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        含磷添加劑潤(rùn)滑油對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱磨損影響分析

        2021-09-26 07:35:28孫建偉歐煥飛杜琳娟張希希毋瑞琪
        機(jī)電工程技術(shù) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:極壓齒輪油鐵元素

        孫建偉,歐煥飛,杜琳娟,張希希,毋瑞琪

        (1.華潤(rùn)電力技術(shù)研究院,廣東深圳 518010;2.潤(rùn)電能源科學(xué)技術(shù)有限公司,鄭州 450018)

        0 引言

        齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的核心部件,對(duì)整個(gè)機(jī)組的高效運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。同時(shí),齒輪油對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱有減少摩擦、避免發(fā)熱、防止磨損的功能,對(duì)維持風(fēng)機(jī)運(yùn)行及提高齒輪箱壽命起到非常關(guān)鍵的作用。目前,風(fēng)機(jī)齒輪油多使用??松梨诠?、荷蘭皇家殼牌公司、德國(guó)福斯油品公司、英國(guó)石油公司等國(guó)外廠商生產(chǎn)的全合成含磷添加劑的齒輪油。齒輪油中含磷型添加劑起到極壓、抗磨的作用[1-2]。不同品牌的齒輪油含磷添加劑的不同,對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱磨損影響不同。通常采用油液監(jiān)測(cè)手段[3-4]特別是使用光譜分析技術(shù)[5]可以監(jiān)測(cè)齒輪箱磨損情況并對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。例如郎宏等[6]基于光譜分析技術(shù)能夠提前預(yù)報(bào)燃?xì)廨啓C(jī)傳動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)可能發(fā)生的磨損故障,是油液狀態(tài)監(jiān)控的一種有效手段;常鵬等[7]基于光譜分析技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱不同的累積磨損情況建立3 種不同維護(hù)策略,利用概率建立時(shí)間成本模型,優(yōu)化齒輪箱維護(hù)時(shí)間成本;孫建偉等[8]基于光譜分析技術(shù)監(jiān)測(cè)大量在用風(fēng)機(jī)齒輪油中磷添加劑含量,判斷風(fēng)機(jī)齒輪油的老化程度,為風(fēng)機(jī)齒輪油更換提供參考依據(jù)。本文通過(guò)采用光譜分析技術(shù)監(jiān)測(cè)在用齒輪油中一定時(shí)期鐵元素的變化量,來(lái)衡量不同品牌齒輪油極壓、抗磨性能對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱磨損的影響。

        1 分析背景

        某電力公司7 個(gè)不同風(fēng)電場(chǎng)共計(jì)235 臺(tái)風(fēng)機(jī)是同機(jī)型、同品牌的齒輪箱,但卻使用了2 種不同廠家的齒輪油,其中使用L1-320 有95 臺(tái),使用L2-320 有140 臺(tái)。通過(guò)使用Spectro 油料光譜分析儀[9]定期監(jiān)測(cè)齒輪油發(fā)現(xiàn),L1-320 和L2-320 齒輪油中極壓-抗磨添加劑含量不同:L1-320 齒輪油新油中磷含量380~420 mg/ kg;L2-320 齒輪油新油中磷含量190~200 mg/ kg,由于極壓-抗磨添加劑含量的不同,機(jī)組在運(yùn)行中齒輪箱磨損的差異能通過(guò)鐵元素表現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)704 個(gè)在用齒輪油鐵含量的檢測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析L1-320 和L2-320 磨損鐵元素的變化量,來(lái)評(píng)估齒輪油的極壓抗磨性能。

        2 分析方法

        通過(guò)前期對(duì)在用風(fēng)機(jī)齒輪油的跟蹤監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),齒輪箱的磨損情況可以通過(guò)油液光譜儀定期監(jiān)測(cè)鐵元素含量來(lái)判斷[10]。因此,不同含磷添加劑齒輪油對(duì)齒輪箱磨損影響分析可以采用2種方法進(jìn)行。

