风电场风机齿轮油劣化原因及对策

冯蜜佳 陈 陈 王诗琴

（华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

该文主要采用了油再生技术对风机齿轮油进行了恢复处理。有效解决了劣化油的问题，可以重新对其进行使用。对其进行开口杯老化试验后，发现再生油的性能较好，与新油具有相同的属性。该处理技术有效提高了风电场风机齿轮油的工作效率，提高了风电场的发电能力，使其故障问题得到了有效的解决。

1 风机齿轮油

在该文的研究过程中，由于其采用的聚α 烯烃合成型的齿轮油在使用的过程中具有较高的黏温性、低温流动性和高温流动性，因此在风力发电机齿轮的润滑油使用中得到了广泛的推广。

该齿轮油具有多种作用和功能。首先能够起到润滑效果。在使用该齿轮油的过程中，可以在机械部件中，形成具有较高润滑效果的油膜，可以有效地降低各个部件之间的摩擦力，由于部件之间的摩擦力引起部件表面的损伤会导致机械设备出现严重的质量问题，因此就无法在接下来的使用中保持较高的的运行效率。如果无法在短时间内处理该问题，就会导致损伤程度进一步扩大，造成严重的机组故障，影响机组运行。

其次，也具有较高的散热效果。在使用润滑油的过程中，由于润滑油可以进行有效的循环流动，因此会将机械部件运行时产生的热量带走，从而避免机械设备在使用过程中产生温度过高的问题[1]。

再次，具有一定的清洗效果。可以将机械部件在产生摩擦时产生的磨屑和一些杂质携带出去，并且可以使用风机滤芯进行收集，尽可能地降低机械设备的摩擦问题。

最后，该齿轮油也具有较高的防腐性能，在使用的过程中，由于齿轮油附着于金属的表面，使设备与空气有效地隔绝，同时避免了与水分进行接触，因此产生了较高的防腐蚀效果。

风机齿轮油是由基础油和复合添加剂组成的。基础油可以有效地保证风机齿轮油黏度的稳定性，同时由于其具有一定的低温流动性，因此可以发挥润滑油的基本作用。通常情况下，α 烯烃聚合而成的分级齿轮油是基础油的组成部分。添加剂的主要成分是防腐剂、防锈剂以及挤压抗磨剂等，可以使齿轮油起到抗氧化、抗腐蚀以及抗磨的作用，充分保证齿轮油的各项性能和效果。同时，在使用该添加剂后，相关人员也可以对一些潜在的故障问题进行针对性的处理，避免在未来的使用过程中出现质量故障。由于机组的机械设备较为精密，因此需要通过添加剂来对其进行保养。

在机组的长期运行过程中，齿轮油，会与空气接触，从而发生一系列氧化反应，最终导致齿轮油出现劣化的现象，从而使各项性能出现较大程度的下降。如果该问题得不到有效的解决，就会在日后的生产过程中埋下较大的安全隐患，也会大大降低生产效率，那么就需要对该故障问题进行针对性的处理。在使用劣化齿轮油的过程中，风机齿轮的各项性能效果出现了较大程度的下降。该文主要针对某风力发电厂中的风电机齿轮油的劣化问题，进行相应的处理分析，需要采用齿轮油的再生技术，进行有效的处理，从而帮助齿轮油恢复到原本的性能指标，充分保证齿轮的使用寿命，以此降低运行过程中需要投入的成本。

2 油质情况

某风电场在长期的运行过程中，采用的是1.5 MW 双馈式风力发电机，其内部的齿轮油箱容量为205 L。在过去6 年的运行过程中，始终没有更换齿轮油。而在最近的一项机械设备的监测中，对其中一部分的齿轮油进行了抽样检查，发现其指标不佳，并且出现了严重的裂化现象。同时，对于同一批次的、还没有投入使用的齿轮油进行监测和对比后发现，由于该运行过程中的油泡沫特征出现了较大程度的超标问题，因此运行的效果较为低下。在风机运行时的齿轮油里，出现了轻微锈蚀，通过测试发现风机中存在油泥。库存新齿轮油的数据：新的齿轮油酸值为0.832 mg，泡沫特性为0/0；综合磨损指数200 kgf；磨斑直径为0.33 mm，无锈蚀；运动黏度333.94 m2/s。图1 为无油泥析出效果图。只有保证无油泥析出，才可以使该机械设备稳定地运行下去。

