趙敏杰

（內蒙古大唐新能源有限公司，內蒙古呼和浩特　010000）

　　摘　要：齒輪箱是風力發電機的重要組成部分，它的運行好壞直接影響著風機的運行狀態。而齒輪及軸承等機械故障所占齒輪箱故障的比重極大，如何做好潤滑對齒輪箱的維護至關重要。本文介紹了潤滑油對齒輪箱齒輪點蝕、膠合以及磨損等常見故障的影響，以及潤滑油常見污染，從潤滑角度分析如何避免或延緩齒輪損傷或損傷程度，從而在日常設備維護工作中確保齒輪箱的正常而穩定地運轉。

　　關鍵詞：風機；齒輪箱；潤滑油

　　齒輪箱潤滑是能減少傳動中的磨損，改善零件工作條件，提高其預期壽命的有效方法。因此在日常的潤滑維護中，如何創造良好的潤滑條件，采用合理的潤滑技術避免齒輪損傷正受到各風電場越來越多的重視。

　　1　潤滑油對齒輪齒面點蝕的影響

　　（1）點蝕是閉式齒輪傳動中常見的一種接觸疲勞現象，它是由于齒面長期在變化的接觸應力條件下工作而造成的在齒面間產生麻點狀剝蝕損傷現象，它大多先發生于輪齒靠近節線處的齒根上，然后隨著運動的進行，向其他部位擴展。點蝕的存在，往往會導致齒面的磨損，從而影響齒輪傳動的精度和壽命，甚至會引發斷齒。一般而言，潤滑油的粘度對點蝕的影響頗大，通常情況下，使用低粘度油，因為流動性較好，容易滲入表面裂紋中，加速裂紋的發展和金屬塊的脫落，引起點蝕。粘度高的油對于滲入裂紋的作用沒有稀油活潑，同時，粘度高有利于油膜的建立和油膜厚度的增大，并且油的彈性可緩和沖擊，使接觸應力的分布更趨于均勻，相對的降低了Z大應力值，增強了齒面的耐點蝕能力。所以適當提高潤滑油的粘度，可以減少表面疲勞點蝕的發生和擴展。

　　（2）潤滑油的添加劑，如油性劑、極壓添加劑，往往會起到降低摩擦，增大邊界油膜的強度，在一定程度上也可以提高齒輪的抗點蝕能力。但在對添加成分的選擇上也應注意。如果油中存有腐蝕性物質，會導致金屬齒面銹蝕，從而引發裂紋，另如果油中存在氣泡也會造成齒面過早的脫落。因此，應綜合考慮潤滑油的粘度、添加劑性能等方面，盡量避免潤滑油對點蝕照成的負面影響，達到提高齒面的抗點蝕能力。

　　（3）潤滑方式與供油量對點蝕也有影響。當潤滑油達到粘著極限時，點蝕傾向隨油量增大而增加。從防疲勞點蝕出發，供油量不宜過多。供油量過多，會有部分油因在嚙合的齒面間，受到擠壓，從而產生局部高壓，增加接觸應力。同時油在高壓作用下滲入裂紋的量也多，促進疲勞點蝕的發生和發展。但是為防止粘著，又必須有充分的流量，所以，應綜合全面考慮供油量的多少，以取得良好的潤滑效果。

　　2　潤滑油對齒輪齒面膠合的影響

　　膠合是高速重載齒輪經常發生的一種破壞形式，它主要是因兩工作齒輪齒面間的壓力大，瞬時溫度高，潤滑效果差，造成兩齒面粘結在一起而形成的。隨著傳動的繼續進行，這些粘住的地方往往會被撕裂，從而在齒面上沿相對滑動方向形成刻痕，由此降低了齒輪傳動的平穩性。

