1、齿 轮 箱 润滑 油 特性 及 其影响因素 周淑梅 杨怀宇 （ 国电联合动力技术有限公司 北京 邮编 100039） 摘要： 主齿轮箱是双馈型风电机组的核心部件 ， 其 可靠性往往直接影响了风电机组的发电效率和使用寿命 。而润滑 对齿箱的性能保证起着至关重要的作用，良好的润滑状态可以大大提高齿箱的工作状态和使用寿命。本文从齿轮箱润滑油 粘度、氧化性、耐水性、清洁度、过滤性等方面的性能 及 其影响因素 进行分析 ，从而对使用维护 过程 起一定参考作用 。 关键词： 风电 齿轮箱 ； 润滑油 ； 影响因素 The Characteristics and Influencing Factors of
2、 Gearbox Oil Zhou Shumei, Yang Huaiyu Guodian United Power Technology Company Ltd. Beijing 100039 Abstract: The main gearbox is the core component of the double-fed wind turbine, the reliability of which is often a direct impact on power generation efficiency and service life of wind turbine. The lu
3、brication plays a vital role on gearbox and good lubrication condition can greatly enhance the working state and life of the gearbox. Now, we will analyze the performance and influencing factors of gearbox from the viscosity, Oxidation stability， water resistance, cleanliness, filtration performance
4、 and so on, that will offer the reference on the maintenance process. Key words: Wind turbine gearbox； Lubrication ； Influencing factors 1概 述 风能是世界上最丰富的可再生能源之一。 这种可再生的能源利用模式过去几年在全球都得到了迅猛的发展。带动发动机运转的主变速箱可以说是齿轮传动型风机的心脏。由于对整个系统的正常运作至关重要，主变速 箱 的设计和制造通常都非常先进，也因此往往造价不菲，而一旦发生故障，更换主变速箱要付出更昂贵的代价。 因此 良好的润滑状态可
5、以大大提高齿箱的工作状态和使用寿命 。 2齿 轮箱润滑油 特性 润滑油的主要功能是减小相对运动面的摩擦和磨损 ，并带走运动过程产生的热量。 这就需要有足够的 油膜 以分开接触表面，同时适当的添加剂最大 减少热和氧化降解，并促进抗磨损性能。 润滑油是由基础油加添加剂 组成 ，基础油具备润滑的基本特性和 某些使用性能，但仅仅依靠提高 基础 油的加工技术，并不能生产出各种性能都符合使用要求的润滑油，为弥补润滑某些性质上的缺陷并赋予润滑油一些新的优良性质，润滑油中要加入各种功能不同的添加剂，其主要作用可以改变润滑油的物理性能，还可以增加或增强润滑油的化学性能，如抗氧抗腐等。 其主要特性如下： 2.1抗
6、微点蚀 微点蚀现象发生的机理一般认为是由于低速重载齿轮的啮合齿面间多呈混合或边界润滑状态。在齿轮啮合过程中，由于两齿面微观结构 的波峰发生直接接触，并在较高的接触及剪切应力和相对摩擦作用下，导致齿面局部温度升高，油膜或化学反应膜破裂，进而产生复杂的弹塑性变形，在此过程中也就产生了齿面表面的微小裂纹和材料转移 。 齿轮润滑油对微点蚀的保护功效的高低是一般通过 FVA54微点蚀（ FVA54MicropittingTest）来测量的。 润滑油对抗微点蚀的评估是其齿面变形，微点蚀面积占的百分比 和重量损失来评估 ，润滑油被分为不同的等级，用数字和高 /中 /低耐久性来表示。各大齿轮生产商都会 建议
7、维护人员使用至少是“ =10高”等级的润滑油。 2.2抗磨损和 轴承保护 磨损主要是由滑行齿面间的材料移动造成。当齿轮油的油膜厚度不够时就会造成齿轮间金属部件的接触。如果磨损一直持续下去，就不得不过早的更换齿轮。 FZG磨损测试利用标准的齿轮机组在不同的温度和速度下测试抗擦伤和抗磨损性能。润滑油的等级根据其失效级数（ FLS）而定，相关厂家建议使用失效级数大于 14的润滑油。 由于润滑油质量差而损坏轴承也是导致变速箱停机最为常见的原因之一。风机齿轮油的 FAGE8四级测试可在不同的负荷、速度和温度条件下对轴承上的润滑油的性能进行测试。润滑油的等级由这四级测试的总体结果从 1到 5不 等。 1级