图1 无油泥析出

3 问题分析

3.1 油质劣化成因

在风机正常的运行过程中，其使用的齿轮油一般会发生不同程度的劣化。造成该劣化问题的原因较复杂。在一定程度上是由于油品与氧气的长期接触从而导致一定程度的氧化反应。同时在油品添加剂的使用过程中，抗氧化剂能够有效地阻止氧化反应的出现，但是随着使用时间的增加，其抗氧化剂的含量会逐渐下降，从而导致其齿轮油的实际抗氧化能力出现较为明显的下降。油品在氧化的作用下，会出现一些醛类、酮类以及羧酸类物质，这些都是极性劣化的产物。从外表进行观察，会发现齿轮油颜色加深，而酸值也在一定程度上增大，虽然运动黏度并未发生较为明显的变化，但是腐蚀与泡沫现象加重。

在齿轮油劣化发散的过程中，会使其中的PAO 分子链造成链式反应，以此加快了氧化反应的速率，慢慢地增加了劣化产物的积累程度。当油中的劣化产物逐渐饱和之后，就会析出一定的油泥物质。该油泥物质在覆盖到机械设备上的时候，会对原本的油膜造成严重的破坏，严重影响散热效果。风机的长期运行会使其冷却单元出现风冷散热器堵塞的问题，同时温控阀也会逐渐失效。长期高强度的使用会使风机在运行过程中温度提升，在一定程度上促进了劣化反应出现。

在长期的运行过程中，一些除杂滤芯的措施无法有效应对磨损作用，导致金属的磨损颗粒出现在齿轮油中。这些金属颗粒在一定程度上加速了劣化的反应出现，增加了劣化问题的严重程度。在风机现阶段的使用过程中，齿轮油的指标降低导致油膜强度发生较为明显的变化。同时其润滑性能有一定程度的降低。一些机械部件出现了较为严重的腐蚀问题。其中，机组在散热的过程中，其能力下降得较为明显，严重地影响了发电效率，阻碍了风电机的安全运行[2]。如果齿轮油具有较为良好的性能，那么就可以使其油膜强度始终保持在合理的范围内，这成为影响风机运行稳定性的重要因素。在未来风机机组的使用过程中，需要针对出现的问题进行调整和优化。相关人员可以使用一些新技术和新构件，有效地提高设备的运行效率，保证设备不会因为外界因素或者机械设备质量方面的影响而造成严重损伤。在机械设备的运行过程中，只有保障油膜性能无异常，才可以提升风电机组的运行性能。相关工作人员需要在日常的管理工作中，时刻关注油膜的参数，针对各类参数异常问题进行深入的研究和分析，并且提出相应的解决意见，形成动态化的管理模式，从而改善风电机组的运行效果。

3.2 劣化指标分析

首先是针对泡沫特征的超标问题进行分析。在对风机运行时的齿轮油进行监测后发现，在2 个风机中，其齿轮油都出现了不同程度的劣化产物导致其运行过程中，出现较多的油泥。之所以会造成泡沫超标，是因为受到了劣化产物的影响。在齿轮油发生劣化的过程中，会生成较多的强极性劣化产物。该劣化产物产生后，一旦齿轮油与空气接触，齿轮油表面分子的实际排列方式就会发生改变，表面张力也会受到影响，从而产生泡沫。

使用消泡剂后，泡沫的严重程度会随着设备的运行而逐渐降低。消泡剂一般会作为新油的复合添加剂使用，可以有效地避免齿轮油中出现泡沫，随着使用时间的延长，消泡剂的性能逐渐下降，齿轮油中泡沫的严重程度会逐渐增加。原因是现阶段所使用的消泡剂的主要成分为硅油物质。在消泡剂使用的过程中，其性能呈不断下降的趋势。

其次，由于齿轮油在使用的过程中被污染，因此也会导致泡沫特征超标的问题出现。在长期的运行过程中，由于齿轮油会不同程度地接触到一些金属磨损物质、灰尘等，因此齿轮油会受到一定程度的污染。这些污染物会严重地影响到齿轮油的基本性能，甚至在一定程度上，会导致齿轮油的表面张力受到严重的影响，使齿轮油产生泡沫的具体倾向[3]。

在出现泡沫特性超标的问题后，齿轮油会受到造成较为严重的影响。首先是导致润滑油的整体性能全面下降。由于齿轮油中有大量的气泡，因此会导致机械零件中的油膜强度减小，油膜十分容易被击穿，增大了机械设备在运行过程中的实际摩擦力。

