水分對合成型風電齒輪油壽命的影響研究

崔建軍　楊偉　陳小雪　董天亮

摘 要：齒輪油對風力發電設備的正常運行有重要的作用，而油品的氧化會降低其性能指標，探究水含量對油品的粘度和酸值的影響對提升風電齒輪油的氧化安定性有重要的意義。氧化測試表明，油品的顏色隨著氧化時間的增加而變深，油品粘度隨著氧化時間的增加而逐漸增大，酸值隨氧化時間先升高后降低，水的存在會加速油品的氧化速率。

關鍵詞：風電齒輪油;水;氧化安定性;粘度;酸值

在能源危機和環境污染的雙重壓力下，大力發展可再生能源是新的發展趨勢，風力發電行業是新能源領域一個成功的商業化案例，近年來得到了快速的發展。由于風電機組的工作環境惡劣，長期在大溫差以及多工況的環境下作業，且風電機組的結構復雜，不可避免地會出現各種故障，且風電機組所處地理位置一般比較偏僻，機組又處于高空位置，使得在對產生故障的風電機組進行維修時的困難和需要投入人力、物力較一般地面裝備大，導致維修成本的劇增，同時，隨著風電機組運行年限增加，大量的風電機組超出質保期，其安全隱患不斷增加、造成運維的成本不斷升高，使得風電場的經濟效益嚴重下降，因此風電齒輪油的壽命及性能穩定性對風機起到尤為重要的作用。

隨著科學技術的發展，機械設備的運行速度越來越快、承載能力越來越大，摩擦副的摩擦力也逐漸增大，導致工作時齒輪油的油溫越來越高。在高溫的環境中，齒輪油氧化的速率也會被加速，齒輪油氧化后油品性能將會降低，進一步影響設備的正常運行，因此研究影響風電齒輪油氧化安定性的因素對潤滑油的使用有重要的意義[1-3]。

阮少軍[4]等研究了鐵對潤滑油氧化衰變的影響，研究發現當溫度低于230℃時，鐵對潤滑油的氧化衰變幾乎沒有影響，而高于230℃時，鐵對潤滑油的氧化衰變有催化作用。另外，溫度對潤滑油的氧化速率也有較大的影響，當溫度每升高10℃，氧化反應的速率就會加快1-2倍[5]。

由于風電齒輪油在使用的過程中不可避免的會混入少量水分，為了研究水分對潤滑油氧化作用的規律，以某風電齒輪油為樣油，考察了水分對潤滑油外觀、粘度以及酸值的影響作用，為進一步提升潤滑油的氧化安定性提供了理論依據。

1 實驗部分

實驗用水為湖南科爾頓水務有限公司生產的型號為GZY-P05-B的實驗室超水機處理后的一級純凈水選。選用風電齒輪油樣品本身含水量為30ppm，將所制一級純凈水和某風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，每天取樣測量各樣品的粘度和酸值。樣品的粘度通過上海神開石油儀器有限公司生產的型號為SYP1003-IX的石油產品運動粘度試驗器在實驗條件100℃下測試所得。樣品的酸值使用氫氧化鉀溶液進行滴定測得。

2 結果與討論

2.1 樣品顏色的變化

取含水量分別為0ppm、100ppm、300ppm、500ppm、700ppm的樣品。經過1天的氧化后，各油品的顏色沒有明顯差異，油品均保持透徹的狀態。經過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。說明水的存在會加速潤滑油的氧化，而且水含量越多，潤滑油的氧化速率越快。從第三天開始，油品顏色變為黑紅色說明潤滑油的氧化程度進一步加深。第4天取樣時，油品顏色均為黑色，此時，油品中的水已經被消耗殆盡，水對油品氧化的影響已經不明顯。第8天取完時，燒杯底部有沉積物，說明油品在氧化的過程中產生了油泥。

2.2 粘度（100℃）變化規律

2.2.1 粘度隨時間的變化規律

圖1所示為油品粘度隨時間的變化曲線。如圖所示，粘度總體隨時間呈現上升趨勢。分析認為主要原因是基礎油氧化時會產生氧化產物，而氧化物通常是粘度較大的物質，因此導致油品的粘度有所上升，隨著氧化時間的延長，氧化產物的含量逐漸積累。

2.2.2 粘度隨水含量的變化規律

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其氧化程度的加深，可見水分可以促進油品的氧化，生成高粘度的聚合物。在隨后的氧化過程中，油品的粘度隨水含量升高而呈現輕微下降趨勢，分析認為主要原因是少量的水分已經消耗完畢，水分無法起作用。

2.3 酸值變化規律

2.3.1 酸值隨時間的變化規律

油品的酸值隨時間先升高后降低，前4天酸值逐漸增大，隨后又逐漸降低。分析認為，開始由于水的存在，在短時間高溫氧化過程中主要發生基礎油的氧化反應而生成酸性物質，導致酸值升高。隨著氧化時間的延長，水分逐漸消耗，基礎油的氧化變緩，酸性添加劑發生降解導致堿性升高，酸值降低。

2.3.2 酸值隨水含量的變化規律

酸值隨水含量的不同而不同，酸值的變化受到基礎油氧化和添加劑分解兩方面因素的影響，基礎油氧化使酸值升高，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程中以基礎油的氧化為主導，而水對基礎油氧化起到促進作用。隨著氧化時間的延長，水分逐漸被消耗，油品的氧化速率逐漸降低，添加劑的分解對酸值的影響逐漸增強，酸值開始降低。

3 結論

從實驗結果中看出，水分的存在對100℃粘度和酸值都有影響，對粘度的影響更有規律性。油品粘度隨水含量的增加呈現先升高后輕微降低的趨勢，酸值受到基礎油氧化和添加劑分解兩方面因素的影響。

參考文獻：

[1]曹飛.潤滑油性能下降影響因素分析與預防措施[J].農機使用與維修，2020（10）：90-91.

[2]徐棟.風電用潤滑油中水分的危害及其檢測研究[J].城市建設理論研究，2019（08）：81.

[3]夏壘，龍軍，趙毅，等.水和羧酸鈣對潤滑油氧化產物聚集影響的分子動力學[J].石油學報，2019，35（3）：440-448.

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

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