水分對(duì)合成型風(fēng)電齒輪油壽命的影響研究

崔建軍　楊偉　陳小雪　董天亮

摘 要：齒輪油對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行有重要的作用，而油品的氧化會(huì)降低其性能指標(biāo)，探究水含量對(duì)油品的粘度和酸值的影響對(duì)提升風(fēng)電齒輪油的氧化安定性有重要的意義。氧化測(cè)試表明，油品的顏色隨著氧化時(shí)間的增加而變深，油品粘度隨著氧化時(shí)間的增加而逐漸增大，酸值隨氧化時(shí)間先升高后降低，水的存在會(huì)加速油品的氧化速率。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電齒輪油;水;氧化安定性;粘度;酸值

在能源危機(jī)和環(huán)境污染的雙重壓力下，大力發(fā)展可再生能源是新的發(fā)展趨勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)是新能源領(lǐng)域一個(gè)成功的商業(yè)化案例，近年來(lái)得到了快速的發(fā)展。由于風(fēng)電機(jī)組的工作環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期在大溫差以及多工況的環(huán)境下作業(yè)，且風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種故障，且風(fēng)電機(jī)組所處地理位置一般比較偏僻，機(jī)組又處于高空位置，使得在對(duì)產(chǎn)生故障的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行維修時(shí)的困難和需要投入人力、物力較一般地面裝備大，導(dǎo)致維修成本的劇增，同時(shí)，隨著風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行年限增加，大量的風(fēng)電機(jī)組超出質(zhì)保期，其安全隱患不斷增加、造成運(yùn)維的成本不斷升高，使得風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益嚴(yán)重下降，因此風(fēng)電齒輪油的壽命及性能穩(wěn)定性對(duì)風(fēng)機(jī)起到尤為重要的作用。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行速度越來(lái)越快、承載能力越來(lái)越大，摩擦副的摩擦力也逐漸增大，導(dǎo)致工作時(shí)齒輪油的油溫越來(lái)越高。在高溫的環(huán)境中，齒輪油氧化的速率也會(huì)被加速，齒輪油氧化后油品性能將會(huì)降低，進(jìn)一步影響設(shè)備的正常運(yùn)行，因此研究影響風(fēng)電齒輪油氧化安定性的因素對(duì)潤(rùn)滑油的使用有重要的意義[1-3]。

阮少軍[4]等研究了鐵對(duì)潤(rùn)滑油氧化衰變的影響，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度低于230℃時(shí)，鐵對(duì)潤(rùn)滑油的氧化衰變幾乎沒(méi)有影響，而高于230℃時(shí)，鐵對(duì)潤(rùn)滑油的氧化衰變有催化作用。另外，溫度對(duì)潤(rùn)滑油的氧化速率也有較大的影響，當(dāng)溫度每升高10℃，氧化反應(yīng)的速率就會(huì)加快1-2倍[5]。

由于風(fēng)電齒輪油在使用的過(guò)程中不可避免的會(huì)混入少量水分，為了研究水分對(duì)潤(rùn)滑油氧化作用的規(guī)律，以某風(fēng)電齒輪油為樣油，考察了水分對(duì)潤(rùn)滑油外觀、粘度以及酸值的影響作用，為進(jìn)一步提升潤(rùn)滑油的氧化安定性提供了理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)用水為湖南科爾頓水務(wù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為GZY-P05-B的實(shí)驗(yàn)室超水機(jī)處理后的一級(jí)純凈水選。選用風(fēng)電齒輪油樣品本身含水量為30ppm，將所制一級(jí)純凈水和某風(fēng)電齒輪油分別按照一定的比例加入到燒杯中，使用磁子攪拌器攪拌20min，分布得到加入水為0ppm、100ppm、

300ppm、500ppm、700ppm的樣品。將樣品放入溫度為155℃的烘箱中，氧化8天，每天取樣測(cè)量各樣品的粘度和酸值。樣品的粘度通過(guò)上海神開(kāi)石油儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為SYP1003-IX的石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度試驗(yàn)器在實(shí)驗(yàn)條件100℃下測(cè)試所得。樣品的酸值使用氫氧化鉀溶液進(jìn)行滴定測(cè)得。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品顏色的變化

