水分对合成型风电齿轮油寿命的影响研究

崔建军　杨伟　陈小雪　董天亮

摘 要：齿轮油对风力发电设备的正常运行有重要的作用，而油品的氧化会降低其性能指标，探究水含量对油品的粘度和酸值的影响对提升风电齿轮油的氧化安定性有重要的意义。氧化测试表明，油品的颜色随着氧化时间的增加而变深，油品粘度随着氧化时间的增加而逐渐增大，酸值随氧化时间先升高后降低，水的存在会加速油品的氧化速率。

关键词：风电齿轮油;水;氧化安定性;粘度;酸值

在能源危机和环境污染的双重压力下，大力发展可再生能源是新的发展趋势，风力发电行业是新能源领域一个成功的商业化案例，近年来得到了快速的发展。由于风电机组的工作环境恶劣，长期在大温差以及多工况的环境下作业，且风电机组的结构复杂，不可避免地会出现各种故障，且风电机组所處地理位置一般比较偏僻，机组又处于高空位置，使得在对产生故障的风电机组进行维修时的困难和需要投入人力、物力较一般地面装备大，导致维修成本的剧增，同时，随着风电机组运行年限增加，大量的风电机组超出质保期，其安全隐患不断增加、造成运维的成本不断升高，使得风电场的经济效益严重下降，因此风电齿轮油的寿命及性能稳定性对风机起到尤为重要的作用。

随着科学技术的发展，机械设备的运行速度越来越快、承载能力越来越大，摩擦副的摩擦力也逐渐增大，导致工作时齿轮油的油温越来越高。在高温的环境中，齿轮油氧化的速率也会被加速，齿轮油氧化后油品性能将会降低，进一步影响设备的正常运行，因此研究影响风电齿轮油氧化安定性的因素对润滑油的使用有重要的意义[1-3]。

阮少军[4]等研究了铁对润滑油氧化衰变的影响，研究发现当温度低于230℃时，铁对润滑油的氧化衰变几乎没有影响，而高于230℃时，铁对润滑油的氧化衰变有催化作用。另外，温度对润滑油的氧化速率也有较大的影响，当温度每升高10℃，氧化反应的速率就会加快1-2倍[5]。

由于风电齿轮油在使用的过程中不可避免的会混入少量水分，为了研究水分对润滑油氧化作用的规律，以某风电齿轮油为样油，考察了水分对润滑油外观、粘度以及酸值的影响作用，为进一步提升润滑油的氧化安定性提供了理论依据。

1 实验部分

实验用水为湖南科尔顿水务有限公司生产的型号为GZY-P05-B的实验室超水机处理后的一级纯净水选。选用风电齿轮油样品本身含水量为30ppm，将所制一级纯净水和某风电齿轮油分别按照一定的比例加入到烧杯中，使用磁子搅拌器搅拌20min，分布得到加入水为0ppm、100ppm、

300ppm、500ppm、700ppm的样品。将样品放入温度为155℃的烘箱中，氧化8天，每天取样测量各样品的粘度和酸值。样品的粘度通过上海神开石油仪器有限公司生产的型号为SYP1003-IX的石油产品运动粘度试验器在实验条件100℃下测试所得。样品的酸值使用氢氧化钾溶液进行滴定测得。

2 结果与讨论

2.1 样品颜色的变化

取含水量分别为0ppm、100ppm、300ppm、500ppm、700ppm的样品。经过1天的氧化后，各油品的颜色没有明显差异，油品均保持透彻的状态。经过2天的氧化后，油品的颜色变深，并且随含水量的增加，颜色变深的程度加重。说明水的存在会加速润滑油的氧化，而且水含量越多，润滑油的氧化速率越快。从第三天开始，油品颜色变为黑红色说明润滑油的氧化程度进一步加深。第4天取样时，油品颜色均为黑色，此时，油品中的水已经被消耗殆尽，水对油品氧化的影响已经不明显。第8天取完时，烧杯底部有沉积物，说明油品在氧化的过程中产生了油泥。

2.2 粘度（100℃）变化规律

2.2.1 粘度随时间的变化规律

图1所示为油品粘度随时间的变化曲线。如图所示，粘度总体随时间呈现上升趋势。分析认为主要原因是基础油氧化时会产生氧化产物，而氧化物通常是粘度较大的物质，因此导致油品的粘度有所上升，随着氧化时间的延长，氧化产物的含量逐渐积累。

2.2.2 粘度随水含量的变化规律

图2所示为粘度随水含量的变化曲线。如图所示，在前3天氧化过程中，油品粘度随水含量的升高而上升，而油品的粘度升高可反应其氧化程度的加深，可见水分可以促进油品的氧化，生成高粘度的聚合物。在随后的氧化过程中，油品的粘度随水含量升高而呈现轻微下降趋势，分析认为主要原因是少量的水分已经消耗完毕，水分无法起作用。

2.3 酸值变化规律

2.3.1 酸值随时间的变化规律

油品的酸值随时间先升高后降低，前4天酸值逐渐增大，随后又逐渐降低。分析认为，开始由于水的存在，在短时间高温氧化过程中主要发生基础油的氧化反应而生成酸性物质，导致酸值升高。随着氧化时间的延长，水分逐渐消耗，基础油的氧化变缓，酸性添加剂发生降解导致碱性升高，酸值降低。

2.3.2 酸值随水含量的变化规律

酸值随水含量的不同而不同，酸值的变化受到基础油氧化和添加剂分解两方面因素的影响，基础油氧化使酸值升高，而添加剂的分解使酸值降低。在前3天氧化过程中，油品酸值随水含量的增加而升高，主要原因是在前期氧化过程中以基础油的氧化为主导，而水对基础油氧化起到促进作用。随着氧化时间的延长，水分逐渐被消耗，油品的氧化速率逐渐降低，添加剂的分解对酸值的影响逐渐增强，酸值开始降低。

3 结论

从实验结果中看出，水分的存在对100℃粘度和酸值都有影响，对粘度的影响更有规律性。油品粘度随水含量的增加呈现先升高后轻微降低的趋势，酸值受到基础油氧化和添加剂分解两方面因素的影响。

参考文献：

[1]曹飞.润滑油性能下降影响因素分析与预防措施[J].农机使用与维修，2020（10）：90-91.

[2]徐栋.风电用润滑油中水分的危害及其检测研究[J].城市建设理论研究，2019（08）：81.

[3]夏垒，龙军，赵毅，等.水和羧酸钙对润滑油氧化产物聚集影响的分子动力学[J].石油学报，2019，35（3）：440-448.

[4]阮少军，费逸伟，马军，等.铁对合成航空润滑油氧化衰变的影响[J].合成润滑材料，2018，45（2）：4-7.

[5]张爽.浅谈润滑油氧化安定性的影响因素[J].黑龙江科技信息，2013（25）：19.