浅谈润滑油对风机齿轮箱的影响

赵敏杰

（内蒙古大唐新能源有限公司，内蒙古呼和浩特　010000）

　　摘　要：齿轮箱是风力发电机的重要组成部分，它的运行好坏直接影响着风机的运行状态。而齿轮及轴承等机械故障所占齿轮箱故障的比重极大，如何做好润滑对齿轮箱的维护至关重要。本文介绍了润滑油对齿轮箱齿轮点蚀、胶合以及磨损等常见故障的影响，以及润滑油常见污染，从润滑角度分析如何避免或延缓齿轮损伤或损伤程度，从而在日常设备维护工作中确保齿轮箱的正常而稳定地运转。

　　关键词：风机；齿轮箱；润滑油

　　齿轮箱润滑是能减少传动中的磨损，改善零件工作条件，提高其预期寿命的有效方法。因此在日常的润滑维护中，如何创造良好的润滑条件，采用合理的润滑技术避免齿轮损伤正受到各风电场越来越多的重视。

　　1　润滑油对齿轮齿面点蚀的影响

　　（1）点蚀是闭式齿轮传动中常见的一种接触疲劳现象，它是由于齿面长期在变化的接触应力条件下工作而造成的在齿面间产生麻点状剥蚀损伤现象，它大多先发生于轮齿靠近节线处的齿根上，然后随着运动的进行，向其他部位扩展。点蚀的存在，往往会导致齿面的磨损，从而影响齿轮传动的精度和寿命，甚至会引发断齿。一般而言，润滑油的粘度对点蚀的影响颇大，通常情况下，使用低粘度油，因为流动性较好，容易渗入表面裂纹中，加速裂纹的发展和金属块的脱落，引起点蚀。粘度高的油对于渗入裂纹的作用没有稀油活泼，同时，粘度高有利于油膜的建立和油膜厚度的增大，并且油的弹性可缓和冲击，使接触应力的分布更趋于均匀，相对的降低了Z大应力值，增强了齿面的耐点蚀能力。所以适当提高润滑油的粘度，可以减少表面疲劳点蚀的发生和扩展。

　　（2）润滑油的添加剂，如油性剂、极压添加剂，往往会起到降低摩擦，增大边界油膜的强度，在一定程度上也可以提高齿轮的抗点蚀能力。但在对添加成分的选择上也应注意。如果油中存有腐蚀性物质，会导致金属齿面锈蚀，从而引发裂纹，另如果油中存在气泡也会造成齿面过早的脱落。因此，应综合考虑润滑油的粘度、添加剂性能等方面，尽量避免润滑油对点蚀照成的负面影响，达到提高齿面的抗点蚀能力。

　　（3）润滑方式与供油量对点蚀也有影响。当润滑油达到粘着极限时，点蚀倾向随油量增大而增加。从防疲劳点蚀出发，供油量不宜过多。供油量过多，会有部分油因在啮合的齿面间，受到挤压，从而产生局部高压，增加接触应力。同时油在高压作用下渗入裂纹的量也多，促进疲劳点蚀的发生和发展。但是为防止粘着，又必须有充分的流量，所以，应综合全面考虑供油量的多少，以取得良好的润滑效果。

　　2　润滑油对齿轮齿面胶合的影响

　　胶合是高速重载齿轮经常发生的一种破坏形式，它主要是因两工作齿轮齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑效果差，造成两齿面粘结在一起而形成的。随着传动的继续进行，这些粘住的地方往往会被撕裂，从而在齿面上沿相对滑动方向形成刻痕，由此降低了齿轮传动的平稳性。

　　就润滑而言，润滑油的粘度、种类、润滑方式对胶合均有一定程度的影响。

　　一般来说，对不含油性剂和极压剂的矿物油，若油的粘度愈高，形成的油膜愈厚，粘附性愈强，容易阻止齿面的直接接触，抵抗粘着磨损的能力愈强。一定粘度的润滑油对具有冲击载荷的齿轮传动往往能起缓冲吸振作用。另外润滑油在承受压力的情况下，粘度随压力增加也会相应增大，这种特性对润滑油膜的承载能力将会产生较大影响。

　　不同类型的润滑油对胶合的影响作用往往也不一样。一般的矿物油，由于其不含油性剂和极压剂，它们主要依靠粘性在轮齿工作表面之间产生流体润滑膜来减轻并防止胶合的产生，这类润滑剂粘度越大防胶合性就越好，对于加入了油性剂的复合矿物油，由于油性剂分子的吸附作用，能形成比纯矿物油更为牢固的边界油膜，从而用以抵抗胶合，而另一种极压齿轮油由于油中所含的添加剂能与金属中的某些成分产生化学反府，可在轮齿工作表面上生成抗胶合性强的化学反应油膜，这层无机覆盖油膜具有较高的强度，能承受较大的载倚，从而抗胶合能力更强。极压添加剂的品种和添加数量不同，对粘着的影响也不一样。一般来说，极压油比非极压油抗粘性能好。

　　润滑油的供给Z和润滑方式对胶合也产生一定的影响。供油越充足，油的胶合极限负载可得以提高。另外，喷油方式比油浴方式的润滑冷却效果好，油温低，抗粘着磨损的能力强。从齿轮出侧喷油，比啮入侧喷油效果好。

