风力涡轮润滑油的发展现状

   发电工业增长最快的部门是风能，2008年美国风能工业增长超过45%。而风力涡轮关键的组件如齿轮箱和轴承的润滑至关重要。现代风力涡轮叶片高达40层搂，在海上维护更为困难。据Frontier Pro服务公司的调查，美国在役风能发电场达75处，需采用适用技术，进行维护，如换油和强化齿轮润滑。如果对这类用油不适当地监测和必要时更换，就会使轴承和齿轮磨损，而导致更严重的损害。风力涡轮齿轮的生机之源就在于油，为此必须予以重视。
      2008年5月底，美国召开的摩擦与润滑工程师年会一致认为，280亿美元全球风力涡轮润滑油市场将是当今润滑油工业极具发展的机遇之一。风力涡轮润滑油将成为润滑油工业的大市场。当今现代风力涡轮需要长寿命的润滑油，它们被应用于风力涡轮机组许多关键子系统，包括齿轮箱、电力控制传动机构以及许多机械部件。风力涡轮润滑油应用于风力涡轮齿轮箱，液压系统如叶片节距控制，驱动机组刹车子系统，以及轴承如涡轮的低速主轴，还有提供风力方向校准用偏航轴承。GE公司是美国最大的风能设备制造商。2006年美国风能设备能力增长45%，所有新的可再生能的95%为风能。由此可见风力涡轮润滑油发展前景可观。
    风力发电机因其设备昂贵，工作环境恶劣，现场不便对主要部位进行拆卸维修，以及设计上要求使用寿命长等工作特点，对润滑油脂的性能提出更高的要求。因此，大型风力发电机关键部位的润滑较多的使用了国外的润滑油脂。
    风力发电机的工作原理很简单，空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动叶轮旋转，叶轮的转轴与发电机的转轴通过变速箱相连，从而带动发电机发电。风力发电机主要的润滑部位包括齿轮箱、发电机轴承、偏航系统轴承与齿轮、液压刹车系统和主轴承。
    1. 齿轮箱的润滑
    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。齿轮箱可以将很低的风轮转速（600kW的风力发电机通常为27r/min）变为很高的发电机转速（通常1500r/min），多采用油池飞溅式润滑或压力强制循环润滑。考虑到风力发电机多安装在我国的新疆、内蒙古、甘肃及沿海等地区，润滑油受气候温差、湿度等影响较大，并且处于相对偏远的地区，维修不便，因此设计要求齿轮箱使用寿命长、承受负荷大等，所用的齿轮油除了具有良好的极压抗磨性能、冷却性能和清洗性能外，还应具有良好的热氧化稳定性、水解安定性、抗乳化性能、粘温性能、低温性能以及长的使用寿命，同时还应具有较低的摩擦系数以降低齿轮传动中的功率损耗。
    美国将加快开发长寿命风力涡轮机齿轮箱润滑油，美国能源部2009年7月底宣布，资助道康宁公司74.5万美元，开发长寿命的风力涡轮机齿轮箱润滑油，以提高风力涡轮机组的效率和耐用性。道康宁公司表示，为了节省与齿轮箱和其他组件相关的维护成本，将致力开发使其更耐用、更可靠的润滑油。大多数风力涡轮齿轮箱润滑油为合成或矿物基润滑油。
    据Frontier Pro服务公司2008年对美国投用75处风力发电场所作的调查，齿轮箱失效占风力涡轮停运、维护和发电损失的最大份额，据调查，这些失效使风力涡轮本身成本的增加达15%~20%。美国能源部的资助是帮助在美国新建28个风能发电项目的一部分举措，资助高达1380万美元，包括美国复苏法基金1280万美元。
    2. 发电机轴承的润滑
    轴承是发电机的主要润滑点，长期运转温度可达80℃以上，夏天在旷野地带受太阳直射，温度会更高。因此，要求发电机轴承润滑脂能够在高温下保持良好的润滑而不流失，而且发电机功率较大，要求润滑脂具有良好的抗磨极压性能、抗氧化性能和防锈性能。国外主要推荐使用2＃～3＃稠度的负荷极压锂基润滑脂，要求粘附性好，使用温度范围为-30～150℃。多采用定期人工加注润滑脂的方式来保证发电机的正常运转。
    3. 偏航系统轴承和齿轮的润滑
    偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向，虽然速度不高，但偏转轴承和齿轮承受的负荷较大，而且偏转齿轮一般为开始结构，由于不像发电机轴承运转速度快，自身产生热量相对少，因而受气候环境影响大。
    我国风力发电机的分布情况，对偏转轴承润滑脂的极压抗磨性能、低温性能、热安定性及胶体安定性要求较高；偏转齿轮润滑脂则还需要有好的粘附性能和防腐蚀性能。国外一般推荐使用含固体添加剂的1＃稠度的低温润滑脂，要求在-40℃以下仍能有效润滑。
    系统的偏转驱动机构需要使用减速器，电动机通过大速比的行星齿轮减速器驱动机头转向。一般推荐粘温性能好、抗腐防锈性能好、极压抗磨性能和抗氧化性能好的齿轮油。
    4. 液压刹车系统的润滑
    国内常见600kW和750kW风力发电机的刹车系统分别为叶尖气动刹车系统和高速轴机械阀刹车系统，采用失效－安全保护模式。风力发电机液压系统使用的液压油要求具有良好的粘温性能、防腐防锈性能及优异的低温性能，以适应北方寒冷的气候。
