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水分对齿轮箱的危害
水分对齿轮箱的危害

节选自《奥吉娜风电润滑油性能系列讲座》 
润滑油中的水分是导致风电机组失效的一个主要因素。SKF科研人员发现,风电齿轮油中的水分含量达到1000ppm时,轴承的寿命会降低70%(如图1所示)。另外,据美国再生能源实验室研究发现,齿轮箱的失效始于轴承,一旦轴承开始失效,其他的齿轮等部件也会出现相应的问题。所以为了使风电齿轮箱的使用寿命达到20年,必须严格控制风电齿轮油中的水分。美国齿轮箱制造协会标准规定,风电齿轮油中的水分要求在500ppm以下,但据最新研究表明,为了提高轴承的寿命,应将水分控制在150ppm以下,这样轴承寿命会提高到原来的2到3倍。
  众所周知,新加注的风机齿轮箱润滑油中是没有水分的。那么水分从何而来,又是以什么形式存在的呢?当风机处于工作状态时,齿轮箱的工作温度将高达95摄氏度,但当停机时,齿轮箱将逐渐冷却时产生“呼吸”效应,导致并从空气中吸收水分或湿气。而风电齿轮油中的水分有三种存在形式:(1)溶解水(2)乳化水(3)游离水。
  通常我们发现油品状态透亮,不浑浊时,水分都是以溶解水的状态存在。当溶解水达到饱和状态时,油品会出现浑浊,有时甚至呈现乳化状态,这时的水分称为乳化水。当呈现乳化状态的油中的水分继续增加时,油和水会分层,这时的水分称为游离水。
  而齿轮箱中的水分是会随季节变化的。由于风电机组都安装在露天的环境下,因此油中的水分含量受阴雨天气的影响特别大,通常在梅雨季节时,润滑油中的水分含量会明显增加,等到干旱季节时,风电齿轮油中的水分又会明显降低。所以说在雨季更应该重视水分的监测。
  风电齿轮油中水分的危害有很多,主要有以下六个方面(1)加快了抗氧剂的失效,进而加快了油品的氧化反应,增大润滑油酸值。同时,生成的胶状聚合物会堵塞过滤设备,形成油泥等。(2)由于水的低粘度和不可压缩性会降低润滑油的承载能力,从而导致在高载荷下,高压使水分变成过热蒸汽,过热蒸汽使得油离开摩擦表面,从而导致摩擦表面磨损。(3)加快油品的水解,尤其对于酯类润滑油,会导致生成相应的醇和酸,增加润滑油的酸值。(4)使润滑油中的添加剂失效,从而导致润滑油功能衰退,增加了摩擦磨损。(5)与某些添加剂反应生成凝胶,这些凝胶成团形成油泥来堵塞过滤设备。(6)使表面张力减小,从而使得空气更容易进入油中,增加了润滑油中的泡沫。
  那么如何检测油中的水分呢?离线式测量方法有三种:(1)蒸馏法(2)傅里叶光谱法(3)卡尔费休法。蒸馏法的测试精度比较低,最低的测定值为300ppm,而且需要的油样比较多,不适合风电机组润滑油中水分的测试。傅里叶光谱法测试速度快,但是由于傅里叶测试比较敏感,影响结果的因素很多,所以结果准确度不高,也不适合风机中水分精确的测定。实验室中广泛采用的一种测试方法是卡尔费休法,它能测试准确到10ppm左右,适合风电齿轮油中的水分的测定。奥吉娜检测中心的水分测定仪为梅特勒-托利多全自动卡尔费休水分测定仪,它使用方便准确度高,能够满足风电润滑油水分测定的要求。
  从润滑油配方设计出发控制水分的危害可以作以下三方面的工作:
  第一、从基础油的选择入手,目前风电齿轮油使用合成类基础油,主要有PAO(聚α-烯烃)型、PAG(聚醚)型和P0E(聚酯)型。其中PAG和POE型的基础油容易吸收空气中的水分,并且与水反应发生水解,导致润滑油质量下降。所以PAO为基础油的风电齿轮油是目前被广泛认可的类型。
  第二、 在风电齿轮油的配方设计中,特别在其中加入了抗乳化添加剂,这些添加剂的作用是,一旦水分进入齿轮箱后,能够使得油与水的尽快分离,确保齿轮箱轴承和齿轮的正常润滑。
  第三、 同时考虑润滑油的抗水解能力,杜绝因水分进入后添加剂水解失效,从而导致摩擦副的摩擦磨损。
  综上所述,水分是影响齿轮箱寿命的关键因素之一,希望可以通过本文引起广大风场技术人员对于齿轮箱润滑油水分指标的高度重视,加强对水分的日常监测,严格控制水分含量,确保风机的连续平稳运转。



 
 
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