在风力应用中使用黑色氧化轴承的好处
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在运行过程中，风力涡轮机要承受各种不同的温度、风速和载荷。这些操作条件，再加上固体污染和油化学和水污染引起的摩擦化学侵蚀的潜在有害影响，可能导致轴承损坏，这将大大缩短轴承的使用寿命。 防止这些故障的要求之一是卓越的表面性能，有利于磨合过程，耐腐蚀并且对来自腐蚀性润滑剂化学物质的不利反应保持惰性。
一、黑色氧化工艺黑色氧化物是通过轴承钢表层的化学反应形成的表面处理，当零件浸入在大约 130 至 150 °C 温度下运行的碱性盐水溶液中时产生。铁合金中的铁与试剂之间的反应在轴承部件的外层产生氧化层，由明确的 FeO、Fe 2 O 3混合物和生成的 Fe 3 O 4组成. 结果是厚度约为 1-2 μm 的深黑色表面层。整个过程有大约 15 个不同的浸入步骤组成，其中许多步骤可以改变罐内的化学成分、浓度、温度、浸入时间和流体行为。 二、黑色氧化的好处此处仅总结黑色氧化对风能行业最相关的有益影响。它们被简要描述为三个类别，并展示了黑色氧化如何有助于降低每种故障机制后的风险。 1. 降低过早失效的风险在某些风力涡轮机传动系统中，风力齿轮箱轴承可能会由于裂纹、剥落或不规则的白色蚀刻裂纹 (WEC) 而过早失效。WEC 是指抛光和蚀刻显微截面时改变的钢微观结构的外观。在风力齿轮箱设计中的多个轴承位置可以发现故障，例如行星轴承、中间轴和高速轴轴承。 由于 WEC 导致的故障发生在风能行业内得到广泛讨论，并且正在由风力涡轮机制造商、齿轮箱制造商和轴承供应商以及大学和独立机构进行独立调查。当前的许多假设都集中在与地表相关的问题上，例如氢渗透和与地下夹杂物的相互作用或与地表操作相关的纯应力/摩擦力学发展。 根据正在进行的调查和文献资料，不同的机制有助于降低 WEC 失败的风险，例如： （1）、减少摩擦和化学侵蚀 （“钝化”） （2）、减少氢扩散到轴承钢中 （“钝化”） （3）、腐蚀保护 （4）、滚道微观结构的稳定。 （5）、黑色氧化有助于保护轴承部件免受上述故障机制的影响。 2. 润滑不足或表面损坏的恶劣工况（1）、粘着磨损；涂抹或滑动损坏 如果滚子轴承负载过轻（低于要求的最小负载），可能会导致内圈和滚子组的转速之间出现相当大的不匹配，进而导致滚动元件和内圈之间的高滑动。对于风力齿轮箱高速轴等要求苛刻的应用，空转条件和负载区变化有时会导致高滑动条件。因此，存在涂抹损坏的高风险。 风力齿轮箱空转测试结果表明，黑色氧化物涂层对高速轴轴承的涂抹损坏具有改善的保护作用。 黑色氧化表面的保护机制可以通过磨合后减少的摩擦来解释，以及与未涂层表面相比，润滑剂对表面的粘附性提高。 （2）、 表面损伤 表面损伤是一种表面引发的疲劳，其粗糙程度与润滑条件差相关，对应于高表面（摩擦）牵引力。它尤其发生在齿轮齿上，但有时也发生在轴承上。如果它发生在轴承上，表面损伤可能对轴承功能特别有害。 不一定是滚动轴承的主要故障模式，它可以促进或加速其他故障模式的出现，例如碎屑压痕、表面引发的剥落和卡死 。可以通过多种方式降低表面损伤的风险，例如，通过降低表面摩擦、以有利的方式重新分配近表面应力或降低混合润滑压力或优化磨合过程。实现这种情况的一种方法是使用保护涂层，例如黑色氧化。 3. 轴承测试和现场经验已在严重混合润滑条件下对黑色氧化轴承进行了轴承寿命测试。与非涂层轴承相比，黑色氧化轴承在磨合 [24] 和低 kappa 润滑条件方面的积极影响可以得到证实。 在该测试中，所有黑色氧化轴承都通过了规定的测试持续时间，没有出现任何故障。事实上，结果表明 L 10寿命估计值比无涂层轴承的 L 10寿命估计值高出两到三倍。 除了上述部件测试和轴承测试结果外，现场经验证明了黑色氧化在降低过早失效风险方面的好处。来自齿轮箱制造商和风力涡轮机原始设备制造商的报告证实，与无涂层轴承相比，使用黑色氧化轴承在降低轴承故障率方面有显着改善 。 通过结合实验室研究、轴承测试和现场经验，已经证明了黑色氧化物的几种有益效果。黑色氧化物对摩擦化学侵蚀提供一定的保护，减少氢的渗透并增加对湿气损害（如静止腐蚀）的抵抗力。此外，黑色氧化轴承钢表面提高了安全裕度，在查看诸如粘着磨损/涂抹损坏或表面损坏等故障模式时。积极的实地经验强调了这些发现。 总而言之，使用的黑色氧化工艺提供了增强的保护，防止损坏轴承部件。黑色氧化处理轴承除了用于原始设备外，还可以作为传统轴承的直接替代品，作为风电场维护程序的一部分。这意味着黑色氧化的好处可以应用于整个风能行业的关键风力涡轮机齿轮箱系统中使用的所有轴承类型。SKF 建议内外圈以及滚动体都进行黑色氧化以获得最佳性能。 |
