風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪油

“ 隨著雙碳目標(biāo)的實(shí)施以及科技的不斷發(fā)展成熟，風(fēng)力發(fā)電已成為世界新能源產(chǎn)業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。結(jié)合國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用齒輪油進(jìn)行性質(zhì)對(duì)比分析和總結(jié)，同時(shí)根據(jù)國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，表明風(fēng)力發(fā)電機(jī)相關(guān)潤滑產(chǎn)品將有一

個(gè)廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。”

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風(fēng)電行業(yè)現(xiàn)狀

一、行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

風(fēng)電進(jìn)入平價(jià)上網(wǎng)階段，風(fēng)機(jī)大型化進(jìn)程提速，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈競爭力強(qiáng)化：1） 風(fēng)電成本加速下降， 釋放裝機(jī)需求增長潛力， 行業(yè)成長屬性強(qiáng)化；2 ） 大兆瓦風(fēng)機(jī)升級(jí)推廣進(jìn)度較快、供應(yīng)鏈布局完善的優(yōu)質(zhì)整機(jī)廠有望成長為新龍頭；3 ） 零部件競爭門檻提升， 具備技術(shù)、成本、客戶等優(yōu)勢(shì)的龍頭廠商，有望受益于全球份額替代和技術(shù)升級(jí)，優(yōu)化長期競爭力和增長空間。

二、技術(shù)趨勢(shì)

風(fēng)機(jī)大型化：1.5MW至3MW早已成為主流機(jī)型；5MW以上機(jī)組技術(shù)也已發(fā)展成熟；海上風(fēng)機(jī)將趨于大型化。

風(fēng)力資源：陸上風(fēng)力資源集中在北部，但剩余可發(fā) 展資源已經(jīng)比較有限； 海上風(fēng)能將成為未來主要發(fā)展方向之一。

風(fēng)機(jī)運(yùn)行及維護(hù)：著重提高風(fēng)力運(yùn)行效率；風(fēng)電新增市場(chǎng)趨于飽和，運(yùn)維市場(chǎng)即將大爆發(fā)， 需要產(chǎn)業(yè)化及標(biāo)準(zhǔn)化維護(hù)。

三、用油要求

目前風(fēng)機(jī)的類型有雙饋和直驅(qū)兩種技術(shù)，主要按發(fā)動(dòng)機(jī)的不同，包括永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)和雙饋風(fēng)機(jī)兩種，兩者的最大區(qū)別在于不同的傳動(dòng)、發(fā)電結(jié)構(gòu)。不同的技術(shù)路線，對(duì)潤滑的需求有所差異。

--- 雙饋風(fēng)機(jī)帶有主齒輪箱，主要使用潤滑油潤滑；

--- 直驅(qū)風(fēng)機(jī)沒有主齒輪箱，主要使用潤滑脂潤滑；

雙饋風(fēng)機(jī)占我國風(fēng)電市場(chǎng)的大部分份額（以遠(yuǎn)景、聯(lián)合動(dòng)力、明陽華銳、東汽等為主)； 直驅(qū)風(fēng)機(jī)的發(fā)展比較迅速（以金風(fēng)、湘電為主）。

四、市場(chǎng)容量

全國風(fēng)機(jī)總裝機(jī)臺(tái)數(shù)量超過12萬臺(tái)左右，按照70%的雙饋風(fēng)機(jī)市場(chǎng)占有率，平均每臺(tái)風(fēng)機(jī)齒輪油消耗量0.20-0.3噸計(jì)算，風(fēng)電齒輪油需求是1萬噸以上；每年的風(fēng)電齒輪油需求是

2000噸左右

02

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風(fēng)電齒輪油的性能特點(diǎn)

一、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況

齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要潤滑部位，用油量占風(fēng)力發(fā)電機(jī)用油量的3/4左右。齒輪箱多采用油池飛濺式潤滑或壓力強(qiáng)制循環(huán)潤滑。主變速箱是帶齒輪結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)的心臟，工況最為苛刻，對(duì)潤滑油的要求也最高。實(shí)際中，適用于主齒輪箱的油品，也同樣適用于偏航減速箱、變槳減速箱。

齒輪箱的工作工況

風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況特點(diǎn)一：由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況復(fù)雜，野外工作，氣候條件比較惡劣，戶外可低至-40℃，齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可達(dá)60℃。風(fēng)力時(shí)大時(shí)小，交變載荷快且復(fù)雜；同時(shí)風(fēng)機(jī)經(jīng)常起停，有較大的沖擊負(fù)荷；低速，高扭矩；高空運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)大。

風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況特點(diǎn)二：飛濺潤滑，要求高可靠度：軸承設(shè)計(jì)使用壽命20年；要求低維護(hù)： 高空安裝、維護(hù)困難、費(fèi)用高昂。同時(shí)海上風(fēng)機(jī)要求更高的可靠度與防腐蝕能力。

