通過監測風機齒輪油指標評價設備運行狀態

賈 敏

(南京潤道油液監測技術有限公司，江蘇 南京 211106)

1 潤滑油指標分類及意義

1.1 潤滑油基礎指標

1.1.1 運動黏度分析

運動黏度主要指的是在流體流動過程中產生摩擦力的量度。不管黏度展現提高，還是降低的趨勢，都極易對油品性能產生一定的影響，致使其品質出現改變，通過實踐可知，適宜的黏度指數能夠保證其在流體持續潤滑的情況下保持一定厚度的油膜，讓機械設備齒輪有一定的承載性。

1.1.2 水分分析

關于水分對金屬產生的腐蝕影響通常能夠從以下幾個層面進行分析：首先，水分會直接促使金屬部件產生“銹斑”，而這便是所謂的金屬腐蝕。其次，部分酸性腐蝕物質若是溶解于水中，便會加劇金屬腐蝕問題。

1.1.3 酸值分析

新的或在用的石油產品中可能有一些以添加劑形式，或在使用過程中的降解(如氧化物)產物形式存在的酸性組份。酸值反映的是在指定條件下測得的這些物質在油品中的量。酸值可作為潤滑油配方質量控制的指標。有時也可用來測定潤滑油在使用過程中的降解情況。

1.2 潤滑油磨損指標

1.2.1 元素分析

元素分析指借助X熒光光譜或是原子發射光等相關離子光譜對各種金屬元素含量進行檢測。在這其中還涉及到非金屬元素，例如磷與硫等的測定。借助元素分析，能夠對以下三種情況予以精準判斷：首先，針對磨損金屬，能夠根據磨損金屬自身含量走向，對各類部件磨損情況予以確定[1]。其次，針對部分污染元素，能夠借助測定結果對油品污染原因和實際污染情況進行確定。最后，針對各類添加劑元素，能夠借助其對機械設備之中添加劑實際損耗情況予以確認。

1.2.2 鐵磁性顆粒分析(PQ值)

一般被測油液中的鐵磁性磨損顆粒，在穿過或流入電感線圈時，會發生電感線圈阻抗變化，通過這些變化可以發現以下幾點：第一，鐵磁性顆粒總量；第二，鐵磁性顆粒尺寸及數量[2]。根據摩擦磨損理論證明，往往設備產生的磨損顆粒總量和尺寸大小與其磨損程度呈現正比。

1.2.3 鐵譜定性分析

指利用高梯度的強磁場將潤滑油中所含的機械磨損碎屑按照其磨粒大小有序的分離出來，通過對磨屑的形狀、大小、成分、數量和粒度分布等進行定性與定量的觀察，以判斷設備磨損狀況，預報零部件的失效[2]。鐵譜分析法測定的主要內容：磨粒濃度和大小，磨粒形貌(反應磨粒產生原因和機理)，磨粒成分(反應產生的部位)[3]。其特點在于能獲得較寬的磨粒尺寸檢驗范圍，同時獲得磨粒的多種信息。

1.2.4 顆粒污染度分析

油液污染主要為單位體積油液之內固體顆粒污染物含量和油液之內固體顆粒污染度的具體濃度[4]。一直以來，油液污染度都是衡量油液污染情況的主要指標，但是顆粒污染物之所以會對元件以及系統產生不利影響，主要和其顆粒大小分布和數量之間具有極為緊密的關聯，所以在顆粒技術技術持續發展的今時今日，借助顆粒污染度的方式展現應用的十分廣泛。

2 跟蹤分析50臺風機機組齒輪油指標監測設備運行狀態

通過對風電場50臺風機機組設備的齒輪箱潤滑油每3個月監測一次，共為期24個月的檢測數據跟蹤分析，可以得以下經驗結論。

2.1 基礎指標

正常運行的風機機組中各部位在用潤滑油運動粘度在24個月內變化不明顯，基本維持在新油指標的±10%左右。而油品中水分呈增加的趨勢變化，第一次監測數據與最后一次監測數據最大相差100 mg/kg。24個月后油品酸值的變化不明顯，與新油酸值相比較，最大差值不超過0.1 mg(KOH)/kg。由此可見在正常的運行情況下，風機系統的在用齒輪油在運行過程中基礎指標一般變化較小，均在允許值范圍內變化。

2.2 磨損指標

通過對50臺風機機組的各部位潤滑油品磨損數據進行綜合分析，以此監測每臺風機的運行狀態。在對風機機組齒輪箱潤滑油磨損元素波動情況進行檢測的過程中，我們發現大部分設備的磨損指標均正常，且變化較為平穩。僅有第8號機組和第35號機組設備的齒輪油磨損指標波動較為突出。以下是針對這兩臺設備的磨損指標變化進行的分析研究。

