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

　　摘要：某電力公司不同風(fēng)電場(chǎng)在同機(jī)型、同品牌的齒輪箱中使用的齒輪油分別為L(zhǎng)1-320和L 2-320兩種品牌潤(rùn)滑油，由于兩種品牌的齒輪油中極壓-抗磨磷添加劑含量范圍不同，通過使用Spectro油料光譜分析儀測(cè)試704個(gè)在用齒輪油的鐵含量。采用磨損鐵元素含量一元線性回歸方程趨勢(shì)線分析法、一段時(shí)間內(nèi)鐵元素增加量的可利用小時(shí)數(shù)磨損鐵元素增加量趨勢(shì)分析法兩種統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)使用L 2-320Fe的齒輪箱磨損平均值是使用L 1-320Fe的1. 49倍;使用L 2-320ΔQFe (鐵元素增量/每100可利用小時(shí)數(shù))的平均值是使用L 1-320ΔQFe的1. 91倍。綜合分析認(rèn)為，L 1-320極壓-抗磨性能優(yōu)于L 2-320。

　　關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑油;極壓-抗磨磷添加劑;鐵含量;風(fēng)機(jī);齒輪箱

　　孫建偉; 歐煥飛; 杜琳娟; 張希希; 毋瑞琪， 機(jī)電工程技術(shù) 發(fā)表時(shí)間：2021-08-20

　　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)齒輪油多使用埃克森美孚公司、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L 2-320 有140 臺(tái)。通過使用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L 2-320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鐵元素表現(xiàn)出來。通過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，來評(píng)估齒輪油的極壓抗磨性能。

　　2　 分析方法

　　通過前期對(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油液光譜儀定期監(jiān)測(cè)鐵元素含量來判斷[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))。 ΔQFe = (QFe2 - QFe1 )W單E2 - E1 × 100 (1)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L 2-320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。

　　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，L 2-320有84組數(shù)據(jù)超出75 mg / kg，L1- 320 無數(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1 825天(5年)，分析發(fā)現(xiàn)L 2-320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。

　　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。

　　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。L 2-320 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。

　　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)L 2 -320ΔQFe平均值等于1. 01 mg / kg，L1 - 320ΔQFe平均值等于0. 53 mg / kg，L 2 -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。

　　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)L 2-320ΔQFe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。

　　4　 結(jié)束語

　　通過對(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L 2-320。在風(fēng)電油液監(jiān)測(cè)分析中，通過監(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)。