二、風(fēng)電齒輪箱的潤滑油的關(guān)鍵技術(shù)要求

技術(shù)要求一，抗微點(diǎn)蝕。為最大限度的減少塔身上部（up-tower）重量，變速箱一般采用緊湊型設(shè)計(jì)，其中包括齒輪的表面硬化設(shè)計(jì)。經(jīng)過表面硬化處理（滲碳、氮化、感應(yīng)和火焰淬火）的齒輪在復(fù)雜的氣候條件和運(yùn)行負(fù)荷下極易受到微點(diǎn)蝕的影響。因此選用的齒輪潤滑油必須擁有防止此類磨損的功能。

微點(diǎn)蝕是一種表面磨損現(xiàn)象，主要發(fā)生在齒輪和滾動(dòng)軸承上。運(yùn)轉(zhuǎn)開始后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)， 微點(diǎn)蝕作用就能引起表面開裂。這些細(xì)微的裂痕以與表面成淺斜角（通常小于30度）的狀態(tài)不斷擴(kuò)大，繼而形成直徑在10微米以下的微點(diǎn)。在這些微點(diǎn)的共同作用下，表面的裂痕又會(huì)被繼續(xù)擴(kuò)大。一個(gè)微點(diǎn)大小在5微米到20微米之間，深度最高達(dá)10微米。做個(gè)比較，人類一根頭發(fā)大概40微米粗，所以人們無法用肉眼看到它們。不過這些微點(diǎn)雖然看起來很小，但它們能降低輪齒的吻合度，嚴(yán)重的可導(dǎo)致齒輪斷裂故障。

為了盡量避免意外停機(jī)和更換齒輪造成的損失，維護(hù)人員可以使用專門用來防止微點(diǎn)蝕的潤滑油。齒輪潤滑油對(duì)微點(diǎn)蝕的保護(hù)功效的高低是一般通過FVA54 微點(diǎn)蝕測(cè)試

（FVA54MicropittingTest）來測(cè)量的。

技術(shù)要求二，抗磨損和軸承保護(hù)：磨損主要由滑行齒面間的材料移動(dòng)造成。當(dāng)齒輪油的油膜厚度不夠時(shí)就會(huì)造成齒輪間金屬部件的接觸。如果磨損一直持續(xù)下去，就不得不過早地更換齒輪。

FZG磨損測(cè)試（DIN51354-2mod）利用標(biāo)準(zhǔn)的齒輪機(jī)組在不同的溫度和速度下測(cè)試抗擦傷和抗磨損性能。潤滑油的等級(jí)根據(jù)其失效級(jí)數(shù)而定。由于潤滑油質(zhì)量差而損壞軸承也是導(dǎo)致變速箱停機(jī)最為常見的原因之一。FAG FE8可在不同的負(fù)荷、速度和溫度條件下對(duì)軸承上潤滑油的性能進(jìn)行測(cè)試。

技術(shù)要求三，優(yōu)異的抗泡沫性能。

風(fēng)電齒輪油泡沫問題還會(huì)帶來諸多嚴(yán)重的機(jī)械問題：首先大量的泡沫會(huì)使齒輪油從加注口溢出，造成潤滑油流失，同時(shí)也帶來了火災(zāi)等安全隱患;其次，泡沫會(huì)增大齒輪箱潤滑油的可壓縮性，使泵送到各潤滑點(diǎn)油量不足，從而使嚙合部位摩擦過大而導(dǎo)致局部過熱，進(jìn)而會(huì)引起擦傷、點(diǎn)蝕等嚴(yán)重磨損;再者，泡沫多會(huì)影響潤滑油對(duì)齒輪和軸承的散熱效果，使得溫度過高，加速油品變質(zhì);最后，風(fēng)電齒輪油中的大量的泡沫會(huì)增大潤滑油與空氣接觸面積，加速油品的氧化變質(zhì)，降低油品的使用壽命。

眾所周知，泡沫的形成機(jī)理是空氣被攪入到油中后，周圍被極性比較大的添加劑包裹并穩(wěn)定，從而形成了氣泡。而消泡劑消泡的原理是，消泡劑的表面張力小可以濕潤并破壞泡沫的表面，減少泡沫的彈性，進(jìn)而深入到泡沫的薄層中。一旦消泡劑滲入泡沫里，潤滑油就會(huì)緊隨其后，從而泡沫破裂，空氣釋放出來。目前，評(píng)價(jià)風(fēng)電齒輪油泡沫性的評(píng)價(jià)方法有傳統(tǒng)的玻璃器皿法ASTM D892(如圖1所示)及新型Flender(弗蘭德)泡沫性試驗(yàn)GG-V425。