同时，散热能力也会降低一定的程度。在齿轮油中，由于存在大量的空气，因此导致其冷却功能受到严重的影响。这也导致了齿轮油发生较为严重的劣化问题，使其产生大量的气泡，进一步促使其与空气进行接触，出现较为严重的氧化劣化问题[4]。

最后，该问题直接导致了齿轮油的损失问题。在长期使用过程中，受到泡沫的影响，润滑油不断地溢出，造成油料方面的严重损失。此时，再生油与新油的磨斑直径会发生变化。劣化后齿轮油指标数据：酸值为0.651 mg，泡沫特性为0/0，综合磨损指数4 620 kgf，磨斑直径0.27 mm，无锈蚀，运动黏度320.14 m2/s。如图2 所示，在该过程中，有油泥析出。

图 2 有油泥析出

4 齿轮油再生处理

4.1 再生机理

齿轮油劣化反应的本质是其使用的齿轮油发生了氧化反应。在该反应过程中，其内部的油分子会在氧化的作用下出现共价键。C 原子与O 原子的电负性不同，2种原子相互影响会导致强电负性的原子产生。该类原子中的共享电子之间具有较强的吸引力。共享电子会不断地向着共享电子的方向，产生较强的吸引力，二者逐渐靠近，导致了不均匀电荷的分布情况，最终导致了极性键的出现。通过这样的方式使分子中的氧原子进入，使其分子的几何结构发生一定的变化，直接导致分子的偶极矩出现较为严重的变化，劣化产物具有较强的强极性。根据产物的特征，有关领域便可以利用该劣化产物的强极性所产生的吸附效果，使齿轮油劣化后所产生的极性分子析出，从而处理劣化反应。从长期的实践和研究的过程中发现，微孔极性诱导吸附剂可以在使用的过程中形成内部活性较强的分子，从而产生吸附的效果，作用于一些油品中，可以实现对极性劣化产物的吸附。采用该方法处理后，齿轮无油泥析出，各项数据与处理前基本一致[5]。

4.2 再生过程

再生过程主要是在使用齿轮油的过程中，对其进行再生处理工作，将劣化齿轮油进行充分的加热处理，在达到60 ℃之后，使用极性诱导吸附剂所制成的滤芯，对劣化油进行物理方面的吸附，然后其除杂滤芯，从而有效去除劣化油中的一些杂质。

5 结果以及讨论

该研究得出了再生油指标、再生油性能稳定性评估以及酸值等结果。下面对结果进行论述和分析。

5.1 再生油指标

在该文的试验过程中，对2 台风机中所使用的齿轮油进行再生处理并重新投入使用后进行取样分析。通过对其内部的指标进行详细分析后的结果可以发现，2 个不同的风机齿轮油在使用过程中，性能得到了明显的提升，泡沫特性出现了大幅度下降，充分满足了运行的需求。再生油酸值较为明显地下降，再生处理后的齿轮油的内部酸值明显下降，有效去除了一些内部的劣化产物。再生处理后的齿轮油，可以有效地投入使用，符合使用的基本要求。

5.2 再生油性能稳定性评估

为了有效避免再生油在使用过程中性能发生变化，需要在日常使用过程中，对其进行开口杯老化方面的试验分析。同时要保证在设计和分析过程中，能够在合理的模拟环境中了解其变化。

5.3 酸值

酸值可以很好地体现出润滑油的劣化程度，是评价劣化严重程度的重要指标。酸值的增加说明润滑油中的劣化反应增加。在酸值变化的分析过程中，数据结果可以体现出酸值的变化是否稳定。一旦酸值出现了大幅度的变化，就说明油品出现了较为严重的劣化反应。在对该文研究的样品进行分析后发现，再生油的酸值变化并不明显。可见，劣化处理效果较好。

在进行试验并对其各项数据进行追踪式的分析后发现，再生油在长期的使用过程中，具有较为合理的变化趋势，因此是1 种较为合理的再生处理方式。

6 结语

综上所述，由于风机中的齿轮油经过长期使用，其内部容易发生较为严重的劣化反应，因此就会导致油品中出现超标的问题，需要进行再生处理。工作人员对其进行处理并且经过试验分析，得到了有效的劣化处理效果，满足了风机运行过程中的运行需求。