        2.1 齒輪箱磨損鐵元素含量趨勢(shì)分析法

        由于不同含磷添加劑的齒輪油,對(duì)齒輪箱磨損影響不同,通過(guò)對(duì)L1-320 和L2-320 一段時(shí)間的鐵元素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),建立一元線性回歸方程趨勢(shì)線進(jìn)行對(duì)比分析。

        2.2 齒輪箱單位可利用小時(shí)數(shù)磨損鐵元素增加量趨勢(shì)分析法

        計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)鐵元素的增加量和這段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)機(jī)可利用小時(shí)數(shù)的比值,能真實(shí)反映出風(fēng)機(jī)在有效工作時(shí)間內(nèi)的磨損情況。通過(guò)對(duì)L1-320 和L2-320 在單位可利用小時(shí)數(shù)內(nèi)的鐵元素增加量計(jì)算數(shù)據(jù),建立一元線性回歸方程趨勢(shì)線進(jìn)行對(duì)比分析。

        計(jì)算單位可利用小時(shí)數(shù)磨損鐵元素增加量樣本的計(jì)算值ΔQFe(鐵元素的增量/每100 可利用小時(shí)數(shù))。

        式中:ΔQFe為每100 可利用小時(shí)下風(fēng)機(jī)齒輪箱油中磨損鐵元素增加量,mg/ kg;QFe為不同取樣時(shí)間齒輪油中鐵元素含量,mg/ kg;E為不同取樣時(shí)間時(shí)風(fēng)機(jī)發(fā)電量,kW·h;W單為單臺(tái)風(fēng)機(jī)標(biāo)稱功率,kW;角標(biāo)1、2 分別表示第1 次取樣時(shí)間、第2次取樣時(shí)間。

        3 數(shù)據(jù)分析

        3.1 齒輪箱磨損鐵元素變化數(shù)據(jù)對(duì)比分析

        本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于同機(jī)型、同品牌的齒輪箱,不同風(fēng)電場(chǎng)送檢在用齒輪油檢測(cè)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)L1-320 和L2-320 共計(jì)704 個(gè)鐵元素檢測(cè)數(shù)據(jù),鐵元素含量隨不同時(shí)間的趨勢(shì)圖及建立的一元線性回歸方程如圖1 所示。

        圖1 不同時(shí)間鐵元素含量變化趨勢(shì)

        由圖1 可知:

        (1)L2-320 檢測(cè)數(shù)據(jù)433 個(gè),L1-320 檢測(cè)數(shù)據(jù)271 個(gè),從圖中可以看出L2-320 數(shù)據(jù)點(diǎn)分布高于L1-320 數(shù)據(jù)點(diǎn)分布,而且L2-320 Fe 數(shù)據(jù)一元線性回歸趨勢(shì)線高于L1-320 Fe 一元線性回歸數(shù)據(jù)趨勢(shì)線。

        (2)L2-320 Fe平均值等于50.51 mg/ kg;L1-320 Fe平均值等于33.91 mg/ kg,L2-320 Fe磨損平均值是L1-320 Fe磨損平均值的1.49 倍。

        (3)磨損鐵元素預(yù)警值是75 mg/ kg,L2-320 有84 組數(shù)據(jù)超出75 mg/ kg,L1-320 無(wú)數(shù)據(jù)超出75 mg/ kg。從圖中可以看出,L2-320 數(shù)據(jù)超出預(yù)警值是風(fēng)機(jī)運(yùn)行900 天(2.5年)以后,磨損鐵元素連續(xù)超過(guò)預(yù)警值,預(yù)示著齒輪油需要更換新油,而風(fēng)機(jī)廠商提供給風(fēng)機(jī)運(yùn)營(yíng)商的風(fēng)機(jī)維護(hù)手冊(cè)上是齒輪油更換周期為1825 天(5年),分析發(fā)現(xiàn)L2-320 油品的使用年限比計(jì)劃年限縮短了50%。

        7個(gè)不同風(fēng)電場(chǎng)齒輪箱磨損鐵元素變化對(duì)比分析結(jié)果如表1所示。

        表1 風(fēng)電場(chǎng)磨損鐵元素統(tǒng)計(jì)

