风力发电机齿轮油

“ 随着双碳目标的实施以及科技的不断发展成熟，风力发电已成为世界新能源产业的一个热点。结合国内外风力发电技术的研究现状及发展趋势，对风力发电机专用齿轮油进行性质对比分析和总结，同时根据国内外风力发电技术的迅猛发展，表明风力发电机相关润滑产品将有一

个广阔的市场应用前景。”

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风电行业现状

一、行业发展趋势

风电进入平价上网阶段，风机大型化进程提速，推动产业链竞争力强化：1） 风电成本加速下降， 释放装机需求增长潜力， 行业成长属性强化；2 ） 大兆瓦风机升级推广进度较快、供应链布局完善的优质整机厂有望成长为新龙头；3 ） 零部件竞争门槛提升， 具备技术、成本、客户等优势的龙头厂商，有望受益于全球份额替代和技术升级，优化长期竞争力和增长空间。

二、技术趋势

风机大型化：1.5MW至3MW早已成为主流机型；5MW以上机组技术也已发展成熟；海上风机将趋于大型化。

风力资源：陆上风力资源集中在北部，但剩余可发 展资源已经比较有限； 海上风能将成为未来主要发展方向之一。

风机运行及维护：着重提高风力运行效率；风电新增市场趋于饱和，运维市场即将大爆发， 需要产业化及标准化维护。

三、用油要求

目前风机的类型有双馈和直驱两种技术，主要按发动机的不同，包括永磁直驱风机和双馈风机两种，两者的最大区别在于不同的传动、发电结构。不同的技术路线，对润滑的需求有所差异。

--- 双馈风机带有主齿轮箱，主要使用润滑油润滑；

--- 直驱风机没有主齿轮箱，主要使用润滑脂润滑；

双馈风机占我国风电市场的大部分份额（以远景、联合动力、明阳华锐、东汽等为主)； 直驱风机的发展比较迅速（以金风、湘电为主）。

四、市场容量

全国风机总装机台数量超过12万台左右，按照70%的双馈风机市场占有率，平均每台风机齿轮油消耗量0.20-0.3吨计算，风电齿轮油需求是1万吨以上；每年的风电齿轮油需求是

2000吨左右

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风电齿轮油的性能特点

一、风机的运行工况

齿轮箱是风力发电机的主要润滑部位，用油量占风力发电机用油量的3/4左右。齿轮箱多采用油池飞溅式润滑或压力强制循环润滑。主变速箱是带齿轮结构风机的心脏，工况最为苛刻，对润滑油的要求也最高。实际中，适用于主齿轮箱的油品，也同样适用于偏航减速箱、变桨减速箱。

齿轮箱的工作工况

风机运行工况特点一：由于风机运行工况复杂，野外工作，气候条件比较恶劣，户外可低至-40℃，齿轮箱运转时可达60℃。风力时大时小，交变载荷快且复杂；同时风机经常起停，有较大的冲击负荷；低速，高扭矩；高空运转振动大。

风机运行工况特点二：飞溅润滑，要求高可靠度：轴承设计使用寿命20年；要求低维护： 高空安装、维护困难、费用高昂。同时海上风机要求更高的可靠度与防腐蚀能力。

二、风电齿轮箱的润滑油的关键技术要求

技术要求一，抗微点蚀。为最大限度的减少塔身上部（up-tower）重量，变速箱一般采用紧凑型设计，其中包括齿轮的表面硬化设计。经过表面硬化处理（渗碳、氮化、感应和火焰淬火）的齿轮在复杂的气候条件和运行负荷下极易受到微点蚀的影响。因此选用的齿轮润滑油必须拥有防止此类磨损的功能。

微点蚀是一种表面磨损现象，主要发生在齿轮和滚动轴承上。运转开始后几个小时内， 微点蚀作用就能引起表面开裂。这些细微的裂痕以与表面成浅斜角（通常小于30度）的状态不断扩大，继而形成直径在10微米以下的微点。在这些微点的共同作用下，表面的裂痕又会被继续扩大。一个微点大小在5微米到20微米之间，深度最高达10微米。做个比较，人类一根头发大概40微米粗，所以人们无法用肉眼看到它们。不过这些微点虽然看起来很小，但它们能降低轮齿的吻合度，严重的可导致齿轮断裂故障。

为了尽量避免意外停机和更换齿轮造成的损失，维护人员可以使用专门用来防止微点蚀的润滑油。齿轮润滑油对微点蚀的保护功效的高低是一般通过FVA54 微点蚀测试

（FVA54MicropittingTest）来测量的。

技术要求二，抗磨损和轴承保护：磨损主要由滑行齿面间的材料移动造成。当齿轮油的油膜厚度不够时就会造成齿轮间金属部件的接触。如果磨损一直持续下去，就不得不过早地更换齿轮。

FZG磨损测试（DIN51354-2mod）利用标准的齿轮机组在不同的温度和速度下测试抗擦伤和抗磨损性能。润滑油的等级根据其失效级数而定。由于润滑油质量差而损坏轴承也是导致变速箱停机最为常见的原因之一。FAG FE8可在不同的负荷、速度和温度条件下对轴承上润滑油的性能进行测试。

技术要求三，优异的抗泡沫性能。

风电齿轮油泡沫问题还会带来诸多严重的机械问题：首先大量的泡沫会使齿轮油从加注口溢出，造成润滑油流失，同时也带来了火灾等安全隐患;其次，泡沫会增大齿轮箱润滑油的可压缩性，使泵送到各润滑点油量不足，从而使啮合部位摩擦过大而导致局部过热，进而会引起擦伤、点蚀等严重磨损;再者，泡沫多会影响润滑油对齿轮和轴承的散热效果，使得温度过高，加速油品变质;最后，风电齿轮油中的大量的泡沫会增大润滑油与空气接触面积，加速油品的氧化变质，降低油品的使用寿命。

众所周知，泡沫的形成机理是空气被搅入到油中后，周围被极性比较大的添加剂包裹并稳定，从而形成了气泡。而消泡剂消泡的原理是，消泡剂的表面张力小可以湿润并破坏泡沫的表面，减少泡沫的弹性，进而深入到泡沫的薄层中。一旦消泡剂渗入泡沫里，润滑油就会紧随其后，从而泡沫破裂，空气释放出来。目前，评价风电齿轮油泡沫性的评价方法有传统的玻璃器皿法ASTM D892(如图1所示)及新型Flender(弗兰德)泡沫性试验GG-V425。