風電機組專用潤滑劑
——變速箱齒輪油的研制與應用

崔陽，李元鴻

(遼寧海華科技股份有限公司，遼寧 鞍山 114229)

1 研究背景

我國的風能資源十分豐富，有資料顯示，我國水力資源儲量為7000萬kW，而風能儲量卻高達2.5億kW。因此，國家大力發(fā)展風力發(fā)電，風電產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展的時期，風機數(shù)量及裝機容量正飛速增長，作為重要基礎支撐的風電設備潤滑技術也隨之快速發(fā)展[1]。我國風電設備開發(fā)起步較晚，所以國內現(xiàn)已投產(chǎn)的風力發(fā)電機組專用潤滑劑初裝基本按原設計采用進口潤滑劑，目前國內風電用潤滑劑99%以上為進口油。隨著我國風電行業(yè)的不斷成熟，對風力發(fā)電機潤滑問題的認識加深，對風力發(fā)電機的潤滑要求、風場的潤滑管理及風力發(fā)電機的潤滑運營維護等工作逐漸受到重視。作為在戶外惡劣環(huán)境中長期運行的大型貴重精密機械，大型風力發(fā)電裝置的傳動系統(tǒng)對潤滑的要求非常高，如極高的承載能力以保障設備重載、振動、頻繁啟停的工況條件下不發(fā)生擦傷膠合；極高的抗磨、抗點蝕以延長設備壽命；高效減摩以提高風電轉化效率，低毒、無毒以不污染環(huán)境等[2]。

開發(fā)風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油，以有效防止風機主變速箱齒輪運轉過程中的磨損和延長風機的使用壽命為目標，同時改善我國風電企業(yè)沉重的潤滑油脂消耗成本和潤滑維護成本過大的局面，減少對國外進口的依賴。

2 技術研究

風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油采用進口合成型超高指數(shù)優(yōu)質基礎油，添加高性能復合劑并復配特種功能單劑調合而成，性能達到了最高水平。為提高產(chǎn)品的研發(fā)水平，項目建立之初，參照國外風電潤滑產(chǎn)品的標準、風電制造商對潤滑劑的要求以及我國風場的自然環(huán)境特點，制定了風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油產(chǎn)品的研發(fā)目標，見表1。

表1 風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油的研制目標

風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油研制工作重點在于基礎油及添加劑的選擇。根據(jù)制定的研發(fā)目標，根據(jù)研制產(chǎn)品的性能特點，采用三羥甲基丙烷辛酸酯和聚α- 烯烴為基礎油。三羥甲基丙烷辛酸酯具有高黏度指數(shù)、低傾點、低揮發(fā)、無毒、與多數(shù)礦物油及合成油可任意互溶，可降解的優(yōu)點[3]；與性能優(yōu)良且價格適中的聚α-烯烴進行調合，得到風電設備齒輪油的理想基礎油組分。根據(jù)產(chǎn)品的性能特點和應用領域，選用風電專用復合劑和單劑復配調合。為減少齒輪表面過早損壞，油品要具有抗微點蝕性能；減少潤滑部件的磨損，要具有極好的承載能力和抗磨性能；抑制油品氧化物質的生成要具有良好的氧化安定性。具體試驗采用正交設計等方法對基礎油及添加劑進行了大量的篩選、考查試驗，并分別對抗微點蝕性、極壓抗磨性、熱氧化安定性、及配方穩(wěn)定性等主要性能指標做了詳細的研究評價工作。最終確定的產(chǎn)品配方在性能方面完全達到研制目標的要求，部分指標超過了國外產(chǎn)品的水平。研制的風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油在基礎油和添加劑的選擇方面具有一定創(chuàng)新性，在保證油品具備良好理化性能的同時，還具有突出的環(huán)保性能及良好的生物降解能力。表2為研制產(chǎn)品的主要典型數(shù)據(jù)。

表2 風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油典型數(shù)據(jù)

表2(續(xù))

在變速箱齒輪油實驗室配方及工藝的基礎上，對產(chǎn)品進行了中試試驗，對新產(chǎn)品進行了50～100倍的中試放大，進一步驗證并完善了實驗室確定的各項工藝條件及要求。同時，對中試產(chǎn)品進行了全面的指標評定，評定結果顯示，產(chǎn)品各項技術指標達到了目標要求，批次穩(wěn)定性良好。

3 國外同類產(chǎn)品性能對比

風電齒輪箱多采用多級平行軸行星斜齒輪變速箱，風電設備中葉片以較低速度經(jīng)過增速齒輪箱系統(tǒng)實現(xiàn)轉速的提高，再傳遞給電機形成發(fā)電[4]。在這一過程中，齒輪箱的增速比一般為1∶67.4(金風科技750 kW機型)，可形成高達363 kN·m的扭矩，齒輪將承受由此形成的極大應力。

