风电润滑脂样品取样技术研究与改进

杨 洋，赵 磊，王海斌

（中节能风力发电（张北）运维有限公司，河北张家口 075000）

0 引言

轴承是风力发电机组传动系统中的关键部件，轴承运行状态的优劣，直接影响了风电机组的发电量和可利用率[1-2]。如果轴承出现故障而又没有被及时发现，则会导致严重的后果，轻则轴承损坏并导致风电机组故障停机，重则可能引起风机火灾等重大事故[3]。但是风电机组的大部分轴承处于封闭状态，在不拆开轴承的情况下很难判断其运行状态和剩余使用寿命。如果能通过对轴承在运行过程中排出的润滑脂对轴承运行状态进行判断，则可为风电场对轴承的预知预检工作提供有力支撑，在节约大量运维费用的同时，提升机组运行可靠性和安全性[4-7]。

1 润滑脂检测行业现状

与风电机组润滑油检测一样，风电机组润滑脂检测是风机油品检测的重要组成部分[8]。但是，大部分风电企业自建的一方检测实验室很少开展润滑脂检测项目。在项目和数量方面，润滑脂的检测与润滑油的检测存在一定差异，主要原因有以下5 个。

（1）流动性差。润滑脂和润滑油不同，润滑脂的流动性差、分散性较强，且在不拆开轴承的情况下取样困难，检测结果的代表性较差。

（2）时效性差。目前风电机组润滑脂的使用寿命一般为半年，每半年就会通过向轴承内加注新润滑脂的方式将旧润滑脂挤出，来保证轴承润滑效果的可靠。而对从排油孔/密封圈排出的润滑脂进行取样检测，受加注润滑脂频率的影响较大[9]。另外，每台风机内需要关注运行状态的轴承数量远比齿轮箱要多，这些因素会导致检测结果的时效性不足。

（3）检测时间长。对润滑脂本身润滑性能的指标检测，一般单个样品的单个项目都需要较长的时间（3 h 以上）。

（4）检测效率低。润滑脂检测前一般需要对润滑脂样品进行充分的消解处理来制备样品，对检测人员的要求比较高，且对检测效率影响较大。

（5）判别标准少。目前风电行业内对风电机组润滑脂的性能方面的判别标准非常少，且在使用过程中存在较大的不适应性。

仔细研究以上限制润滑脂检测发展的多个因素，可以发现检测效率是困扰润滑脂检测项目开展的核心问题。而提高润滑脂检测效率的关键，就是改进现有润滑脂的取样技术。

2 润滑脂检测取样技术现状

润滑脂取样最大的困难在于它的流动性差且容易黏连。以铁磁颗粒浓度这个润滑油和润滑脂均需要检测的项目为例[10]，检测这个项目所需的样品管是2 mL/5 mL 的离心管，检测时只需要使用注射器或塑料滴管，就可以很轻松将样品送入离心管。但是由于润滑脂的流动性差，使用微量注射器或塑料滴管，均不能将润滑脂吸入其中，更不能将润滑脂注入到离心管中。

目前国内的润滑脂检测取样[11]，是用药勺从样品瓶中多次取样，逐渐将润滑脂填满离心管（图1）。这一方法虽然成本较低，但是取样效率不高且样品中会残留很多的气泡。

图1 国内外润滑脂取样工具对比

国外使用最多的是名为GREASE THIEF 的现场一次性取样工具，其取样效率高，但每个取样工具的成本接近40 元，且取样量有限，仅能满足1 个检测项目的使用需求。

3 润滑脂检测取样技术改进

3.1 采样工具改进

经过与厂家及润滑脂检测技术专家的沟通研究，决定使用敞口注射器进行取样。与微量注射器和塑料滴管相比，敞口注射器最大的特点就是头部与注射器器身的直径接近，能够将润滑脂吸入注射器中，大幅提高取样效率（图2）。

图2 3 种取样工具的对比

3.2 润滑脂加热及搅拌

敞口注射器可以解决润滑脂不能吸入的问题，但是却会受到现场送检润滑脂样品量的影响。经过测试，为了使敞口注射器能一次性地吸入足够量的样品，要求送检润滑脂的高度不能低于敞口注射器高度的3/5（图3）。对于风电机组内部分轴承，现场人员只能够取得少量的润滑脂样品。使用敞口注射器对润滑脂样品进行多次取样，会造成注射器内存在无法排出的空气，最终影响检测结果的准确性。

图3 敞口注射器与样品瓶高度比对

经过与行业专家的共同探讨与反复测试，决定采用对润滑脂样品加热的方法来提高润滑脂的流动性，进而降低采样难度。根据润滑脂性能指标的不同，将润滑脂分为发电机轴承润滑脂和主轴偏航变桨润滑脂两大类[8]。对于发电机轴承润滑脂，在用敞口注射器取样前，将其在40 ℃的温度下加热2 h；而对于主轴偏航变桨润滑脂，则是在60 ℃的温度下加热2 h。

对于加热后的润滑脂，对样品瓶进行轻轻的敲打，就可以使润滑脂轻易的聚集在样品瓶的一侧（图4）。使用敞口注射器吸取样品时，也可以一次吸取成功。

图4 加热后的润滑脂

另一方面，对加热后的润滑脂进行搅拌，可以起到一定的“摇匀”效果，可以在一定程度上解决由于润滑脂流动性不足造成的检测结果代表性不强的问题。

4 效果比对

与传统的通过样品勺对润滑脂样品进行取样的方法相比，使用敞口注射器+样品加热搅拌的润滑脂采样技术，无论是检测效率还是取样质量，都有了质的提升。

4.1 取样效率

使用药勺，每个样品需要检测人员操作约为5 min 才能完成采样；而使用改进后的采样技术，每个样品的取样时间可缩短至2～3 min。（样品加热的2 h 不需要人工干预，可通过平行工作予以抵消）

4.2 取样过程

传统的药勺采样，需要分次进样，会在取样管中保留一定量的空气，润滑脂样品的有效体积降低，进而影响检测结果的准确性。而改进后的采样技术，将润滑脂一次性打入取样管中，可以利用润滑脂将样品管中的空气含量排至最低，最大限度保证检测结果的可靠性。

4.3 取样效果

选择3 个润滑脂样品，分别通过传统方法和改进方法进行取样，每个样品每种取样方法重复检测3 次，然后进行铁磁颗粒浓度检测（铁磁颗粒浓度使用同一台FerroQ 铁量仪，同一操作人员在同一实验室进行检测），检测结果见表1 和表2。由此看出，传统方式取样后检测合格率为66.67%，改进后合格率提升为100%。

表1 传统取样方法检测结果

表2 改进取样方法后检测结果

5 总结与展望

通过对润滑脂检测采样技术的研究和改进，可有效提高风电油品实验室对润滑脂的检测效率和检测质量，这对于润滑脂检测项目在风电油品实验室的开展具有积极的推动作用，也能为风电场的密封轴承预知预检工作奠定良好的基础。