夏延秋，郭振華，陳國光，尹元鑫，姜洋，張來祥，柳會哲

(1.華北電力大學(xué)能源動力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206；2.黑龍江省華富電力投資有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

在過去20年里，中國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備數(shù)量伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的騰飛而增長，至2010年底，中國全年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量達(dá)1600萬千瓦，累計裝機(jī)容量達(dá)到4182.7萬千瓦，首次超過美國，躍居世界第一。截止2016年底，中國已連續(xù)7年保持世界裝機(jī)第一的位置。但風(fēng)力發(fā)電機(jī)潤滑劑的研究和應(yīng)用并未因此提高，很多潤滑油企業(yè)，尤其中國石油和中國石化潤滑油公司并未搭上風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展的列車，目前國內(nèi)風(fēng)電用潤滑劑99%以上為進(jìn)口油脂，風(fēng)電制造企業(yè)和潤滑油生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該認(rèn)真反省。

風(fēng)電機(jī)組齒輪油主要用于潤滑齒輪和軸承，防止磨損和銹蝕以及系統(tǒng)散熱等作用。風(fēng)電機(jī)組齒輪油的監(jiān)測是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)保養(yǎng)的主要環(huán)節(jié)。使用高端潤滑油就不需要監(jiān)測的觀念是錯誤的，所有的風(fēng)電機(jī)組必須進(jìn)行潤滑油監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)齒輪箱的潤滑故障，實(shí)施風(fēng)電機(jī)組的全方位潤滑管理。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要部件，齒輪箱的作用是將風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，齒輪箱在高速轉(zhuǎn)動過程中容易發(fā)生齒面磨損、點(diǎn)蝕以及潤滑油老化，嚴(yán)重會導(dǎo)致齒輪箱事故。因此齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要潤滑部位[1]。近年來，隨著風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展和風(fēng)機(jī)數(shù)量的增加，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪油的需求也不斷上升，僅2015年需求已達(dá)到38000 t。由于風(fēng)電場多數(shù)建在沙漠戈壁、海上、山里等野外偏遠(yuǎn)區(qū)域，容易受極熱、極寒、沙塵、鹽堿腐蝕等環(huán)境影響，嚴(yán)重的會影響風(fēng)電設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命，絕大多數(shù)地區(qū)不便修理或者修理費(fèi)用極高。所以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱的工作壽命尤為重要，因此作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪油需要具備較好的物理和化學(xué)性能以及摩擦學(xué)性能[1-2]。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪油作為高端潤滑油，已廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的齒輪潤滑，有數(shù)據(jù)顯示，目前，國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱全部選用進(jìn)口齒輪油(不包括試驗(yàn)用齒輪油)，目前國內(nèi)市場上的進(jìn)口齒輪油有美孚、殼牌、福斯、巴斯夫等占了90%以上的風(fēng)電油品市場。近年來，?？松梨谶€推出了質(zhì)保達(dá)7年之久的美孚SHCTM齒輪油320 WT。國外高檔風(fēng)機(jī)齒輪油在不斷更新?lián)Q代，而國產(chǎn)風(fēng)電齒輪油還沒有進(jìn)入正式招標(biāo)采購的范圍。

1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)地點(diǎn)選在黑龍江省某風(fēng)場進(jìn)行，選用東汽1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為試驗(yàn)機(jī)組，選用了2種國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪油與1種進(jìn)口風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪油進(jìn)行跟蹤對比，就齒輪油的理學(xué)性能、潤滑性能、鐵譜和旋轉(zhuǎn)氧彈等指標(biāo)進(jìn)行320 d的跟蹤測試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別包括新油、使用30 d、120 d和320 d的四次采樣數(shù)據(jù)。表1示出了本次試驗(yàn)選用的3種油品的理化性能數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，各項(xiàng)理化指標(biāo)符合國家風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用潤滑劑油標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 33540.3-2017)[3]。

表1 三種新風(fēng)機(jī)齒輪油的的物理化學(xué)性能對比

1.1 物理化學(xué)性能

經(jīng)過近1年的實(shí)際應(yīng)用，采集了分別運(yùn)行了30 d、120 d和320 d的3種油品，如表2所示，發(fā)現(xiàn)，同一部位采集的測試油樣，性能指標(biāo)相差不大，但進(jìn)口油水含量測試結(jié)果超過國產(chǎn)油，國產(chǎn)1號和2號齒輪油的抗泡性不如進(jìn)口油，說明進(jìn)口油的抗泡性能優(yōu)于國產(chǎn)齒輪油。

表2 三種運(yùn)轉(zhuǎn)30 d的風(fēng)機(jī)齒輪油的物理化學(xué)性能對比

表2(續(xù))

