風力發電機齒輪油

“ 隨著雙碳目標的實施以及科技的不斷發展成熟，風力發電已成為世界新能源產業的一個熱點。結合國內外風力發電技術的研究現狀及發展趨勢，對風力發電機專用齒輪油進行性質對比分析和總結，同時根據國內外風力發電技術的迅猛發展，表明風力發電機相關潤滑產品將有一

個廣闊的市場應用前景。”

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風電行業現狀

一、行業發展趨勢

風電進入平價上網階段，風機大型化進程提速，推動產業鏈競爭力強化：1） 風電成本加速下降， 釋放裝機需求增長潛力， 行業成長屬性強化；2 ） 大兆瓦風機升級推廣進度較快、供應鏈布局完善的優質整機廠有望成長為新龍頭；3 ） 零部件競爭門檻提升， 具備技術、成本、客戶等優勢的龍頭廠商，有望受益于全球份額替代和技術升級，優化長期競爭力和增長空間。

二、技術趨勢

風機大型化：1.5MW至3MW早已成為主流機型；5MW以上機組技術也已發展成熟；海上風機將趨于大型化。

風力資源：陸上風力資源集中在北部，但剩余可發 展資源已經比較有限； 海上風能將成為未來主要發展方向之一。

風機運行及維護：著重提高風力運行效率；風電新增市場趨于飽和，運維市場即將大爆發， 需要產業化及標準化維護。

三、用油要求

目前風機的類型有雙饋和直驅兩種技術，主要按發動機的不同，包括永磁直驅風機和雙饋風機兩種，兩者的最大區別在于不同的傳動、發電結構。不同的技術路線，對潤滑的需求有所差異。

--- 雙饋風機帶有主齒輪箱，主要使用潤滑油潤滑；

--- 直驅風機沒有主齒輪箱，主要使用潤滑脂潤滑；

雙饋風機占我國風電市場的大部分份額（以遠景、聯合動力、明陽華銳、東汽等為主)； 直驅風機的發展比較迅速（以金風、湘電為主）。

四、市場容量

全國風機總裝機臺數量超過12萬臺左右，按照70%的雙饋風機市場占有率，平均每臺風機齒輪油消耗量0.20-0.3噸計算，風電齒輪油需求是1萬噸以上；每年的風電齒輪油需求是

2000噸左右

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風電齒輪油的性能特點

一、風機的運行工況

齒輪箱是風力發電機的主要潤滑部位，用油量占風力發電機用油量的3/4左右。齒輪箱多采用油池飛濺式潤滑或壓力強制循環潤滑。主變速箱是帶齒輪結構風機的心臟，工況最為苛刻，對潤滑油的要求也最高。實際中，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

風機運行工況特點一：由于風機運行工況復雜，野外工作，氣候條件比較惡劣，戶外可低至-40℃，齒輪箱運轉時可達60℃。風力時大時小，交變載荷快且復雜；同時風機經常起停，有較大的沖擊負荷；低速，高扭矩；高空運轉振動大。

風機運行工況特點二：飛濺潤滑，要求高可靠度：軸承設計使用壽命20年；要求低維護： 高空安裝、維護困難、費用高昂。同時海上風機要求更高的可靠度與防腐蝕能力。

二、風電齒輪箱的潤滑油的關鍵技術要求

技術要求一，抗微點蝕。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計，其中包括齒輪的表面硬化設計。經過表面硬化處理（滲碳、氮化、感應和火焰淬火）的齒輪在復雜的氣候條件和運行負荷下極易受到微點蝕的影響。因此選用的齒輪潤滑油必須擁有防止此類磨損的功能。

微點蝕是一種表面磨損現象，主要發生在齒輪和滾動軸承上。運轉開始后幾個小時內， 微點蝕作用就能引起表面開裂。這些細微的裂痕以與表面成淺斜角（通常小于30度）的狀態不斷擴大，繼而形成直徑在10微米以下的微點。在這些微點的共同作用下，表面的裂痕又會被繼續擴大。一個微點大小在5微米到20微米之間，深度最高達10微米。做個比較，人類一根頭發大概40微米粗，所以人們無法用肉眼看到它們。不過這些微點雖然看起來很小，但它們能降低輪齒的吻合度，嚴重的可導致齒輪斷裂故障。

為了盡量避免意外停機和更換齒輪造成的損失，維護人員可以使用專門用來防止微點蝕的潤滑油。齒輪潤滑油對微點蝕的保護功效的高低是一般通過FVA54 微點蝕測試

（FVA54MicropittingTest）來測量的。

技術要求二，抗磨損和軸承保護：磨損主要由滑行齒面間的材料移動造成。當齒輪油的油膜厚度不夠時就會造成齒輪間金屬部件的接觸。如果磨損一直持續下去，就不得不過早地更換齒輪。

FZG磨損測試（DIN51354-2mod）利用標準的齒輪機組在不同的溫度和速度下測試抗擦傷和抗磨損性能。潤滑油的等級根據其失效級數而定。由于潤滑油質量差而損壞軸承也是導致變速箱停機最為常見的原因之一。FAG FE8可在不同的負荷、速度和溫度條件下對軸承上潤滑油的性能進行測試。

技術要求三，優異的抗泡沫性能。

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

眾所周知，泡沫的形成機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，潤滑油就會緊隨其后，從而泡沫破裂，空氣釋放出來。目前，評價風電齒輪油泡沫性的評價方法有傳統的玻璃器皿法ASTM D892(如圖1所示)及新型Flender(弗蘭德)泡沫性試驗GG-V425。