2.2.1 第8號風機機組的磨損指標變化情況

在對第8號風機機組檢測數據跟蹤分析過程中，其磨損指標的變化最為明顯，鐵元素含量、PQ值以及顆粒污染度等級均呈較快的增長趨勢，詳見表1。按照國家標準“機械設備磨損界限之內的鐵元素變化允許范疇的200 mg/kg以內”，第8號風機設備潤滑油的磨損元素含量24個月監測結果遠遠超過標準，鐵磁性磨損顆粒PQ值已達690 mg/kg，結合鐵譜圖可以看出磨損顆粒排布呈鏈狀分布，且在偏正光下觀察呈現黑色斑點，可以判斷屬于金屬磨損顆粒，詳見圖1。由此可以推斷第8號風機機組應當出現磨損，必須停機進行檢修，在專業技術人員拆開風電機組齒輪箱以后發現，其中出現了大范圍的磨損問題。

表1 第8號風機機組24個月內磨損指標變化情況Tab. 1 Change of wear index of No.8 fan unit in 24 months

圖1 第8號風機機組鐵譜圖

2.2.2 第35號風機機組的磨損指標變化情況

第35號風電機組齒輪箱潤滑油即使已經根據磨損界限確認其變化處于正常范疇，然而通過對其第21個月和第24個月相鄰兩次監測結果的互相比較，發現這兩次的檢測結果變化率相對較大，詳見圖2。由此表明，這臺風機齒輪箱潤滑油正處于一種異常磨損狀態。但是單純的從檢測結果所在的范圍來看，樣品并未出現任何問題，類似情況應當視為異常磨損，當及時反饋廠家，及時檢修，避免造成更大的損失。

圖2 第35號風機設備24個月磨損指標變化情況

3 目前在用風機齒輪油質量評判標準存在問題

對于在用風機齒輪油而言，主要是服務于風電機組設備的，正處于應用狀態的潤滑油質量標準是衡量在用油應用實踐、確定是否需要對在用潤滑油予以更換與預報機械設備故障的主要依據[4]。但是針對在用風機齒輪油而言，其質量評價卻并未具有合理的國家標準。大部分潤滑油生產企業都編制了一套獨立的質量評價標準，然而這些標準基本上都是以潤滑油質量為主，并未把風機設備的運行狀態和潤滑油質量予以有機的結合。各種類型機械設備的常規運行狀態有所差異，潤滑特性也有差異，所以在用油質量評價標準同樣有一定的差異。針對正處于迅速發展時期的風電行業也缺少科學的在用潤滑油質量評價標準以及依據，甚至也缺少一些其他行業的在用潤滑油質量評價標準與依據[5]。另外目前國內大部分針對潤滑油的參數偏離、特性數值的改變率等均處于不斷探索的狀態下，還未有現行的標準規范。

4 綜合檢測齒輪油在風電機組運行管理中的應用

風機設備中主要用到是齒輪油，通過監測各部位油品指標從而側面評判設備的運行狀態將成為風電等大型設備維護保養的種手段，也將成為時代發展的必然趨勢。

就上述分析表明，按照檢測內容，把其中包含的檢測數據信息借助數學變換與檢測極限信息予以結合，以此整合成綜合檢測數據值，同時把綜合檢測數據劃分成多個級別，按照綜合檢測數據的具體級別對潤滑油與機械設備的實際情況予以判斷。其中，五個級別主要為正常、警告、低報警、高報警以及危險，并借助綠、藍、紅、黃以及紫五種色彩分別代表。基于此，本文為了能夠對潤滑油在檢測機械設備過程中的動態規律進行更準確的探索，借助了多臺風電機組齒輪箱展開了為期24個月的檢測。在這過程中，風機齒輪油性能的變化和設備的運行狀態的的改變規律可以立足于齒輪油的基礎指標的變化分析和磨損元素的變化分析[6]。

5 結束語

總而言之，針對綜合分析風機齒輪油監測設備運行狀態展開研究，其中所牽涉到的檢測信息與數據都十分復雜。文中所提出的把風電機組齒輪油檢測信息借助數學關系等一系列因素進行換算以后，變成一個較為簡單的指標，同時根據數據大小，對該設備的級別予以確認，這一措施針對缺少在用潤滑油質量評價標準的狀態，能夠為風場技術人員確定在用潤滑油和風電機組的實際運行狀態提供助力。針對齒輪油所有監測指標，需要秉承嚴謹認真的工作態度展開全面的檢測，從而確認齒輪油對風電機組設備檢測所具有的輔助作用。在時代迅速發展的過程中，日后潤滑油檢測技術一定會朝著更具多元化、高效化以及創新化的方式不斷發展，相關工作者必須積極提高自身綜合素養與專業能力，可以在加強潤滑油檢測技術的同時，促進行業的進一步發展。