        3.2 L1-320 和L2-320 對(duì)齒輪箱磨損影響分析

        某風(fēng)電場(chǎng)同機(jī)型、同品牌齒輪箱使用L1-320和L2-320,檢測(cè)160個(gè)鐵元素?cái)?shù)據(jù),建立鐵元素含量的趨勢(shì)圖,如圖2所示。

        圖2 某風(fēng)電場(chǎng)不同時(shí)間鐵元素含量變化趨勢(shì)

        由圖2可知:某風(fēng)電場(chǎng)L2-320 Fe平均值等于48.62 mg/ kg;L1-320 Fe平均值等于29.98 mg/ kg。L2-320 Fe 磨損平均值是L1-320 Fe磨損平均值的1.62 倍。有17 個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)9 臺(tái)風(fēng)機(jī)齒輪油磨損鐵元素含量超出75 mg/ kg。理論上說(shuō)明L1-320 極壓-抗磨性能優(yōu)于L2-320。

        3.3 齒輪箱磨損ΔQFe(鐵元素增量/每100 可利用小時(shí)數(shù))對(duì)比分析

        本研究數(shù)據(jù)來(lái)源同機(jī)型、同品牌的齒輪箱,不同風(fēng)電場(chǎng)送檢在用齒輪油檢測(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)式(1)統(tǒng)計(jì)計(jì)算L2-320 和L1-320 共計(jì)172 個(gè)ΔQFe數(shù)據(jù),建立ΔQFe數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖和的一元線性回歸方程,如圖3 所示。

        圖3 每100 可利用小時(shí)數(shù)磨損鐵元素增加量趨勢(shì)

        由圖3 可知:

        (1)L2-320 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)111 個(gè),L1-320 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)61 個(gè),從圖中可以看出L2-320 數(shù)據(jù)點(diǎn)分布高于L1-320 數(shù)據(jù)點(diǎn)分布,而且L2-320ΔQFe數(shù)據(jù)趨勢(shì)線高于L1-320ΔQFe數(shù)據(jù)趨勢(shì)線;

        (2)L2-320ΔQFe平均值等于1.01 mg/ kg,L1-320ΔQFe平均值等于0.53 mg/ kg,L2-320ΔQFe平均值是L1-320ΔQFe平均值的1.91 倍,從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,理論上說(shuō)明使用L1-320 的齒輪箱壽命是使用L2-320 齒輪箱壽命的1.91 倍。

        6 個(gè)不同風(fēng)電場(chǎng)齒輪箱磨損ΔQFe變化對(duì)比分析結(jié)果如表2所示。

        表2 風(fēng)電場(chǎng)磨損ΔQFe統(tǒng)計(jì)

        3.4 L1-320ΔQFe和L2-320ΔQFe對(duì)齒輪箱磨損影響分析

        某風(fēng)電場(chǎng)ΔQFe趨勢(shì)如圖4 所示。由圖可知:某風(fēng)電場(chǎng)L2-320ΔQFe平均值為0.74 mg/ kg。L1-320ΔQFe平均值為0.41 mg/ kg,L2-320ΔQFe平均值是L1-320ΔQFe平均值的1.80 倍。理論上說(shuō)明使用L1-320 齒輪油的齒輪箱壽命是使用L2-320 油齒輪箱壽命的1.80 倍。

        圖4 某風(fēng)電場(chǎng)ΔQFe趨勢(shì)

        4 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)在用風(fēng)機(jī)齒輪油的監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析齒輪油中磨損鐵元素的變化,說(shuō)明不同含量的磷型添加劑的齒輪油表現(xiàn)出不同的極壓-抗磨性能,通過(guò)使用Spectro 油料光譜分析儀測(cè)試分析得出L1-320 極壓-抗磨性能優(yōu)于L2-320。在風(fēng)電油液監(jiān)測(cè)分析中,通過(guò)監(jiān)測(cè)磨損鐵元素含量,在計(jì)算出每100 可利用小時(shí)數(shù)鐵元素增量ΔQFe,能夠反映出風(fēng)機(jī)齒輪箱磨損情況,從而為風(fēng)電機(jī)組齒輪箱預(yù)防維修提供考參依據(jù)。

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