粘度對風電用齒輪油潤滑性能的影響

設備潤滑管理是風電運維過程中的一項重要內容，而粘度是潤滑油性能的Z重要理化性能指標之一，也是油液監(jiān)測過程中關注度Z高的指標之一，粘度控制在合理范圍內是滿足設備潤滑要求的必要條件之一，并且可通過粘度的變化趨勢也可間接地反映設備運行的狀態(tài)。

風電用齒輪油運動粘度的選擇

粘度是物質流動時內摩擦力的量度，是潤滑油性能的重要指標之一，它一般隨溫度的升高而降低。絕大多數(shù)潤滑油是根據(jù)其粘度等級來制定牌號的，這也是設備選油用油的主要依據(jù)。

潤滑油粘度的選擇對設備安全、穩(wěn)定、高效運行至關重要，潤滑油粘度的變化會很大程度影響潤滑效果，潤滑油在合理的粘度時會形成較豐厚油膜，使油膜在各種溫度下將風電機組部件隔開，防止接觸面磨損造成磨損，同時可減小摩擦并降低能量損失。

IEC 61400-4標準中對風電用潤滑油的粘度規(guī)定:潤滑油粘度等級應以齒輪箱中潤滑油的運行溫度、油液的粘度指數(shù)、齒輪運行的線速度等為基礎進行選擇。因風電機組普遍應用增速齒輪箱，其齒輪箱輸入和輸出端的軸速差別較大，此時應盡量滿足輸入端低速齒輪的潤滑需求。通常由以下經驗公式得出設備所需的潤滑油粘度等級:

Vao  500·V。 -0.5

Va。一油品40℃時的運動粘度，單位為mm²/s

V。一齒輪設計的運行時線速度，單位為m/s

根據(jù)以上結論得風電機組正常潤滑油粘度在320mm²/s，目前業(yè)界普遍采用的風電齒輪油粘度控制標準為:正常粘度中值士巧%，即320 mm²/:粘度的齒輪油，其可接受的使用區(qū)間為272-368 mm²/s之間。

粘度的檢測結果

根據(jù)我實驗室近兩年的對風電用齒輪油的監(jiān)測結果，粘度超標的案例在故障案例中的占比為34%，為占比Z多的指標。

而在粘度超標的案例中，絕大多數(shù)案例為粘度降低引起，占比達到95%以上，粘度升高的占比較小。

影響潤滑油粘度的因素

溫度對齒輪油粘度的影響

齒輪油粘度一般隨著溫度的升高而降低，以下是三種常用的風電齒輪油的粘度隨溫度的變化曲線:

在風電設備運行過程中，過高或過低的溫度齒輪箱都不能正常運行，嚴重時設備會自動停機。這是因為:溫度過低時，齒輪油的流動性差甚至凝固，無法通過潤滑管路分配到各潤滑點，造成設備潤滑不良，同時內摩擦力變大，會出現(xiàn)短暫干摩擦，引起零部件表面嚴重磨損;低溫啟動時，一般風電機組會在齒輪箱底部進行加熱棒加熱，使油溫達到合理溫度方可啟動。溫度過高時，齒輪油的粘度過低，油膜支撐能力降低，易形成邊界潤滑，增加摩擦副的磨損，同時其密封效果也會差，易引起漏油，再者高溫也會對齒輪油的氧化產生促進作用，加速齒輪油的劣化;一般風電機組的齒輪箱溫度控制在80℃左右，高于此溫度設備將會自動停機。

水分對齒輪油粘度的影響

在風電機組齒輪油監(jiān)測中，Z常見的是乳化現(xiàn)象及油水分層的情況，如圖2所示:

這兩種情況下對潤滑油粘度的影響如表2所示:

據(jù)表2結果，齒輪油乳化后其粘度變化不大，油水分層的樣品搖勻后其粘度明顯增大，但兩種含水的情況都會對齒輪箱的齒面造成腐蝕(見圖3)，同時水分的加入會使?jié)櫥蜔o法形成連續(xù)的油膜，從而造成設備的異常磨損，這從表2中鐵磁顆粒含量的異常升高可以看出。

原因分析:晝夜溫差較大，齒輪箱呼吸孔和干燥器沒有日常維護，冷凝水長時間聚集;現(xiàn)場油品儲存在潮濕環(huán)境。建議及時更換齒輪箱呼吸孔干燥劑，并將油品儲存在陰涼干燥處。

設備的異常磨損對潤滑的影響

當前常見的風電齒?油多為合成油，其基礎油多為長鏈的聚a烯烴，當設備發(fā)生異常磨損時，接觸的摩擦副會將齒輪油中長鏈的聚合物剪切為短鏈的化合物，從而使齒輪油的粘度降低，粘度降低后的齒輪油無法形成有效的油膜，從而加劇設備磨損，使齒輪油再次受到磨損剪切，形成惡性循環(huán)。

該現(xiàn)象初了控制齒輪油的粘度之外，也可間接的監(jiān)測設備磨損:某風場在油液監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)粘度在2015年3月異常降低，隨后兩次復檢也在270mmZ/S左右，同時發(fā)現(xiàn)其磨損鐵元素含量隨之升高，現(xiàn)場內窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)齒面有劃傷和壓痕，如圖5所示。

油品混用對潤滑油的影響

由于油品儲存時不注意分類、分區(qū)存放，人員稀缺，易造成油品的錯用或混用，給設備造成了安全隱患。出現(xiàn)的案例:液壓油混入齒輪箱的齒輪油中，如圖6所示:

由圖6可見，前兩次監(jiān)測中齒輪油粘度正常，第三次粘度顯著降低，之后取樣復檢也出現(xiàn)粘度降低情況，同時伴有鐵元素升高、PQ指數(shù)升高、氧化指數(shù)升高的現(xiàn)象;監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)樣品中出現(xiàn)大量鋅元素，該機組所用的正常齒輪油中不含鋅，而其使用的液壓油中含有鋅。由此我們推斷該齒輪油粘度的降低是因為液壓油混入齒輪油中所導致，油品混用后出現(xiàn)設備磨損跡象。建議將油品貼標簽存放，以免出現(xiàn)類似情況。

粘度的變化對磨損的影響

異常磨損是設備管理中Z常見的故障類型，為考察粘度對設備磨損的影響，我們通過四球式摩擦實驗進行驗證，實驗的四個樣品分別為:粘度270mm²/s ,290mm²/s, 320mm²/s, 590mm²s，其中前三個樣品為含水量正常的樣品，第四個樣品為含水量異常升高樣品(油水分層);其實驗結果如圖7所示:風電用齒輪油在320mm²/s左右時，其磨斑直徑Z小，當粘度降低或升高時，磨斑直徑都會增大，且粘度降低時磨斑增大的更快。這說明:粘度降低時油膜會變薄，磨損量會上升;含水量異常升高時，水分會將油膜分離，無法形成連續(xù)的油膜，磨損量也會上升。

本文通過影響運動粘度的因素進行了分析，并對粘度對設備的磨損影響進行了實驗說明，結論表明:溫度、水分、設備的異常磨損、油品混用等因素都會對粘度產生影響;粘度的增大或減小都會引起設備的異常磨損。

【來源：風能產業(yè)】