風電場風機齒輪油劣化原因及對策

馮蜜佳 陳 陳 王詩琴

（華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

該文主要采用了油再生技術對風機齒輪油進行了恢復處理。有效解決了劣化油的問題，可以重新對其進行使用。對其進行開口杯老化試驗后，發現再生油的性能較好，與新油具有相同的屬性。該處理技術有效提高了風電場風機齒輪油的工作效率，提高了風電場的發電能力，使其故障問題得到了有效的解決。

1 風機齒輪油

在該文的研究過程中，由于其采用的聚α 烯烴合成型的齒輪油在使用的過程中具有較高的黏溫性、低溫流動性和高溫流動性，因此在風力發電機齒輪的潤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。首先能夠起到潤滑效果。在使用該齒輪油的過程中，可以在機械部件中，形成具有較高潤滑效果的油膜，可以有效地降低各個部件之間的摩擦力，由于部件之間的摩擦力引起部件表面的損傷會導致機械設備出現嚴重的質量問題，因此就無法在接下來的使用中保持較高的的運行效率。如果無法在短時間內處理該問題，就會導致損傷程度進一步擴大，造成嚴重的機組故障，影響機組運行。

其次，也具有較高的散熱效果。在使用潤滑油的過程中，由于潤滑油可以進行有效的循環流動，因此會將機械部件運行時產生的熱量帶走，從而避免機械設備在使用過程中產生溫度過高的問題[1]。

再次，具有一定的清洗效果。可以將機械部件在產生摩擦時產生的磨屑和一些雜質攜帶出去，并且可以使用風機濾芯進行收集，盡可能地降低機械設備的摩擦問題。

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

風機齒輪油是由基礎油和復合添加劑組成的。基礎油可以有效地保證風機齒輪油黏度的穩定性，同時由于其具有一定的低溫流動性，因此可以發揮潤滑油的基本作用。通常情況下，α 烯烴聚合而成的分級齒輪油是基礎油的組成部分。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性能和效果。同時，在使用該添加劑后，相關人員也可以對一些潛在的故障問題進行針對性的處理，避免在未來的使用過程中出現質量故障。由于機組的機械設備較為精密，因此需要通過添加劑來對其進行保養。

在機組的長期運行過程中，齒輪油，會與空氣接觸，從而發生一系列氧化反應，最終導致齒輪油出現劣化的現象，從而使各項性能出現較大程度的下降。如果該問題得不到有效的解決，就會在日后的生產過程中埋下較大的安全隱患，也會大大降低生產效率，那么就需要對該故障問題進行針對性的處理。在使用劣化齒輪油的過程中，風機齒輪的各項性能效果出現了較大程度的下降。該文主要針對某風力發電廠中的風電機齒輪油的劣化問題，進行相應的處理分析，需要采用齒輪油的再生技術，進行有效的處理，從而幫助齒輪油恢復到原本的性能指標，充分保證齒輪的使用壽命，以此降低運行過程中需要投入的成本。

2 油質情況

某風電場在長期的運行過程中，采用的是1.5 MW 雙饋式風力發電機，其內部的齒輪油箱容量為205 L。在過去6 年的運行過程中，始終沒有更換齒輪油。而在最近的一項機械設備的監測中，對其中一部分的齒輪油進行了抽樣檢查，發現其指標不佳，并且出現了嚴重的裂化現象。同時，對于同一批次的、還沒有投入使用的齒輪油進行監測和對比后發現，由于該運行過程中的油泡沫特征出現了較大程度的超標問題，因此運行的效果較為低下。在風機運行時的齒輪油里，出現了輕微銹蝕，通過測試發現風機中存在油泥。庫存新齒輪油的數據：新的齒輪油酸值為0.832 mg，泡沫特性為0/0；綜合磨損指數200 kgf；磨斑直徑為0.33 mm，無銹蝕；運動黏度333.94 m2/s。圖1 為無油泥析出效果圖。只有保證無油泥析出，才可以使該機械設備穩定地運行下去。