　　就潤滑而言，潤滑油的粘度、種類、潤滑方式對膠合均有一定程度的影響。

　　一般來說，對不含油性劑和極壓劑的礦物油，若油的粘度愈高，形成的油膜愈厚，粘附性愈強，容易阻止齒面的直接接觸，抵抗粘著磨損的能力愈強。一定粘度的潤滑油對具有沖擊載荷的齒輪傳動往往能起緩沖吸振作用。另外潤滑油在承受壓力的情況下，粘度隨壓力增加也會相應增大，這種特性對潤滑油膜的承載能力將會產生較大影響。

　　不同類型的潤滑油對膠合的影響作用往往也不一樣。一般的礦物油，由于其不含油性劑和極壓劑，它們主要依靠粘性在輪齒工作表面之間產生流體潤滑膜來減輕并防止膠合的產生，這類潤滑劑粘度越大防膠合性就越好，對于加入了油性劑的復合礦物油，由于油性劑分子的吸附作用，能形成比純礦物油更為牢固的邊界油膜，從而用以抵抗膠合，而另一種極壓齒輪油由于油中所含的添加劑能與金屬中的某些成分產生化學反府，可在輪齒工作表面上生成抗膠合性強的化學反應油膜，這層無機覆蓋油膜具有較高的強度，能承受較大的載倚，從而抗膠合能力更強。極壓添加劑的品種和添加數量不同，對粘著的影響也不一樣。一般來說，極壓油比非極壓油抗粘性能好。

　　潤滑油的供給Z和潤滑方式對膠合也產生一定的影響。供油越充足，油的膠合極限負載可得以提高。另外，噴油方式比油浴方式的潤滑冷卻效果好，油溫低，抗粘著磨損的能力強。從齒輪出側噴油，比嚙入側噴油效果好。

　　3　潤滑油中污染顆粒對齒輪磨損的影響

　　風電齒輪箱因其工作環境，潤滑油中的污染顆粒有一下常見的四種：

　　（1）設備內殘留的顆粒，主要是制造和工作初期磨損所留下的污染物，包括沒有徹底清理的砂粒，裝配和修理時落入的金屬屑、毛刺、焊渣等。

　　（2）系統內摩擦副的金屬磨屑，金屬磨屑是摩擦副表面在相對運動過程中，表面相互摩擦與磨損而形成的產物。

　　（3）系統在工作中外界侵入的顆粒，包括灰塵、細砂等雜質，它們通過兩條途徑進入油路系統，一是空氣濾清器性能不良或網眼太粗；二是在加注或更換新油液時，使用的容器不干凈或加油口沒有設置濾網。

　　（4）油液衰變產生的微粒，油液在使用過程中，由于氧化、硫化、硝化及添加劑耗損等原因，產生的摩擦聚合物微粒、纖維物微粒、積碳微粒及油渣物微粒。

　　上述這些固體顆粒一旦停留在齒輪箱中就將產生嚴重磨損，其表現為“沖蝕”磨損、“銼削”磨損、“研磨”磨損三種形式，它們或單獨或共同存在。“沖蝕”磨損是指污染顆粒隨著高速流動的油液，不斷向油液系統中部件的表面吹射沖刷，使被沖刷部位受到磨損。污染顆粒有軟硬之分，軟質顆粒的沖蝕磨損使被沖擊部件表面變形，在表層下產生缺陷后損壞。硬質顆粒的沖蝕磨損使被沖刷部件表面材料晶格錯位、滑移，加劇部件疲勞或使材料表面直接被切屑剝離而形成嚴重磨損。“銼削”磨損是指嵌在表面的硬質顆粒對另一個相對運動的表面產生的磨損。這種磨損部件的表面常有明顯的劃紋與劃傷。“研磨”磨損是指兩個相對運動部件的間隙中，進入與間隙尺寸相近的硬質顆粒。部件運動時，硬質顆粒與運動部件表面相接觸，像研磨劑一樣對所接觸的配合表面起著磨削作用，使配合面損傷。這種磨損是油液系統中主要的磨損形式。