表3示出了運(yùn)轉(zhuǎn)120 d風(fēng)電機(jī)組齒輪油的測試結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示，除國產(chǎn)油抗泡性能較差外，其他各項(xiàng)理化指標(biāo)區(qū)別不大。

表3 三種運(yùn)轉(zhuǎn)120 d的風(fēng)機(jī)齒輪油的物理化學(xué)性能對比

表4示出了運(yùn)轉(zhuǎn)320 d風(fēng)電機(jī)組齒輪油的測試結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示，國產(chǎn)油與進(jìn)口油抗泡性能差距縮小，其他各項(xiàng)理化指標(biāo)區(qū)別不大。表2～表4的物理化學(xué)性能上看，國產(chǎn)1號總酸值最低，破乳化性能最優(yōu)，但抗泡性與進(jìn)口油還有差距。因此一年來，重點(diǎn)在抗泡性能方面進(jìn)行了監(jiān)控。

表4 運(yùn)轉(zhuǎn)320 d的風(fēng)機(jī)齒輪油的物理化學(xué)性能對比

1.2 潤滑性能

風(fēng)電齒輪油在使用過程中，伴隨著摩擦和磨損，因此，齒輪油的潤滑也是本次檢測的重要指標(biāo)之一，測試了PB(卡咬負(fù)荷)、PD(燒結(jié)負(fù)荷)、磨斑直徑和摩擦系數(shù)4項(xiàng)指標(biāo)。其中磨斑直徑是在廈門試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的MS-800型四球式試驗(yàn)機(jī)上完成(196 N，60 min，54 ℃，1800 r/min)，測試發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口齒輪油和國產(chǎn)齒輪油燒結(jié)負(fù)荷沒有變化。卡咬負(fù)荷變化不大，而磨斑直徑則相應(yīng)增加。表明潤滑油隨著使用時間的變化，其抗磨性能下降，國產(chǎn)1號油抗磨性能保持性最優(yōu)。而三種油的摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定。研究表明[4]，摩擦系數(shù)對提高齒輪的齒輪傳動效率和抗點(diǎn)蝕能力具有重要作用，說明3種油都具有優(yōu)良的抗疲勞性能。

表5 齒輪油不同時間的摩擦學(xué)性能對比

注:選用蘭州化學(xué)物理研究所的MFT-R4000往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，上試樣采用AISI 52100 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)鋼球，硬度是630 HV，下試件采用AISI 52100 鋼盤，硬度是650 HV。

1.3 其他測試結(jié)果比較

PQ指數(shù)是測定潤滑油中鐵系金屬的含量，用來避免產(chǎn)生機(jī)械故障的一種方法，其理想值應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0，表5示出了3種油品運(yùn)行320 d后，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于50，完全符合標(biāo)準(zhǔn)，即在運(yùn)行過程中不會因?yàn)槟バ紗栴}而降低齒輪箱的壽命。

旋轉(zhuǎn)氧彈是一種測試油抗氧化能力的方法，是潤滑油抗氧化能力的指標(biāo)。表6示出了3種油品在不同時期潤滑油的抗氧化能力，其中國產(chǎn)1號油抗氧化能力最優(yōu)。而進(jìn)口油抗氧化能力優(yōu)于國產(chǎn)2號油。紅外光譜Abs表示吸光度，是指光線通過溶液或某一物質(zhì)前的入射光強(qiáng)度與該光線通過溶液或物質(zhì)后的透射光強(qiáng)度比值的對數(shù)，吸光度是用來衡量光被吸收的物理量。在氧化值檢測中，以檢測氧化物官能團(tuán)(C=O)的吸光度最大值來確定其氧化值。按ASTM E2412-10標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定，獲得的抗氧化值進(jìn)口油與國產(chǎn)1號油相當(dāng)，優(yōu)于國產(chǎn)2號油。以上兩種抗氧化性能方法不同，表達(dá)油的抗氧化能也不同。鐵譜在測試中發(fā)現(xiàn)，有些元素的數(shù)據(jù)明顯偏差，可能是齒輪油中混入其他油品或者是測試誤差。

經(jīng)過1年的跟蹤測試發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)油與進(jìn)口油性能差別不大，個別指標(biāo)各有優(yōu)劣，但不影響潤滑油的使用。經(jīng)過320 d的監(jiān)測，結(jié)果表明國產(chǎn)油還需在抗泡指標(biāo)上進(jìn)一步提高。

表6 齒輪油不同時間的其他性能

2 結(jié)論

國產(chǎn)潤滑油在320 d的使用期內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)變化處在正常變化范圍內(nèi)，可以繼續(xù)使用；進(jìn)口潤滑油與國產(chǎn)潤滑油的各項(xiàng)測試性能及使用后性能相差屬正常范圍，國產(chǎn)潤滑油可以代替進(jìn)口潤滑油在市場上進(jìn)行推廣。