影响斯凯孚林肯单线润滑系统循环时间的分析

摘要：本文阐述了Lincoln单线润滑系统的工作原理，分析了QSL单线注油器和影响单线系统工作循环时间的因素，并设计了一个实验来验证环境温度和管路长度等客观因素对循环时间的影响。关键词：单线；润滑系统；注油器；循环时间1引言与所有机械系统一样，风力发电系统需要适当的润滑来实现最佳运行效果。振动、高机械载荷、污染以及潮湿都会对轴承和齿轮的使用寿命构成威胁。但是，风电机组的维护极具挑战性且成本较高。维护点离地面100米以上，并且通常安装在偏远且难以到达的位置。鉴于此，我们提供的解决方案就是自动润滑系统。与手动润滑系统相比，自动润滑系统可为机舱中的运动部件提供更加可靠、精准的润滑剂。风机的发展经历了从小兆瓦到大兆瓦，从陆上风机到海上风机的过程。润滑系统也日新月异，经历了从半自动润滑，到递进式自动润滑系统，再到单线式自动润滑系统。在国内，90%的应用采用的是递进式润滑系统，其优点是性价比高，系统原理简单，易监控。其缺点也很明显，任何位置发生堵塞会导致整个系统瘫痪，这对风机的日常维护提出了更高的要求。而今，由于三北地区的风电消纳问题和内陆风资源良好的区域接近饱和，风电的发展趋势开始由内陆向海上发展。国内各大风机制造商也开始积极研制大兆瓦海上风机，单线润滑系统因为没有递进系统的种种限制，因而成为了海上风机轴承润滑的主流设计。林肯推出了P603泵和QSL单线注油器组成的单线系统，在国内外有许多成功地应用案例。本文介绍林肯品牌单线润滑系统的基本原理，分析管路压力损失的影响因素，并通过实验讨论影响系统卸压时间的因素。2单线润滑系统2.1基本原理单线自动润滑系统的原理如图1所示，润滑油脂储存在序1的油脂泵的油箱内，通过泵的电机驱动泵芯将油脂打出，经过主管路进入序4，5，6单线注油器中，通过设计单线注油器的排量，将油脂按照指定排量注入轴承润滑点中。其中序3安全阀做为保护泵的装置，当主油管的压力大于泵的最大承载压力(400bar)时，安全阀打开，系统卸压以保护泵不受损坏。序15集油瓶安装在轴承的出油口，收集废旧油脂。当风机主控给泵上电时，泵开始工作并完成一次注油过程，当系统压力达到设定值后，系统开始卸压，完成卸压后，系统将润滑完成信号反馈给泵自带控制器或风机主控。在注油循环的开始阶段，泵芯工作将主管路和注油器的压力逐步升高，同时监控时间开启（最长20分钟）。油压将润滑脂泵入到注油器的内腔并将注油器活塞向上推，注油器上的可视化指针可监测注油过程是否正常。当主管路的压力升到设定的压力值时，系统开始保压（2分钟），如果在保压时间内系统压力降低，泵会重新建立压力。保压时间结束后，泵开始反转，卸压阀打开，系统压力降低，同时注油器活塞在弹簧的作用下复位，润滑脂进入到活塞缸中准备下一次的注油循环。当系统压力小于设定的卸压压力时，控制器或PLC将泵电源关闭，完成整个注油循环。如果没有接收到润滑完成信号，表明润滑系统发生故障。2.2注油器的结构和工作原理QSL注油器的内部结构如图2所示。主要有弹簧，柱塞，单向阀等内部零件构成，内部分为两个腔室，分别为储油腔和排油腔。QSL注油器设计用于300bar压力。因此NLGI2润滑脂可在低于零度的温度下顺利泵送。所有注油器独立运行。这意味着即使某个注油器发生堵塞或故障时，所有其他注油器将继续供应润滑剂。图3描述了注油器的三个阶段，初始阶段，增压阶段和卸压阶段。首先是初始阶段，此时卸压已完成；弹簧被放松；排出腔此时充满着油脂；单向阀的密封嘴此时闭合；接下来是增压阶段，主管路进口的压力逐渐上升，最高可至300bar；压力作用于单向阀，将其密封嘴打开，此时通道与储油腔连通，油脂被密封嘴压入储油腔，同时推动导套内的柱塞上行，此时可以看到指针伸出。最后是系统卸压，注油器复位。当导套上升至顶端触及计量垫片时，储油腔被充入油脂，与此同时，排油腔内的油脂被导套通过出口排出。这样，完成一次注油循环。在实际的工况中，许多单线系统在设计和安装上存在缺陷，导致单线系统不能达到预期的润滑效果。从实际的使用情况来看，影响单线注油器的注油效果的因素在于增压和卸压时间。一个注油循环的时间越短，系统越高效可靠。影响注油循环时间的因素主要有以下几个方面：油脂型号；油脂粘度等级；管路内径大小；环境温度；管路长度。一般来讲，设计润滑系统时油脂型号，粘度等级已经确定，无法重新选择。由于考虑到润滑系统在风机内的布置，也不可能选择很大的管径，所以对于设计者来说，选择合适的管路长度是考虑的重要因素。因此，设计了一个实验来验证温度和管路长度对于注油循环时间的影响。3管路卸压实验应用在风机轴承内的润滑脂一般是半流动，或者难流动的形态。且油脂的流动性能和温度，基础油和添加剂息息相关。自动润滑系统中油脂是通过管路来输送的，油脂能不能正常的被泵送到轴承的润滑点是设计系统主要考虑的问题。管路越长，温度越低，油脂在管路中越难流动，所需要的工作压力越大。因此，本次试验主要测试温度和管路长度对单线系统卸压时间的影响。用到的试验设备是恒温试验箱，单线系统元件，数显压力表等。管路连接请看图4，将压力表装在管路末端，测试不同温度下，末端压力回复到30bar（注油器复位压力）所需要的时间。横坐标表示卸压时间，纵坐标表示管路末端压力。3.1温度的影响测试管路为2SNDN8双层钢丝扣压软管，管路总长7.8米，测试时当恒温试验箱温度达到设定温度时，在等待2个小时，确保系统内油脂的温度达到指定的恒定温度后启动系统。从上面试验数据表看，在-30℃的环境温度下，系统卸压到30Bar压力的时间为30分钟；在-20℃的环境温度下，系统卸压到30Bar压力的时间为15分钟；在-10℃的环境温度下，系统卸压到30Bar压力的时间仅为4分钟左右。3.2管路长度的影响测试条件在10℃的情况下，第一次测试管路长度12.2米，第二次测试管路长度7.8米，试验结果如下表所示：第一次测试末端压力到30Bar需要30分钟，第二次测试末端压力到30Bar仅需要2分钟。4总结从上面的试验