(原)風力發電機組齒輪箱潤滑油選擇指南

目錄
一、齒輪箱的故障及原因分析
二、齒輪油的工作原理
三、齒輪油的要求及標準
四、奧吉娜產品的優勢
五、世界先進的檢測裝置


一、齒輪箱的故障及原因分析

風電場的核心是風力發電機組
風電機組的核心是齒輪箱
國內風力發電機組80%的停機故障是因為齒輪箱問題。

風機齒輪箱出現故障的零部件及概率分別為：軸承81%，齒輪14%，泵4%，機架1%。

從齒輪箱區域劃分看，行星輪組是變速箱最易出現故障的部位，故障率為55%，是一個太陽輪行星輪機構，它是實現變速的核心。  

從現象的劃分方式：軸承損壞、齒輪損傷、斷軸和滲漏油、油溫高等。

無論從技術、成本還是質量方面，齒輪箱都是核心

軸承的故障是因為：
潤滑:  34%
疲勞:  34%
安裝：16%
汙染：16%
個人觀點：軸承的不對中、不平衡、機件鬆動、軸的彎曲等對軸承的壽命都會有影響。按照統計，70%的軸承沒有到設計壽命。
主軸的斷裂大多是：製造水平問題，沒有消除交變應力因素。表面的光潔度和軸的剛度是決定性因素。

改進方式
1、齒輪設計
2、材料選用
3、表面硬度（熱處理、表面滲碳）
4、加工精度（磨齒工藝，齒輪級別從6級提高到4級甚至3級）
5、裝配工藝（對中找正）
6、潤滑

二、齒輪油的工作原理

風力發電機組的齒輪箱是閉式齒輪傳動
潤滑油的設計和選用涉及到：
齒輪潤滑和滾動軸承潤滑
因齒輪潤滑條件惡劣，所以，齒輪齧合的傳動潤滑設計的結果，適用於滾動軸承的潤滑
齒輪潤滑設計主要要考慮兩個方面：
1、抗點蝕能力
2、抗膠合能力

齒輪齒廓曲率小，形成油楔條件差
齒輪接觸壓力高，而且即滾動又滑動，滑動的方向和速度變化快
油膜形成條件差，每次都形成新的油膜，潤滑是斷續性的。
齒輪負荷大，摩擦產生的熱量也大，油溫升溫快，加速油膜的破壞
齒輪的材料、熱處理、加工和裝配精度及齒面粗糙度等影響因素。

潤滑油設計計算
一、粘度計算選擇：根據力/速度因子的結果選擇
二、齒輪油品種計算選擇：
1、根據齒面接觸應力選擇
2、根據齒面積分溫度選擇：齒面積分溫度齒輪動壓油膜很難形成，靠極壓化學膜保護金屬表面，所以選擇時可以適當的降低潤滑油的粘度。
有興趣的可以研究一下
潤滑對點蝕的影響
點蝕的程度和發生的時間，主要取決於接觸應力大小，載荷迴圈數、材料硬度、表面微觀幾何形狀及潤滑狀態和潤滑膜厚度。因此，如果潤滑油選用不當，或潤滑方式不良，均會引起或促使疲勞點蝕。
影響的方式主要有：
1、粘度
使用低粘度油，因為流動性較好，容易滲人表面裂紋中，加速裂紋的發展和金屬塊的脫落，引起點蝕。高粘度的油對於滲入裂紋的作用沒有稀油活潑，同時，粘度高有利於油膜的建立和油膜厚度的增大，並且油的彈性可緩和衝擊，使接觸應力的分佈更趨於均勻，相對地降低了最大應力值，增強了齒面的耐點蝕能力。所以適當提高潤滑油的粘度，可以減少表面疲勞點蝕的發生和擴充套件。
2、新增劑
潤滑油中的新增劑對點蝕也有影響，特別是極壓新增劑，如果使用不當，往往造成腐蝕加速點蝕生成。為了防止點蝕，使用極壓新增劑必須慎重考慮，對新增劑的組分，用量，齒輪的材質，接觸應力，負荷性質，速度，環境溫度等都應十分注意，不能隨便採用。
3、潤滑方式
3、潤滑方式與抗點蝕能力的關係：

