風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)齒輪油劣化原因及對(duì)策

馮蜜佳 陳 陳 王詩(shī)琴

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

該文主要采用了油再生技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪油進(jìn)行了恢復(fù)處理。有效解決了劣化油的問(wèn)題，可以重新對(duì)其進(jìn)行使用。對(duì)其進(jìn)行開口杯老化試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)再生油的性能較好，與新油具有相同的屬性。該處理技術(shù)有效提高了風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)齒輪油的工作效率，提高了風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電能力，使其故障問(wèn)題得到了有效的解決。

1 風(fēng)機(jī)齒輪油

在該文的研究過(guò)程中，由于其采用的聚α 烯烴合成型的齒輪油在使用的過(guò)程中具有較高的黏溫性、低溫流動(dòng)性和高溫流動(dòng)性，因此在風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪的潤(rùn)滑油使用中得到了廣泛的推廣。

該齒輪油具有多種作用和功能。首先能夠起到潤(rùn)滑效果。在使用該齒輪油的過(guò)程中，可以在機(jī)械部件中，形成具有較高潤(rùn)滑效果的油膜，可以有效地降低各個(gè)部件之間的摩擦力，由于部件之間的摩擦力引起部件表面的損傷會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，因此就無(wú)法在接下來(lái)的使用中保持較高的的運(yùn)行效率。如果無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)處理該問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷程度進(jìn)一步擴(kuò)大，造成嚴(yán)重的機(jī)組故障，影響機(jī)組運(yùn)行。

其次，也具有較高的散熱效果。在使用潤(rùn)滑油的過(guò)程中，由于潤(rùn)滑油可以進(jìn)行有效的循環(huán)流動(dòng)，因此會(huì)將機(jī)械部件運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，從而避免機(jī)械設(shè)備在使用過(guò)程中產(chǎn)生溫度過(guò)高的問(wèn)題[1]。

再次，具有一定的清洗效果?？梢詫C(jī)械部件在產(chǎn)生摩擦?xí)r產(chǎn)生的磨屑和一些雜質(zhì)攜帶出去，并且可以使用風(fēng)機(jī)濾芯進(jìn)行收集，盡可能地降低機(jī)械設(shè)備的摩擦問(wèn)題。

最后，該齒輪油也具有較高的防腐性能，在使用的過(guò)程中，由于齒輪油附著于金屬的表面，使設(shè)備與空氣有效地隔絕，同時(shí)避免了與水分進(jìn)行接觸，因此產(chǎn)生了較高的防腐蝕效果。

風(fēng)機(jī)齒輪油是由基礎(chǔ)油和復(fù)合添加劑組成的。基礎(chǔ)油可以有效地保證風(fēng)機(jī)齒輪油黏度的穩(wěn)定性，同時(shí)由于其具有一定的低溫流動(dòng)性，因此可以發(fā)揮潤(rùn)滑油的基本作用。通常情況下，α 烯烴聚合而成的分級(jí)齒輪油是基礎(chǔ)油的組成部分。添加劑的主要成分是防腐劑、防銹劑以及擠壓抗磨劑等，可以使齒輪油起到抗氧化、抗腐蝕以及抗磨的作用，充分保證齒輪油的各項(xiàng)性能和效果。同時(shí)，在使用該添加劑后，相關(guān)人員也可以對(duì)一些潛在的故障問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的處理，避免在未來(lái)的使用過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量故障。由于機(jī)組的機(jī)械設(shè)備較為精密，因此需要通過(guò)添加劑來(lái)對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)。

在機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，齒輪油，會(huì)與空氣接觸，從而發(fā)生一系列氧化反應(yīng)，最終導(dǎo)致齒輪油出現(xiàn)劣化的現(xiàn)象，從而使各項(xiàng)性能出現(xiàn)較大程度的下降。如果該問(wèn)題得不到有效的解決，就會(huì)在日后的生產(chǎn)過(guò)程中埋下較大的安全隱患，也會(huì)大大降低生產(chǎn)效率，那么就需要對(duì)該故障問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的處理。在使用劣化齒輪油的過(guò)程中，風(fēng)機(jī)齒輪的各項(xiàng)性能效果出現(xiàn)了較大程度的下降。該文主要針對(duì)某風(fēng)力發(fā)電廠中的風(fēng)電機(jī)齒輪油的劣化問(wèn)題，進(jìn)行相應(yīng)的處理分析，需要采用齒輪油的再生技術(shù)，進(jìn)行有效的處理，從而幫助齒輪油恢復(fù)到原本的性能指標(biāo)，充分保證齒輪的使用壽命，以此降低運(yùn)行過(guò)程中需要投入的成本。