圖1 無油泥析出

3 問題分析

3.1 油質劣化成因

在風機正常的運行過程中，其使用的齒輪油一般會發生不同程度的劣化。造成該劣化問題的原因較復雜。在一定程度上是由于油品與氧氣的長期接觸從而導致一定程度的氧化反應。同時在油品添加劑的使用過程中，抗氧化劑能夠有效地阻止氧化反應的出現，但是隨著使用時間的增加，其抗氧化劑的含量會逐漸下降，從而導致其齒輪油的實際抗氧化能力出現較為明顯的下降。油品在氧化的作用下，會出現一些醛類、酮類以及羧酸類物質，這些都是極性劣化的產物。從外表進行觀察，會發現齒輪油顏色加深，而酸值也在一定程度上增大，雖然運動黏度并未發生較為明顯的變化，但是腐蝕與泡沫現象加重。

在齒輪油劣化發散的過程中，會使其中的PAO 分子鏈造成鏈式反應，以此加快了氧化反應的速率，慢慢地增加了劣化產物的積累程度。當油中的劣化產物逐漸飽和之后，就會析出一定的油泥物質。該油泥物質在覆蓋到機械設備上的時候，會對原本的油膜造成嚴重的破壞，嚴重影響散熱效果。風機的長期運行會使其冷卻單元出現風冷散熱器堵塞的問題，同時溫控閥也會逐漸失效。長期高強度的使用會使風機在運行過程中溫度提升，在一定程度上促進了劣化反應出現。

在長期的運行過程中，一些除雜濾芯的措施無法有效應對磨損作用，導致金屬的磨損顆粒出現在齒輪油中。這些金屬顆粒在一定程度上加速了劣化的反應出現，增加了劣化問題的嚴重程度。在風機現階段的使用過程中，齒輪油的指標降低導致油膜強度發生較為明顯的變化。同時其潤滑性能有一定程度的降低。一些機械部件出現了較為嚴重的腐蝕問題。其中，機組在散熱的過程中，其能力下降得較為明顯，嚴重地影響了發電效率，阻礙了風電機的安全運行[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度始終保持在合理的范圍內，這成為影響風機運行穩定性的重要因素。在未來風機機組的使用過程中，需要針對出現的問題進行調整和優化。相關人員可以使用一些新技術和新構件，有效地提高設備的運行效率，保證設備不會因為外界因素或者機械設備質量方面的影響而造成嚴重損傷。在機械設備的運行過程中，只有保障油膜性能無異常，才可以提升風電機組的運行性能。相關工作人員需要在日常的管理工作中，時刻關注油膜的參數，針對各類參數異常問題進行深入的研究和分析，并且提出相應的解決意見，形成動態化的管理模式，從而改善風電機組的運行效果。

3.2 劣化指標分析

首先是針對泡沫特征的超標問題進行分析。在對風機運行時的齒輪油進行監測后發現，在2 個風機中，其齒輪油都出現了不同程度的劣化產物導致其運行過程中，出現較多的油泥。之所以會造成泡沫超標，是因為受到了劣化產物的影響。在齒輪油發生劣化的過程中，會生成較多的強極性劣化產物。該劣化產物產生后，一旦齒輪油與空氣接觸，齒輪油表面分子的實際排列方式就會發生改變，表面張力也會受到影響，從而產生泡沫。

使用消泡劑后，泡沫的嚴重程度會隨著設備的運行而逐漸降低。消泡劑一般會作為新油的復合添加劑使用，可以有效地避免齒輪油中出現泡沫，隨著使用時間的延長，消泡劑的性能逐漸下降，齒輪油中泡沫的嚴重程度會逐漸增加。原因是現階段所使用的消泡劑的主要成分為硅油物質。在消泡劑使用的過程中，其性能呈不斷下降的趨勢。

其次，由于齒輪油在使用的過程中被污染，因此也會導致泡沫特征超標的問題出現。在長期的運行過程中，由于齒輪油會不同程度地接觸到一些金屬磨損物質、灰塵等，因此齒輪油會受到一定程度的污染。這些污染物會嚴重地影響到齒輪油的基本性能，甚至在一定程度上，會導致齒輪油的表面張力受到嚴重的影響，使齒輪油產生泡沫的具體傾向[3]。