油浴法 比 迴圈噴油法 抗點蝕能力              高 11%

油浴法：齧出側 比 齧入側 抗點蝕能力        高 8%

迴圈噴油法 齧出側 比 齧入側 抗點蝕能力    高20%

當潤滑油達到粘著極限時，點蝕傾向隨油量增大而增加

潤滑方式與供油量對點蝕也影響。從防疲勞點蝕出發，供油量不宜過多。供油量過多，會有部分油因在齧合的齒面間，受到擠壓，從而產生區域性高壓，增加接觸應力。同時油在高壓作用下滲人裂紋的量也多，促進疲勞點蝕的發生和發展。但是為防止粘著，又必須有充分的漬量，所以，應綜合全面考慮供油量的多少，以取得良好的潤滑效果。
潤滑對膠合(粘著)的影響
潤滑可以阻止膠合粘著的產生。
影響的方式主要有：
1、粘度
  對不含油性劑和極壓劑的礦物油，若油的粘度愈高，形成的油膜愈厚，粘附性愈強，容易阻止齒面的直接接觸，抵抗粘著磨損的能力愈強。
2、新增劑
  對於在礦物油中加入油性劑和複合基礎油，它可以用物理和化學的吸附方式，形成比純礦物油更牢固的邊界油膜，抵抗粘著磨損的效果更顯著;對含有極壓劑的極壓齒輪油，它能與齒輪表面發生化學反應，生成無機物覆蓋膜，使膠合磨損失去產生的機會。
   極壓新增劑的品種和新增數量不同，對粘著的影響也不一樣。一般來說，極壓油比非極壓油抗粘效能好。
3、潤滑方式
  供油量和供油方式對粘著也影響。供油量充足，可以提高抗粘著的極限負荷。噴油方式比油浴方式的潤滑冷卻效果好，油溫低，抗粘著磨損的能力強。從齒輪齧出側噴油，比齧入側噴油效果好。
齒輪油新增劑的組成分三大類：
一、保護金屬表面的新增劑
1、油性劑：極性較強的油性物質。在低溫低壓下，形成物理吸附膜，在較高溫度下，形成化學吸附膜。油性劑在邊界潤滑條件下，增加了邊界油膜的牢固性
2、極壓新增劑：硫磷氯的有機極性化合物。在高溫高壓下，釋放活性物質，與金屬表面形成低熔點、高塑性的化學反應膜，對防止膠合有顯著的作用
3、防鏽劑：極性型的表面活性劑，優先吸附與金屬表面，形成隔水保護膜。
4、防腐劑：防止工作表面的腐蝕

二、改善潤滑效能的新增劑
1、破乳劑：乳化的危害有兩點：水與工作表面接觸，容易生鏽，另外是降低潤滑油系統的穩定性。破乳劑的作用就是使油水分離。
2、降凝劑：吸附於潤滑油中的石蠟結構上，阻止形成網狀結構，使潤滑油的分子不再被晶體吸附，出現稠化，改善低溫效能
3、粘附劑：增加潤滑油的粘附性，防止滴落或被離心力甩掉
4、粘度指數改進劑：增加潤滑油的粘度指數

三、保護潤滑油本身的新增劑
1、抗氧劑：阻止氧化
2、抗泡劑：泡沫存在的危害有兩個：一是促進氧化，一是切破油膜.加劇磨損。抗泡劑的作用是降低泡沫吸附膜的穩定性，縮短泡沫存在的時間。

三、齒輪油的要求及標準

目前國際上對齒輪油要求比較嚴格的標準，主要有以下幾種：
1、美國齒輪製造商協會 AGMA 250.04√
2、美國鋼鐵公司            USS224EP√
上述兩個標準在美國比較通用。
3、德國                          DIN51517-3√
4、David Brown           公司產品標準
以上兩個標準在歐洲比較通用。

ASTM：美國材料試驗學會
ISO：國際標準化組織
奧吉娜滿足的產品保準：
1、美國齒輪製造商協會 AGMA 250.04√
2、美國鋼鐵公司       USS224EP√
3、德國               DIN51517-3√
4、德國FLENDER        產品標準√