2 油質(zhì)情況

某風(fēng)電場(chǎng)在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，采用的是1.5 MW 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其內(nèi)部的齒輪油箱容量為205 L。在過(guò)去6 年的運(yùn)行過(guò)程中，始終沒有更換齒輪油。而在最近的一項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測(cè)中，對(duì)其中一部分的齒輪油進(jìn)行了抽樣檢查，發(fā)現(xiàn)其指標(biāo)不佳，并且出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂化現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)于同一批次的、還沒有投入使用的齒輪油進(jìn)行監(jiān)測(cè)和對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，由于該運(yùn)行過(guò)程中的油泡沫特征出現(xiàn)了較大程度的超標(biāo)問(wèn)題，因此運(yùn)行的效果較為低下。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的齒輪油里，出現(xiàn)了輕微銹蝕，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)中存在油泥。庫(kù)存新齒輪油的數(shù)據(jù)：新的齒輪油酸值為0.832 mg，泡沫特性為0/0；綜合磨損指數(shù)200 kgf；磨斑直徑為0.33 mm，無(wú)銹蝕；運(yùn)動(dòng)黏度333.94 m2/s。圖1 為無(wú)油泥析出效果圖。只有保證無(wú)油泥析出，才可以使該機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定地運(yùn)行下去。

圖1 無(wú)油泥析出

3 問(wèn)題分析

3.1 油質(zhì)劣化成因

在風(fēng)機(jī)正常的運(yùn)行過(guò)程中，其使用的齒輪油一般會(huì)發(fā)生不同程度的劣化。造成該劣化問(wèn)題的原因較復(fù)雜。在一定程度上是由于油品與氧氣的長(zhǎng)期接觸從而導(dǎo)致一定程度的氧化反應(yīng)。同時(shí)在油品添加劑的使用過(guò)程中，抗氧化劑能夠有效地阻止氧化反應(yīng)的出現(xiàn)，但是隨著使用時(shí)間的增加，其抗氧化劑的含量會(huì)逐漸下降，從而導(dǎo)致其齒輪油的實(shí)際抗氧化能力出現(xiàn)較為明顯的下降。油品在氧化的作用下，會(huì)出現(xiàn)一些醛類、酮類以及羧酸類物質(zhì)，這些都是極性劣化的產(chǎn)物。從外表進(jìn)行觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)齒輪油顏色加深，而酸值也在一定程度上增大，雖然運(yùn)動(dòng)黏度并未發(fā)生較為明顯的變化，但是腐蝕與泡沫現(xiàn)象加重。

在齒輪油劣化發(fā)散的過(guò)程中，會(huì)使其中的PAO 分子鏈造成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，以此加快了氧化反應(yīng)的速率，慢慢地增加了劣化產(chǎn)物的積累程度。當(dāng)油中的劣化產(chǎn)物逐漸飽和之后，就會(huì)析出一定的油泥物質(zhì)。該油泥物質(zhì)在覆蓋到機(jī)械設(shè)備上的時(shí)候，會(huì)對(duì)原本的油膜造成嚴(yán)重的破壞，嚴(yán)重影響散熱效果。風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使其冷卻單元出現(xiàn)風(fēng)冷散熱器堵塞的問(wèn)題，同時(shí)溫控閥也會(huì)逐漸失效。長(zhǎng)期高強(qiáng)度的使用會(huì)使風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中溫度提升，在一定程度上促進(jìn)了劣化反應(yīng)出現(xiàn)。

在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，一些除雜濾芯的措施無(wú)法有效應(yīng)對(duì)磨損作用，導(dǎo)致金屬的磨損顆粒出現(xiàn)在齒輪油中。這些金屬顆粒在一定程度上加速了劣化的反應(yīng)出現(xiàn)，增加了劣化問(wèn)題的嚴(yán)重程度。在風(fēng)機(jī)現(xiàn)階段的使用過(guò)程中，齒輪油的指標(biāo)降低導(dǎo)致油膜強(qiáng)度發(fā)生較為明顯的變化。同時(shí)其潤(rùn)滑性能有一定程度的降低。一些機(jī)械部件出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。其中，機(jī)組在散熱的過(guò)程中，其能力下降得較為明顯，嚴(yán)重地影響了發(fā)電效率，阻礙了風(fēng)電機(jī)的安全運(yùn)行[2]。如果齒輪油具有較為良好的性能，那么就可以使其油膜強(qiáng)度始終保持在合理的范圍內(nèi)，這成為影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要因素。在未來(lái)風(fēng)機(jī)機(jī)組的使用過(guò)程中，需要針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。相關(guān)人員可以使用一些新技術(shù)和新構(gòu)件，有效地提高設(shè)備的運(yùn)行效率，保證設(shè)備不會(huì)因?yàn)橥饨缫蛩鼗蛘邫C(jī)械設(shè)備質(zhì)量方面的影響而造成嚴(yán)重?fù)p傷。在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，只有保障油膜性能無(wú)異常，才可以提升風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能。相關(guān)工作人員需要在日常的管理工作中，時(shí)刻關(guān)注油膜的參數(shù)，針對(duì)各類參數(shù)異常問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和分析，并且提出相應(yīng)的解決意見，形成動(dòng)態(tài)化的管理模式，從而改善風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效果。