　　3　润滑油中污染颗粒对齿轮磨损的影响

　　风电齿轮箱因其工作环境，润滑油中的污染颗粒有一下常见的四种：

　　（1）设备内残留的颗粒，主要是制造和工作初期磨损所留下的污染物，包括没有彻底清理的砂粒，装配和修理时落入的金属屑、毛刺、焊渣等。

　　（2）系统内摩擦副的金属磨屑，金属磨屑是摩擦副表面在相对运动过程中，表面相互摩擦与磨损而形成的产物。

　　（3）系统在工作中外界侵入的颗粒，包括灰尘、细砂等杂质，它们通过两条途径进入油路系统，一是空气滤清器性能不良或网眼太粗；二是在加注或更换新油液时，使用的容器不干净或加油口没有设置滤网。

　　（4）油液衰变产生的微粒，油液在使用过程中，由于氧化、硫化、硝化及添加剂耗损等原因，产生的摩擦聚合物微粒、纤维物微粒、积碳微粒及油渣物微粒。

　　上述这些固体颗粒一旦停留在齿轮箱中就将产生严重磨损，其表现为“冲蚀”磨损、“锉削”磨损、“研磨”磨损三种形式，它们或单独或共同存在。“冲蚀”磨损是指污染颗粒随着高速流动的油液，不断向油液系统中部件的表面吹射冲刷，使被冲刷部位受到磨损。污染颗粒有软硬之分，软质颗粒的冲蚀磨损使被冲击部件表面变形，在表层下产生缺陷后损坏。硬质颗粒的冲蚀磨损使被冲刷部件表面材料晶格错位、滑移，加剧部件疲劳或使材料表面直接被切屑剥离而形成严重磨损。“锉削”磨损是指嵌在表面的硬质颗粒对另一个相对运动的表面产生的磨损。这种磨损部件的表面常有明显的划纹与划伤。“研磨”磨损是指两个相对运动部件的间隙中，进入与间隙尺寸相近的硬质颗粒。部件运动时，硬质颗粒与运动部件表面相接触，像研磨剂一样对所接触的配合表面起着磨削作用，使配合面损伤。这种磨损是油液系统中主要的磨损形式。

　　污染颗粒是导致齿轮箱失效的一个重要因素。对于因润滑油中混入有泥沙、尘土或因长期没有经过及时更换而导致轮齿工作表面产生的磨料磨损，可适当降低润滑油的粘度，从而对齿面上的磨粒有更好的清洗效果。当然，定时清除油中的沉淀物或更换润滑油，以及在润滑油的循环系统中安装过滤设备，也可达到良好的减轻磨损的作用。

　　4　油品污染

　　有此可见，润滑油的品质对齿轮箱的寿命至关重要。控制好油品质量不仅能延长齿轮箱的寿命，也能减少日常维护的费用。下面介绍常见的油品污染。

　　4.1颗粒物污染

　　颗粒物是油系统失效Z主要的原因。危害Z大的就是尺寸相近或者略大于油系统齿轮间容差的颗粒物。微小的磨料颗粒例如沙粒和尘埃进入到油系统当中，然后随着油进入到系统关键元件当中，挤入精密间隙。这导致了系统表面的微裂，例如，滚珠轴承所受的负载和应力循环会造成接触向的龟裂和研磨，进一步发展会他内部金属结构退化，产生并释放更大尺寸的碎片。

　　极端大量的颗粒物会对油品中的各种添加剂造成挤压。如果颗粒物的污染问题得不到控制，油品中的添加剂特别是清洁剂和分布剂将可能耗尽。对于颗粒污染物而言，油品所需达到的清洁程度，取决于系统元件的敏感程度，和系统失效的损失有多大。比如更换元件的费用，停机费用和安全责任等等。

　　4.2水污染

　　水是机械失效的主要原因之一。在一些水污染严重的油系统中，水是机械失效Z主要的原因。由于粘度的降低和有限的对水的负载能力，油品的润滑性降低。

　　由于水的粘度和负载能力低，水会降低油的润滑性能。当水分出现在高压处，比如齿轮和轴承，水滴破裂（爆裂），这导致了金属表面的点蚀，更可能在水蒸气暂时赶走油的时候出现金属和金属的直接接触，水中的游离氢离子更会加剧这一现象，氢离子进入元件之间使得金属变脆，易于损坏，水还会导致腐蚀，进一步造成金属表面的损坏。

　　4.3油品降解

　　在绝大多数工业行业，油品降解产物或者软性污染物广泛存在。在液压和润滑系统中，这些产物就是油泥的前身。如果油品由于高温，水分和化学污染物而发生降解，比如铜，油品的组成和功能就会发生改变，导致以下产物的形成：

　　（1）酸

　　（2）聚合物溶解于热油之中（就是俗称的油泥和脂类）

　　（3）清漆沉淀析出，沉淀在温度低一些的机器元件上。清漆产物在金属表面形成了一个粘性油膜层，轻易就能影响精细公差，卡住定向控制阀。硬质颗粒物陷入油膜层，形成了一个像砂纸一样的表面，严重加剧了系统表面的磨损。清漆还将影响油品冷却器，阻塞油品通路和在线过滤器，影响润滑等等。

　　4.4酸污染

　　酸作为油品降解的副产物存在，或来源于气体或燃料燃烧，酯类水解等等。油品中的酸需要控制在一个合理的范围，因为酸会对机器产生化学腐蚀和缩短油品寿命。

　　风机控制系统中的酯类油液（HFD液体）水解产生的酸会导致严重损害。曾有发现酸值高于新油20倍，对系统元件导致了严重的酸腐蚀。在这类液体中酸值可以被一些催化剂中和，诸如离子交换树脂，硅藻土或者铝氧化物等等。

　　参考文献

　　[1]祝国栋，文海，高清毅等，风电机组齿轮箱润滑油清洁度控制[J]。风能，2011（6）：72-76.

来源：《引文版：工程技术》2015年第42月