風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油采用進口合成型超高指數(shù)優(yōu)質基礎油，添加超級復合劑并復配特種功能單劑調合而成，性能達到了最高水平。性能特點可概括為：出色的抗微點蝕性能，保護齒輪，避免過早損壞；優(yōu)異的氧化安定性、高溫穩(wěn)定性，延長換油周期；優(yōu)異的潤滑特性、黏溫特性，延長油品使用壽命；突出的防銹和防腐蝕性能，對野外設備起到很好的保護；卓越的分水性能，保障齒輪表面的均勻潤滑，與國外品牌產(chǎn)品性能對比見表3。

表3 風電機組發(fā)電機變速箱齒輪油與國外品牌產(chǎn)品性能對比

表3(續(xù))

4 風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油應用

內蒙古某風電場的金風S750 kW風電機組79#風機在2013年6月開始使用海華風電機組專用潤滑劑——320#變速箱齒輪油。在3年的使用過程中，從氧化變質程度、磨損兩方面對海華風電機組專用潤滑劑——320#變速箱齒輪油進行跟蹤監(jiān)測，監(jiān)測結果表明，320#變速箱齒輪油各項性能指標穩(wěn)定，滿足設備的使用要求[5]。

4.1 氧化變質程度

4.1.1 運動黏度

風電齒輪油經(jīng)過長時間使用后，其運動黏度可能因氧化變質而上升，也可能因機械剪切作用而下降。質量好的風電齒輪油應具有較好的黏度保持性，其運動黏度在使用過程中變化幅度應盡可能小。海華風電機組專用潤滑劑——320#變速箱齒輪油在使用過程中的40 ℃運動黏度變化見圖1。

圖1 40 ℃運動黏度變化曲線

由圖1可以看出，在監(jiān)測過程中，320#變速箱齒輪油40 ℃運動黏度的變化在正常范圍，即新油運動黏度的±20%范圍內變化，基本保持穩(wěn)定，說明其具有較好的抗剪切和抗氧化性能。

4.1.2 酸值

齒輪油中的酸性組分主要來自有機酸和酸性添加劑。對于新油而言，由于配方體系不同，相對級別油品的酸值可能會有較大差別；對于在用油而言，酸值降低表示油中酸性添加劑的損耗，酸值升高表示油品被氧化而生成酸性物質。齒輪油在使用過程中因氧化生成的有機酸會對機械部件造成腐蝕。在油液監(jiān)測中，酸值是判斷設備潤滑狀況和油品抗氧抗腐性能的重要指標。320#變速箱齒輪油在使用過程中的酸值變化見圖2。

圖2 酸值變化曲線

由圖2可以看出，320#變速箱齒輪油在監(jiān)測期內酸值基本保持穩(wěn)定，說明其具有較好的抗氧、抗腐性能。

4.2 磨損情況

運轉設備無法避免地會產(chǎn)生磨損，潤滑的目的就是將磨損控制在一個比較低的程度。監(jiān)測潤滑油中的金屬元素含量，主要是分析、判斷齒輪及軸承的磨損程度。風機齒輪箱的材質為鐵，軸承的主要成分為銅和鉛。

4.2.1 鐵含量

320#變速箱齒輪油在使用過程中的鐵含量變化見圖3。

圖3 鐵含量變化曲線

由圖3可以看出，320#變速箱齒輪油在使用期內鐵含量控制在10 μg/g以下，而鐵含量報警參考值為50～100 μg/g，大于100 μg/g需換油，說明其鐵含量在正常范圍內波動，風機齒輪箱的齒輪磨損狀態(tài)正常，能有效降低齒輪磨損。

4.2.2 銅含量、鉛含量

320#變速箱齒輪油在使用過程中的銅含量、鉛含量變化見圖4、圖5。

圖4 銅含量變化曲線

圖5 鉛含量變化曲線

由圖4、圖5可以看出，320#變速箱齒輪油在使用期內銅、鉛含量在使用過程中均保持在一個很低的水平，說明風機的齒輪箱軸承磨損狀態(tài)正常。

5 小結

本文介紹了風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油的標準要求及研制過程。海華風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油產(chǎn)品性能優(yōu)異，適用于環(huán)境溫度范圍變化大、工況苛刻、需要抗微點蝕性能防護的齒輪。

應用結果表明，海華風電機組專用潤滑劑——變速箱齒輪油具有優(yōu)異的氧化安定性和摩擦學性能，能夠滿足客戶對風電機組潤滑性能的要求。