在出現泡沫特性超標的問題后，齒輪油會受到造成較為嚴重的影響。首先是導致潤滑油的整體性能全面下降。由于齒輪油中有大量的氣泡，因此會導致機械零件中的油膜強度減小，油膜十分容易被擊穿，增大了機械設備在運行過程中的實際摩擦力。

同時，散熱能力也會降低一定的程度。在齒輪油中，由于存在大量的空氣，因此導致其冷卻功能受到嚴重的影響。這也導致了齒輪油發生較為嚴重的劣化問題，使其產生大量的氣泡，進一步促使其與空氣進行接觸，出現較為嚴重的氧化劣化問題[4]。

最后，該問題直接導致了齒輪油的損失問題。在長期使用過程中，受到泡沫的影響，潤滑油不斷地溢出，造成油料方面的嚴重損失。此時，再生油與新油的磨斑直徑會發生變化。劣化后齒輪油指標數據：酸值為0.651 mg，泡沫特性為0/0，綜合磨損指數4 620 kgf，磨斑直徑0.27 mm，無銹蝕，運動黏度320.14 m2/s。如圖2 所示，在該過程中，有油泥析出。

圖 2 有油泥析出

4 齒輪油再生處理

4.1 再生機理

齒輪油劣化反應的本質是其使用的齒輪油發生了氧化反應。在該反應過程中，其內部的油分子會在氧化的作用下出現共價鍵。C 原子與O 原子的電負性不同，2種原子相互影響會導致強電負性的原子產生。該類原子中的共享電子之間具有較強的吸引力。共享電子會不斷地向著共享電子的方向，產生較強的吸引力，二者逐漸靠近，導致了不均勻電荷的分布情況，最終導致了極性鍵的出現。通過這樣的方式使分子中的氧原子進入，使其分子的幾何結構發生一定的變化，直接導致分子的偶極矩出現較為嚴重的變化，劣化產物具有較強的強極性。根據產物的特征，有關領域便可以利用該劣化產物的強極性所產生的吸附效果，使齒輪油劣化后所產生的極性分子析出，從而處理劣化反應。從長期的實踐和研究的過程中發現，微孔極性誘導吸附劑可以在使用的過程中形成內部活性較強的分子，從而產生吸附的效果，作用于一些油品中，可以實現對極性劣化產物的吸附。采用該方法處理后，齒輪無油泥析出，各項數據與處理前基本一致[5]。

4.2 再生過程

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

5 結果以及討論

該研究得出了再生油指標、再生油性能穩定性評估以及酸值等結果。下面對結果進行論述和分析。

5.1 再生油指標

在該文的試驗過程中，對2 臺風機中所使用的齒輪油進行再生處理并重新投入使用后進行取樣分析。通過對其內部的指標進行詳細分析后的結果可以發現，2 個不同的風機齒輪油在使用過程中，性能得到了明顯的提升，泡沫特性出現了大幅度下降，充分滿足了運行的需求。再生油酸值較為明顯地下降，再生處理后的齒輪油的內部酸值明顯下降，有效去除了一些內部的劣化產物。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 再生油性能穩定性評估

為了有效避免再生油在使用過程中性能發生變化，需要在日常使用過程中，對其進行開口杯老化方面的試驗分析。同時要保證在設計和分析過程中，能夠在合理的模擬環境中了解其變化。

5.3 酸值

酸值可以很好地體現出潤滑油的劣化程度，是評價劣化嚴重程度的重要指標。酸值的增加說明潤滑油中的劣化反應增加。在酸值變化的分析過程中，數據結果可以體現出酸值的變化是否穩定。一旦酸值出現了大幅度的變化，就說明油品出現了較為嚴重的劣化反應。在對該文研究的樣品進行分析后發現，再生油的酸值變化并不明顯。可見，劣化處理效果較好。

在進行試驗并對其各項數據進行追蹤式的分析后發現，再生油在長期的使用過程中，具有較為合理的變化趨勢，因此是1 種較為合理的再生處理方式。

6 結語

綜上所述，由于風機中的齒輪油經過長期使用，其內部容易發生較為嚴重的劣化反應，因此就會導致油品中出現超標的問題，需要進行再生處理。工作人員對其進行處理并且經過試驗分析，得到了有效的劣化處理效果，滿足了風機運行過程中的運行需求。