3.2 劣化指標(biāo)分析

首先是針對(duì)泡沫特征的超標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行分析。在對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的齒輪油進(jìn)行監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，在2 個(gè)風(fēng)機(jī)中，其齒輪油都出現(xiàn)了不同程度的劣化產(chǎn)物導(dǎo)致其運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)較多的油泥。之所以會(huì)造成泡沫超標(biāo)，是因?yàn)槭艿搅肆踊a(chǎn)物的影響。在齒輪油發(fā)生劣化的過(guò)程中，會(huì)生成較多的強(qiáng)極性劣化產(chǎn)物。該劣化產(chǎn)物產(chǎn)生后，一旦齒輪油與空氣接觸，齒輪油表面分子的實(shí)際排列方式就會(huì)發(fā)生改變，表面張力也會(huì)受到影響，從而產(chǎn)生泡沫。

使用消泡劑后，泡沫的嚴(yán)重程度會(huì)隨著設(shè)備的運(yùn)行而逐漸降低。消泡劑一般會(huì)作為新油的復(fù)合添加劑使用，可以有效地避免齒輪油中出現(xiàn)泡沫，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，消泡劑的性能逐漸下降，齒輪油中泡沫的嚴(yán)重程度會(huì)逐漸增加。原因是現(xiàn)階段所使用的消泡劑的主要成分為硅油物質(zhì)。在消泡劑使用的過(guò)程中，其性能呈不斷下降的趨勢(shì)。

其次，由于齒輪油在使用的過(guò)程中被污染，因此也會(huì)導(dǎo)致泡沫特征超標(biāo)的問(wèn)題出現(xiàn)。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，由于齒輪油會(huì)不同程度地接觸到一些金屬磨損物質(zhì)、灰塵等，因此齒輪油會(huì)受到一定程度的污染。這些污染物會(huì)嚴(yán)重地影響到齒輪油的基本性能，甚至在一定程度上，會(huì)導(dǎo)致齒輪油的表面張力受到嚴(yán)重的影響，使齒輪油產(chǎn)生泡沫的具體傾向[3]。

在出現(xiàn)泡沫特性超標(biāo)的問(wèn)題后，齒輪油會(huì)受到造成較為嚴(yán)重的影響。首先是導(dǎo)致潤(rùn)滑油的整體性能全面下降。由于齒輪油中有大量的氣泡，因此會(huì)導(dǎo)致機(jī)械零件中的油膜強(qiáng)度減小，油膜十分容易被擊穿，增大了機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際摩擦力。

同時(shí)，散熱能力也會(huì)降低一定的程度。在齒輪油中，由于存在大量的空氣，因此導(dǎo)致其冷卻功能受到嚴(yán)重的影響。這也導(dǎo)致了齒輪油發(fā)生較為嚴(yán)重的劣化問(wèn)題，使其產(chǎn)生大量的氣泡，進(jìn)一步促使其與空氣進(jìn)行接觸，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的氧化劣化問(wèn)題[4]。

最后，該問(wèn)題直接導(dǎo)致了齒輪油的損失問(wèn)題。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，受到泡沫的影響，潤(rùn)滑油不斷地溢出，造成油料方面的嚴(yán)重?fù)p失。此時(shí)，再生油與新油的磨斑直徑會(huì)發(fā)生變化。劣化后齒輪油指標(biāo)數(shù)據(jù)：酸值為0.651 mg，泡沫特性為0/0，綜合磨損指數(shù)4 620 kgf，磨斑直徑0.27 mm，無(wú)銹蝕，運(yùn)動(dòng)黏度320.14 m2/s。如圖2 所示，在該過(guò)程中，有油泥析出。