一、極壓抗磨效能：
主要的測試都是通過模擬試驗來判斷的，常用的有以下幾種：
1、DIN51354的FZG A/8.3/90評級（不小於12級）和DIN51819 FE8磨損量（軸承不超過30mg）
2、ASTM D-2783,測試磨損指數（441.27N）和燒結負荷（2451.5N）
3、ASTM D-2893 D-Timken OK(266.09N)
4、USS S205 四球磨損試驗（不大於0.35mm）
二、抗點蝕能力：
也是通過模擬試驗來測量的，目前主要的方法是：
FVA Proc No.54 微點蝕試驗
要求通過級別不低於10級
美孚、殼牌都是通過的這個測試，佛蘭德也有相應的要求
三、使用壽命要長，因為換油的成本很高。
所以對齒輪油的熱穩定性、氧化安定性、蒸發損失、水解安定性等都有要求。
ASTM D-4310:通過氧化安定性試驗後，綜酸值判斷。另一個苛刻的試驗是熱安定性試驗，加熱1000H後酸值、粘度的變化和沉澱物多少來判定其熱穩定性。
ASTM D-2619 水解安定性試驗，通過銅片損失和總酸值判定潤滑油的水解穩定性
旋轉氧彈看氧化速度判斷其氧化安定性，NOVAK蒸發損失法通過殘餘量看其工作穩定性
四、很高的防腐能力：在工作中，海水或低溫水分凝結
是不可避免的，齒輪油必須有很好的油水分離性和抗腐
蝕能力。
主要的測試有：
1、ASTM D-665   鏽蝕保護（看腐蝕的狀態）
2、ASTM D-130   銅片腐蝕（氧化銅是最好的催化劑）
3、ASTM D-1401  抗乳化性（40/37/3在一定溫度下分離
的時間）
4、ASTM D-892   泡沫測試（在一定溫度下，出入氣體，
看泡沫的高度和破滅的時間）
五、寬的工作溫度範圍：風電機組一年四季在運轉，所以要求齒輪油有在低溫和高溫下提供保護的能力
1、ASTM D-92          閃點（安全性）
2、ASTM D-97          傾點（失去流動能力的溫度）
3、ASTM D-2270        粘度指數（粘度隨溫度變化的效能，一般要求越高越好）
4、ASTM D-2983        低溫粘度（低溫流動性）
六、系統相容性：對整個齒輪箱的管路、彈性密封件以及端面密封有良好的相容性。
ASTM D-2240
ASTM D-471
橡膠的硬度、彈性、延長率、體積等指標的變化

四、奧吉娜產品的優勢
目前的風電行業，齒輪油大多數採用粘度級別為320#的全合成齒輪油。
全合成油與基礎油相比，在各個效能上都有顯著的提高：極壓抗磨效能、抗點蝕能力、使用溫度範圍、抗腐蝕能力、氧化安定性等方面
所以：
1、更好的適應風力機組惡劣的工況
2、給裝置更好的保護
3、更長的使用壽命和換油週期
全合成齒輪油又分為PAO和合成酯型。
PAO與合成酯的對比：
一、合成烴油：包括 α-烯烴齊聚物、烷基苯及合成環烷烴等油品。它們具有粘度指數高、傾點低、蒸發損失小的特點，最高使用溫度為232℃。適用於製備寒區、嚴寒區用內燃機油、齒輪油、液壓油、空氣壓縮機油、冷凍機油及各種用途的白油。合成環烷烴具有較高的牽引係數，主要用作無級變速裝置的傳動油。
二、酯類油：包括雙酯、多元醇酯和復酯，其特點是粘度指數高，蒸發損失小，加入新增劑後熱氧化安定性好，可在175～200℃下長期使用，是一類各方面效能均比較優良的合成潤滑油。主要用於製備各種航空潤滑油、內燃機油、空氣壓縮機油、高溫儀表油、金屬加工用潤滑劑及紡織、合成纖維工業用油劑。
PAO全合成齒輪油與合成酯全合成齒輪油的對比：
一、PAO全合成齒輪油工作範圍寬：閃點高，傾點低。
二、PAO比合成酯的使用週期長：氧化安定性要好，水解安定性要高更多（合成酯是脂肪酸和脂肪醇脫水的產物，一定條件下可逆）。
三、PAO與系統的相容性要比合成酯優越得多：PAO即合成烴，與基礎油類似，符合Flender公司提到的：與彈性密封件、內側塗料、殘留的磨合油、防鏽油與哦很好的相容性。
奧吉娜的SHG系列就是PAO合成油