取含水量分別為0ppm、100ppm、300ppm、500ppm、700ppm的樣品。經(jīng)過(guò)1天的氧化后，各油品的顏色沒(méi)有明顯差異，油品均保持透徹的狀態(tài)。經(jīng)過(guò)2天的氧化后，油品的顏色變深，并且隨含水量的增加，顏色變深的程度加重。說(shuō)明水的存在會(huì)加速潤(rùn)滑油的氧化，而且水含量越多，潤(rùn)滑油的氧化速率越快。從第三天開(kāi)始，油品顏色變?yōu)楹诩t色說(shuō)明潤(rùn)滑油的氧化程度進(jìn)一步加深。第4天取樣時(shí)，油品顏色均為黑色，此時(shí)，油品中的水已經(jīng)被消耗殆盡，水對(duì)油品氧化的影響已經(jīng)不明顯。第8天取完時(shí)，燒杯底部有沉積物，說(shuō)明油品在氧化的過(guò)程中產(chǎn)生了油泥。

2.2 粘度（100℃）變化規(guī)律

2.2.1 粘度隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖1所示為油品粘度隨時(shí)間的變化曲線。如圖所示，粘度總體隨時(shí)間呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。分析認(rèn)為主要原因是基礎(chǔ)油氧化時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化產(chǎn)物，而氧化物通常是粘度較大的物質(zhì)，因此導(dǎo)致油品的粘度有所上升，隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化產(chǎn)物的含量逐漸積累。

2.2.2 粘度隨水含量的變化規(guī)律

圖2所示為粘度隨水含量的變化曲線。如圖所示，在前3天氧化過(guò)程中，油品粘度隨水含量的升高而上升，而油品的粘度升高可反應(yīng)其氧化程度的加深，可見(jiàn)水分可以促進(jìn)油品的氧化，生成高粘度的聚合物。在隨后的氧化過(guò)程中，油品的粘度隨水含量升高而呈現(xiàn)輕微下降趨勢(shì)，分析認(rèn)為主要原因是少量的水分已經(jīng)消耗完畢，水分無(wú)法起作用。

2.3 酸值變化規(guī)律

2.3.1 酸值隨時(shí)間的變化規(guī)律

油品的酸值隨時(shí)間先升高后降低，前4天酸值逐漸增大，隨后又逐漸降低。分析認(rèn)為，開(kāi)始由于水的存在，在短時(shí)間高溫氧化過(guò)程中主要發(fā)生基礎(chǔ)油的氧化反應(yīng)而生成酸性物質(zhì)，導(dǎo)致酸值升高。隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，水分逐漸消耗，基礎(chǔ)油的氧化變緩，酸性添加劑發(fā)生降解導(dǎo)致堿性升高，酸值降低。

2.3.2 酸值隨水含量的變化規(guī)律

酸值隨水含量的不同而不同，酸值的變化受到基礎(chǔ)油氧化和添加劑分解兩方面因素的影響，基礎(chǔ)油氧化使酸值升高，而添加劑的分解使酸值降低。在前3天氧化過(guò)程中，油品酸值隨水含量的增加而升高，主要原因是在前期氧化過(guò)程中以基礎(chǔ)油的氧化為主導(dǎo)，而水對(duì)基礎(chǔ)油氧化起到促進(jìn)作用。隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，水分逐漸被消耗，油品的氧化速率逐漸降低，添加劑的分解對(duì)酸值的影響逐漸增強(qiáng)，酸值開(kāi)始降低。

3 結(jié)論

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中看出，水分的存在對(duì)100℃粘度和酸值都有影響，對(duì)粘度的影響更有規(guī)律性。油品粘度隨水含量的增加呈現(xiàn)先升高后輕微降低的趨勢(shì)，酸值受到基礎(chǔ)油氧化和添加劑分解兩方面因素的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹飛.潤(rùn)滑油性能下降影響因素分析與預(yù)防措施[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2020（10）：90-91.

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[3]夏壘，龍軍，趙毅，等.水和羧酸鈣對(duì)潤(rùn)滑油氧化產(chǎn)物聚集影響的分子動(dòng)力學(xué)[J].石油學(xué)報(bào)，2019，35（3）：440-448.

[4]阮少軍，費(fèi)逸偉，馬軍，等.鐵對(duì)合成航空潤(rùn)滑油氧化衰變的影響[J].合成潤(rùn)滑材料，2018，45（2）：4-7.

[5]張爽.淺談潤(rùn)滑油氧化安定性的影響因素[J].黑龍江科技信息，2013（25）：19.