圖 2 有油泥析出

4 齒輪油再生處理

4.1 再生機(jī)理

齒輪油劣化反應(yīng)的本質(zhì)是其使用的齒輪油發(fā)生了氧化反應(yīng)。在該反應(yīng)過(guò)程中，其內(nèi)部的油分子會(huì)在氧化的作用下出現(xiàn)共價(jià)鍵。C 原子與O 原子的電負(fù)性不同，2種原子相互影響會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)電負(fù)性的原子產(chǎn)生。該類原子中的共享電子之間具有較強(qiáng)的吸引力。共享電子會(huì)不斷地向著共享電子的方向，產(chǎn)生較強(qiáng)的吸引力，二者逐漸靠近，導(dǎo)致了不均勻電荷的分布情況，最終導(dǎo)致了極性鍵的出現(xiàn)。通過(guò)這樣的方式使分子中的氧原子進(jìn)入，使其分子的幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的變化，直接導(dǎo)致分子的偶極矩出現(xiàn)較為嚴(yán)重的變化，劣化產(chǎn)物具有較強(qiáng)的強(qiáng)極性。根據(jù)產(chǎn)物的特征，有關(guān)領(lǐng)域便可以利用該劣化產(chǎn)物的強(qiáng)極性所產(chǎn)生的吸附效果，使齒輪油劣化后所產(chǎn)生的極性分子析出，從而處理劣化反應(yīng)。從長(zhǎng)期的實(shí)踐和研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，微孔極性誘導(dǎo)吸附劑可以在使用的過(guò)程中形成內(nèi)部活性較強(qiáng)的分子，從而產(chǎn)生吸附的效果，作用于一些油品中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)極性劣化產(chǎn)物的吸附。采用該方法處理后，齒輪無(wú)油泥析出，各項(xiàng)數(shù)據(jù)與處理前基本一致[5]。

4.2 再生過(guò)程

再生過(guò)程主要是在使用齒輪油的過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行再生處理工作，將劣化齒輪油進(jìn)行充分的加熱處理，在達(dá)到60 ℃之后，使用極性誘導(dǎo)吸附劑所制成的濾芯，對(duì)劣化油進(jìn)行物理方面的吸附，然后其除雜濾芯，從而有效去除劣化油中的一些雜質(zhì)。

5 結(jié)果以及討論

該研究得出了再生油指標(biāo)、再生油性能穩(wěn)定性評(píng)估以及酸值等結(jié)果。下面對(duì)結(jié)果進(jìn)行論述和分析。

5.1 再生油指標(biāo)

在該文的試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)2 臺(tái)風(fēng)機(jī)中所使用的齒輪油進(jìn)行再生處理并重新投入使用后進(jìn)行取樣分析。通過(guò)對(duì)其內(nèi)部的指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析后的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，2 個(gè)不同的風(fēng)機(jī)齒輪油在使用過(guò)程中，性能得到了明顯的提升，泡沫特性出現(xiàn)了大幅度下降，充分滿足了運(yùn)行的需求。再生油酸值較為明顯地下降，再生處理后的齒輪油的內(nèi)部酸值明顯下降，有效去除了一些內(nèi)部的劣化產(chǎn)物。再生處理后的齒輪油，可以有效地投入使用，符合使用的基本要求。

5.2 再生油性能穩(wěn)定性評(píng)估

為了有效避免再生油在使用過(guò)程中性能發(fā)生變化，需要在日常使用過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行開口杯老化方面的試驗(yàn)分析。同時(shí)要保證在設(shè)計(jì)和分析過(guò)程中，能夠在合理的模擬環(huán)境中了解其變化。

5.3 酸值

酸值可以很好地體現(xiàn)出潤(rùn)滑油的劣化程度，是評(píng)價(jià)劣化嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。酸值的增加說(shuō)明潤(rùn)滑油中的劣化反應(yīng)增加。在酸值變化的分析過(guò)程中，數(shù)據(jù)結(jié)果可以體現(xiàn)出酸值的變化是否穩(wěn)定。一旦酸值出現(xiàn)了大幅度的變化，就說(shuō)明油品出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的劣化反應(yīng)。在對(duì)該文研究的樣品進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，再生油的酸值變化并不明顯?？梢?，劣化處理效果較好。

在進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)其各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤式的分析后發(fā)現(xiàn)，再生油在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，具有較為合理的變化趨勢(shì)，因此是1 種較為合理的再生處理方式。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于風(fēng)機(jī)中的齒輪油經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，其內(nèi)部容易發(fā)生較為嚴(yán)重的劣化反應(yīng)，因此就會(huì)導(dǎo)致油品中出現(xiàn)超標(biāo)的問(wèn)題，需要進(jìn)行再生處理。工作人員對(duì)其進(jìn)行處理并且經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析，得到了有效的劣化處理效果，滿足了風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)行需求。