與其他PAO產品的比較
指標專案        奧吉娜
SHG-320        美孚
SHC-XMP320
運動粘度40，CST        331        335
運動粘度100，CST        39.0        38.3
粘度指數 VI        169        164
傾點        -46        -38
閃點        251        242
抗乳化性(82-40/37/3,min)        9        10
四球抗磨試驗（1800r/54/60m/20kg）        0.22        0.25

一、中國風電場分佈，北部的亞寒帶大陸性氣候地區，和以東南沿海的季風性氣候帶為主。與同緯度的地區相比，我國為溫度最低的地區。
奧吉娜針對不同的地區可以調整不同的配方，以不同的效能滿足風電機組的使用工況。
二、提供優異的技術支援服務。
通常，齒輪箱的以2月為一個檢測週期。
檢測的內容：
1、通常只提供理化指標檢測服務
比如粘度、水分、酸值、抗乳化、閃點、機雜、腐蝕、抗氧化穩定性等等，與標準對比即可。
2、磨屑檢測：
a、鐵譜議：利用高梯度強磁場將潤滑油樣品中的磨粒製成鐵譜片，藉助光學或者電子顯微鏡，確定磨粒或者碎片的形狀、尺寸、數量以及材料成分，從而判斷裝置的磨損狀態和趨勢。範圍：0.1-100微米。主要的形式有：直接式、分析式、雙聯式和旋轉式等。
在機器故障診斷方面，鐵譜可以起決定性的作用。但是缺點也是有的：鐵譜只能側到5微米以上的磨粒，但是5微米已經超過了微量的範圍；鐵譜對非金屬元素檢測能力差；在譜片的大顆粒區易有小顆粒沉積，測量準確度降低；對取樣要求高，取到有代表性的油樣難度較大；而且對分析的可靠性過分依賴人的經驗。
b、光譜儀：分析油中金屬磨粒的化學元素含量，對比使用時間和油中金屬含量的增加速度，分析裝置摩擦副中的磨損情況。特定是不需要對油樣進行預處理，重複性好，自動化程度高，分析速度快，讀數準確。但是在判斷磨損型別、預報故障部位等方面存在困難。
光譜儀主要分：發射式光譜儀ICP（轉盤發射光譜）和吸收式光譜儀FTIR（付氏變換紅外光譜）。
a、發射式光譜儀主要用來分析油品中所含的金屬元素（新增劑、磨損、汙染）的種類和含量。在很短的時間內能完成幾十種元素的分析，並與標準樣品對比。
b、吸收式光譜儀主要用來分析有機化合物中有效組分和基因。對油品在工作過程中，受摩擦熱等作用，生成的化學變化產生的酸化物、硝化物、膠質和積碳等，進行檢測和分析。
三、強有力的潤滑油質量保證手段：
1、質量來源與策劃，配方的合理性與先進性是奧吉娜的核心競爭力。
奧吉娜的英文即original,意思是“獨創、創新”的意思，秉承這樣的理念，以留法博士魏國平為首的開發團隊，在潤滑油產品的研發上奮鬥不止。
與高等院校和高科技人才展開的合作也為奧吉娜的技術發展，提供了平臺。
三、潤滑油的質量保證手段：
2、潤滑油是由基礎油和新增劑構成的，保證基礎油和新增劑的質量，是產品合格的先決條件。
國際四大新增劑巨頭：
路博潤
潤英聯（殼牌-美孚）
也是奧吉娜的供應商
乙  基
雪弗龍
奧吉娜的全合成基礎油是自己生產的，也是國內唯一PAO生產基地
3、檢測水平與潤滑油行業的發展是同步的。
奧吉娜擁有國內最大的檢測中心，價值2000多萬的檢測裝置，為奧吉娜公司的技術創新和產品質量提供了良好的保證。
奧吉娜公司是中國唯一一家通過FLENDER公司風力發電機組專用齒輪油產品認證的潤滑油企業。

五、世界先進的檢測裝置

圖片，未上傳

來自 “ ITPUB部落格 ” ，連結：http://blog.itpub.net/7942439/viewspace-471551/，如需轉載，請註明出處，否則將追究法律責任。