8、表示该润滑油可为轴承提 供 极佳的保护。 2.2粘度 粘度是润滑油在各种高温和低温环境下保持其粘稠性的能力。可以通过粘度指数来进行评估，建议选择粘度指数在 160及以上的产品。 2.3耐水性 鉴于风力发电机工作原理，我们不可能将润滑油和水完全隔离开来。当风轮机叶片转动时，齿轮箱的工作温度将高达 90摄氏度。当叶片停止转动时，齿轮箱将逐渐冷却并从空气中吸收水分或湿气。当它开始 “呼吸 ”的时候，水分就会进入齿轮箱。水进入齿轮箱后，会稀释、分解润滑油，并导致残留物的产生，损坏齿轮箱。 为了防止出现耐水性 问题，应当选用一款不易保留住水分的齿轮润滑油。同时，如果润滑油能在包含少量水分的情况下为设备提
9、供充分保护，那就更完美了。润滑油的耐水特性可以通过 ASTM D1401来评估，该试验能够测量润滑油排除水分的能力，其测量结果以时间为单位（分钟）。维护人员应当选用分值为 “15分钟 ”或更短时间的润滑油。 2.4过滤性 齿 轮油的过滤性指的是齿轮油在实际的运行条件下通过过滤器，同时不会堵住过滤器的能力 。良好的过滤性能对过滤器滤芯的更换有很大的影响。 一般来讲，过滤性指标都是以微米级（ ）为单位 。 润滑油的过滤性会根据其干湿状态而发生变化，特别是当润滑油中含有水的时候，其中的添加剂可能会被过滤掉，或者有被排出润滑油之外的趋势。如果在润滑油中增添有效的添加剂，会大大提高润滑油的过滤性。 通过
10、干、湿油过滤测试来评估。实际操作 需要咨询润滑油生产商和过滤器供应商，在他们指导下选择合适的设备。 2.5泡沫和空气释放性 油液中含有过量的空气会在油泵处产生气蚀现象，过度的泡沫可能会产生密封泄露油液。 泡沫和空气释放性由下面的测试来评估 ： 泡沫特性 (ASTM D892 I, II, and III)， 评估泡沫趋势和稳定值 ； Flender 泡沫测试 (Flender Method)用高速旋转的齿轮箱装置，通过齿轮转动来搅拌润滑油，然后测定空气释放和泡沫稳定性 ； 空气释放性测试 (ASTM D3427)表明润滑油中空气的释放性能 . 2.6防锈防腐性能 防锈防腐性能对风电齿轮油十分重
11、要。否则，齿轮箱里的钢件防锈，铜件防腐就难以实现。 2.7氧化稳定性 氧化稳定性是延长油品寿命的关键性能 。 氧化稳定性是在油液处于热应力作用下，表明润滑油寿命的主要因素。 3影响 润滑油性能的 因素 3.1温度 润滑油在齿轮箱不仅起到润滑的作用还有散热的作用， 有 低温和高温限制，同时不同温度下润滑油粘度不同，粘度太高其阻力大，且不宜均匀润滑，散热效果不好，油粘度太低在啮合齿面上不能保持足够的油膜，润滑也会不好。其温度的设置与齿轮的转速、载荷、和润滑油的性能等有关系。 3.2油位 油位的高低影响 润滑效果。油位过高 齿轮箱中油加多了的话，齿轮高速旋转会剧烈搅动润滑油，液 体 与物体的剧烈碰撞
12、会造成润滑油温度升高，粘度降低。粘度降低过多会造成齿轮齿面之间润滑油膜的强度不足，油膜容易被破坏，导致相互啮合的齿轮两金属面直接接触，过早的造成齿轮的损坏。 油位过低运行，有些齿轮 齿面润滑不到，齿轮很容易被损坏。 3.3水分污染 在油品中大多数品种只允许有痕迹（水分含量小于 0.03%）还有部分油品不允许有水分。油系统中水污染会导致油品分解如添加剂析出和油品氧化，润滑膜厚度降低、加速金属表面疲劳、腐蚀等，其水来源很多如热交换器泄露、密封泄露、潮气凝结、油箱盖密封不充分、降温导致溶解水变为游离水。 虽然选择的润滑油一般都有一定的油水分离性，但要根据润滑油对水的容忍性来评估 润滑油允许 水含量的
13、影响，同时 应 定期检验润滑油的水含量，检测水的含量趋势 ， 要及时采取措施控制水的含量，来达到维持润 滑油的良好性能。 3.4清洁度 润滑油的清洁度对齿轮箱齿面和轴承的平稳运行及使用寿命 有明显的影响。油液清洁度每提高一个等级，轴承的寿命成倍延长。 清洁度对振动噪声也会有影响 ， 而且清洁度降低也会影响润滑油膜的形成，同时还会影响润滑油的变质和加速其老化，从而影响润滑性能。 齿轮箱对润滑油清洁度要求如下表。 清洁度来源很多方面，从运输， 加注 和齿 轮 箱的清洗都有很大的关系， 运行中 目前主要靠过滤器来清洁。 表 1 齿轮箱润滑油清洁度要求 油质样本来源 ISO代号 加入到齿轮箱里的新油
14、16/14/11 带负荷前的最低清洁度 16/14/11 磨合期和试运行的最低清洁度 17/15/12 正常运行的清洁度 18/16/13 4小结 在风机的齿箱油方面选择的时候应该注重其粘度、抗微点蚀、抗磨损 、 轴承保护、耐水性、氧化稳定性、泡沫和空气释放性、过滤性 、 防腐 防锈等方面来评估其性能。但作为风机厂商， 对 润滑油 性能的维护 和保持 更为重要， 这 对于齿轮箱和润滑油的性能寿命 是一个很好的保证。影响因素比较大的是水分和清洁度，另外温度对其润滑效果也有一定影响。 从生产制造到后期维护都要考虑到影响 润滑 油的各因素，尽量避免对润滑油的性能造成破 坏，只有 在良好的润滑 保护下 ， 主齿轮箱才会有个 良好的运行 状态 。
