jí)分配器的出脂口堵塞，從而造成整個(gè)變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)堵塞。因此，只需監(jiān)測(cè)變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)中的任意一個(gè)分配器的出脂狀態(tài)，就可以識(shí)別整個(gè)系統(tǒng)是否發(fā)生了堵塞故障。變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)的堵塞傳感器一般安裝在初級(jí)分配器上，主控系統(tǒng)接到堵塞信號(hào)后，對(duì)變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行斷電，運(yùn)維人員登機(jī)檢查具體的堵塞位置；堵塞傳感器也可用計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)替代，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否堵塞的時(shí)候，同步監(jiān)測(cè)每個(gè)循環(huán)中分配器的動(dòng)作次數(shù)。2堵塞故障原因分析根據(jù)上述說(shuō)明，變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)潤(rùn)滑脂流動(dòng)的總阻力包括管路的沿程阻力與分配器的局部阻力，如果總阻力大于變槳潤(rùn)滑泵所能提供的最大壓力（安全閥溢流壓力），則分配器柱塞無(wú)法正常動(dòng)作，觸發(fā)系統(tǒng)堵塞故障。因此堵塞故障原因分析需要從系統(tǒng)總阻力的影響因素入手。首先說(shuō)明管路沿程阻力，變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑管路布局在風(fēng)電機(jī)組的輪轂中，對(duì)于較為平直敷設(shè)的管路，管路對(duì)潤(rùn)滑脂造成的阻力基本都是沿程阻力；在管路回轉(zhuǎn)半徑較小的部位，管路對(duì)潤(rùn)滑脂的阻力則是局部阻力（潤(rùn)滑脂在管路中回轉(zhuǎn)造成的能量消耗，大于近于直線流動(dòng)的能耗）。由于潤(rùn)滑脂的粘度顯著大于潤(rùn)滑油，并且變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)的流量小于油潤(rùn)滑系統(tǒng)的流量，使流體在管路中回旋導(dǎo)致的能耗上升并不明顯，因此管路對(duì)潤(rùn)滑脂的阻力主要是沿程阻力。潤(rùn)滑脂在管路中同時(shí)受到潤(rùn)滑泵提供的壓力、管路內(nèi)壁提供的阻力，以及潤(rùn)滑脂自身之間摩擦力作用，使?jié)櫥诠苈方孛嬷械牧鲃?dòng)速度如圖2所示。圖2：潤(rùn)滑脂在管路截面中的流速分布由圖2可見(jiàn)，緊貼管路內(nèi)壁（圖中半徑尺寸r為管路內(nèi)壁半徑R的圓周位置）的潤(rùn)滑脂在流動(dòng)過(guò)程中受到壁面的摩擦阻力，遠(yuǎn)離內(nèi)壁（圖中半徑尺寸r小于管路內(nèi)壁半徑R的圓周位置）的潤(rùn)滑脂則受到緊貼內(nèi)壁的潤(rùn)滑脂的摩擦阻力，因此管路中的潤(rùn)滑脂流速呈現(xiàn)中心高四周低的布局。潤(rùn)滑脂主要由稠化劑（皂基）與基礎(chǔ)油兩部分組成，潤(rùn)滑脂錐入度（稠度）隨潤(rùn)滑脂中的皂基含量增加而增大，而稠度的增大則導(dǎo)致管路的沿程阻力增加，這一點(diǎn)可以從潤(rùn)滑脂的剪切應(yīng)力隨稠度增大而增加看出，如圖3所示。圖3：不同稠度潤(rùn)滑脂的剪切應(yīng)力-剪切速率曲線由此可見(jiàn)，潤(rùn)滑脂中的皂基百分比含量對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的沿程阻力具有重要影響，如果潤(rùn)滑脂中的基礎(chǔ)油百分比含量下降，會(huì)造成潤(rùn)滑系統(tǒng)阻力的上升。潤(rùn)滑脂在使用過(guò)程中，微量的分油可以保持設(shè)備潤(rùn)滑，對(duì)潤(rùn)滑有利；但在實(shí)際使用過(guò)程中，常常因工況不符或使用劣質(zhì)潤(rùn)滑脂造成過(guò)度分油，使?jié)櫥兂怼⒆冇玻?rùn)滑作用，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞。在變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)中，這種破壞作用便是以系統(tǒng)堵塞故障的形式體現(xiàn)的。潤(rùn)滑脂分油率主要分兩類：壓力分油率和鋼網(wǎng)分油率，前者是指常溫下，潤(rùn)滑脂在一定壓力和時(shí)間內(nèi)析出的基礎(chǔ)油量，單位是%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；后者是指潤(rùn)滑脂在受熱條件下析出基礎(chǔ)油的趨勢(shì)，可體現(xiàn)潤(rùn)滑脂在受熱條件下的膠體安定性優(yōu)劣情況，是分析評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂膠體安定性和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中常常采用的重要指標(biāo)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，兩種不同基礎(chǔ)油的潤(rùn)滑脂的壓力分油率在試驗(yàn)時(shí)間延伸情況下的關(guān)系曲線如圖4所示，可見(jiàn)潤(rùn)滑脂的分油量在較短時(shí)間內(nèi)即出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，其分鐘級(jí)的增長(zhǎng)速度顯著高于熱條件（100℃條件下）導(dǎo)致的鋼網(wǎng)分油率小時(shí)級(jí)的增長(zhǎng)速度（見(jiàn)圖5）；并且壓力分油率也顯著高于鋼網(wǎng)分油率。變槳潤(rùn)滑系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，每個(gè)自動(dòng)加脂周期結(jié)束后，潤(rùn)滑系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)（潤(rùn)滑泵出口、初級(jí)分配器前后，及次級(jí)分配器前后），在一段時(shí)間內(nèi)都存在一定壓力，這種壓力條件下的潤(rùn)滑脂分油會(huì)使?jié)櫥械幕A(chǔ)油含量下降，導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)總阻力上升，最終造成堵塞故障。具體量化數(shù)據(jù)仍需試驗(yàn)驗(yàn)證。圖4：潤(rùn)滑脂壓力分油率與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線圖5：潤(rùn)滑脂鋼網(wǎng)分油率與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線

分配器內(nèi)部管徑變化與方向改變引起的局部阻力，通常高于管路的沿程阻力，會(huì)進(jìn)一步加劇潤(rùn)滑脂的分油趨勢(shì)，導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)的堵塞故障。3結(jié)語(yǔ)本文通過(guò)介