　　污染顆粒是導致齒輪箱失效的一個重要因素。對于因潤滑油中混入有泥沙、塵土或因長期沒有經過及時更換而導致輪齒工作表面產生的磨料磨損，可適當降低潤滑油的粘度，從而對齒面上的磨粒有更好的清洗效果。當然，定時清除油中的沉淀物或更換潤滑油，以及在潤滑油的循環系統中安裝過濾設備，也可達到良好的減輕磨損的作用。

　　4　油品污染

　　有此可見，潤滑油的品質對齒輪箱的壽命至關重要。控制好油品質量不僅能延長齒輪箱的壽命，也能減少日常維護的費用。下面介紹常見的油品污染。

　　4.1顆粒物污染

　　顆粒物是油系統失效Z主要的原因。危害Z大的就是尺寸相近或者略大于油系統齒輪間容差的顆粒物。微小的磨料顆粒例如沙粒和塵埃進入到油系統當中，然后隨著油進入到系統關鍵元件當中，擠入精密間隙。這導致了系統表面的微裂，例如，滾珠軸承所受的負載和應力循環會造成接觸向的龜裂和研磨，進一步發展會他內部金屬結構退化，產生并釋放更大尺寸的碎片。

　　極端大量的顆粒物會對油品中的各種添加劑造成擠壓。如果顆粒物的污染問題得不到控制，油品中的添加劑特別是清潔劑和分布劑將可能耗盡。對于顆粒污染物而言，油品所需達到的清潔程度，取決于系統元件的敏感程度，和系統失效的損失有多大。比如更換元件的費用，停機費用和安全責任等等。

　　4.2水污染

　　水是機械失效的主要原因之一。在一些水污染嚴重的油系統中，水是機械失效Z主要的原因。由于粘度的降低和有限的對水的負載能力，油品的潤滑性降低。

　　由于水的粘度和負載能力低，水會降低油的潤滑性能。當水分出現在高壓處，比如齒輪和軸承，水滴破裂（爆裂），這導致了金屬表面的點蝕，更可能在水蒸氣暫時趕走油的時候出現金屬和金屬的直接接觸，水中的游離氫離子更會加劇這一現象，氫離子進入元件之間使得金屬變脆，易于損壞，水還會導致腐蝕，進一步造成金屬表面的損壞。

　　4.3油品降解

　　在絕大多數工業行業，油品降解產物或者軟性污染物廣泛存在。在液壓和潤滑系統中，這些產物就是油泥的前身。如果油品由于高溫，水分和化學污染物而發生降解，比如銅，油品的組成和功能就會發生改變，導致以下產物的形成：

　　（1）酸

　　（2）聚合物溶解于熱油之中（就是俗稱的油泥和脂類）

　　（3）清漆沉淀析出，沉淀在溫度低一些的機器元件上。清漆產物在金屬表面形成了一個粘性油膜層，輕易就能影響精細公差，卡住定向控制閥。硬質顆粒物陷入油膜層，形成了一個像砂紙一樣的表面，嚴重加劇了系統表面的磨損。清漆還將影響油品冷卻器，阻塞油品通路和在線過濾器，影響潤滑等等。

　　4.4酸污染

　　酸作為油品降解的副產物存在，或來源于氣體或燃料燃燒，酯類水解等等。油品中的酸需要控制在一個合理的范圍，因為酸會對機器產生化學腐蝕和縮短油品壽命。

　　風機控制系統中的酯類油液（HFD液體）水解產生的酸會導致嚴重損害。曾有發現酸值高于新油20倍，對系統元件導致了嚴重的酸腐蝕。在這類液體中酸值可以被一些催化劑中和，諸如離子交換樹脂，硅藻土或者鋁氧化物等等。

　　參考文獻

　　[1]祝國棟，文海，高清毅等，風電機組齒輪箱潤滑油清潔度控制[J]。風能，2011（6）：72-76.

來源：《引文版：工程技術》2015年第42月