    国外推荐使用粘度指数高、抗磨性能好、抗腐蚀、抗氧化性能好、空气释放性、分水性能以及低温性能优异的液压油。国内普通的HM抗磨液压油低温性能、粘度指数等指标不能满足使用要求，应该采用加氢基础油或者以精制矿油加PAO等合成油为基础油的低凝抗磨液压油。
    5. 主轴承的润滑
    风力发电机主轴承承受的负荷较大，转速相对较慢，要求润滑脂具有良好的承载能力、粘度性能和良好的的低温性能。根据前后轴承结构布置上的差异，可分为用润滑油润滑和用润滑脂润滑。
    6. 齿轮箱润滑剂
    国外推荐使用Mobil XMP320等产品，国产化用油可选择“长城牌”SH5320合成烃重负荷工业齿轮油或“长城牌”4406合成重负荷工业齿轮油。SH5320采用合成烃类基础油，加入进口专用复合添加剂调配而成。具有良好的热氧化稳定性、良好的水解安定性、良好的抗乳化性、粘温性能和低温性能优良，具有较低的摩擦系数和长的使用寿命，可以满足风力发电机齿轮箱长时间润滑的需要。
    7. 发电机轴承润滑剂
    国外推荐石油FAG Arcanol L135v等产品，国产化用油可选择“长城牌”2＃或3＃7019-1极压复合锂基润滑脂。7019-1以复合皂稠化精制矿油，并加有极压、抗氧、防锈等多种添加剂精制而成。具有良好的抗磨极压性能、抗氧化性能、防锈性能，具有更高的使用温度和更长的使用寿命，是普通锂基脂使用寿命的4倍以上，具有年个的抗微动磨损性能。
    8. 偏航系统和齿轮润滑剂
    国外规矩使用Molikote Longterm TTF52等产品，国产化用油可选择“长城牌”7011号低温极压润滑脂。7011以皂基稠化剂稠化合成油，并加有胶体二硫化钼及抗氧添加剂精制而成。具有良好的机械安定性、热安定新性、低温性能以及低的轴承流失倾向，同时兼有优异的极压性能。
    偏航烯烃的偏转驱动机构的减速器可以使用SH5000系列合成烃重负荷工业齿轮油进行润滑。
    9. 液压刹车系统润滑剂
    国外推荐使用Shell Tellus T32等，国产化可选择“长城牌”4637高粘度指数液压油，该产品采用精制矿物油和合成油调配的基础油，加入抗氧、防锈、抗腐蚀、抗泡沫多种添加剂精制而成。
    10. 主轴承润滑剂
    风力发电机主轴采用人工加脂润滑，也可以采用集中供脂系统自动定时定量供脂。
    我国的风电场分布较广，温度跨度大，有湿度较大的沿海地区，也有干旱的沙漠戈壁和日照充足的草原，因此要适应复杂多样的气候条件和风力发电机苛刻的工作条件，满足风力发电机长时间润滑甚至部分润滑部位终生免维护的要求，必须选用合成润滑剂。
    合成润滑油脂与普通的矿物油脂相比具有综合的性能优势。如粘温特性好，受温度变化的影响小，从而在低温下易于启动；在高温下不流失，能为摩擦部位提供足够的润滑；热氧化稳定性好、蒸发损失小，在苛刻的工况条件和气候条件下能长时间的使用。尤其值得一提的是合成润滑油的生物降解率高，在强调环境保护的今天更应大力推广使用对土壤、水源无污染的合成润滑油。
    风力发电和能源设备，正随着风力能源市场的飞速发展而得到广泛的应用。特种化学品公司科宁(Cognis)的Breox SL 320齿轮油和ProEco HE 801系列高性能润滑液，能够有效的降低涡轮的运转的摩擦，降低应力效应。在涡轮设备的齿轮箱内，其构件必须承受一定的压力，并且造价昂贵。因此保证这些昂贵的零部件在正常工况下，长时间的安全使用，就是齿轮箱设计的重要方向。其中的关键因素之一，就是为齿轮箱寻找一款高质量的润滑油产品，Breox SL 320聚醚类齿轮机油，能够满足风力设备涡轮的运行需求，并且为设备提供良好的润滑作用。ProEco HE 801系列高性能润滑液抗磨损性能出色，并且密封性能良好，同样适用涡轮设备。
    美孚SHC系列合成润滑油，以其创新技术及杰出性能得到全球用户的认可和赞赏。作为世界顶级合成齿轮油，美孚齿轮油SHC XMP系列被多家齿轮、轴承和风力发电机制造商广泛使用，为10000多台风力发电机提供润滑支持。对超过15000份美孚齿轮油的旧油样品分析显示，产品具有出色的抗磨保护能力，采用这些润滑油的风力设备没有因为油品老化而导致任何故障，充分地证明了该产品在实际运用当中的出色性能。
    目前的风电行业，齿轮油大多数采用粘度级别为320#的全合成齿轮油。全合成油与基础油相比，在各个性能上都有显著的提高：极压抗磨性能、抗点蚀能力、使用温度范围、抗腐蚀能力、氧化安定性等方面。所以：1、更好的适应风力机组恶劣的工况；2、给设备更好的保护；3、更长的使用寿命和换油周期。全合成齿轮油又分为PAO（α-烯烃齐聚物）和合成酯型。
    PAO与合成酯的对比：
    一、合成烃油：包括 α-烯烃齐聚物、烷基苯及合成环烷烃等油品。它们具有粘度指数高、倾点低、蒸发损失小的特点，最高使用温度为232℃。适用于制备寒区、严寒区用内燃机油、齿轮油、液压油、空气压缩机油、冷冻机油及各种用途的白油。合成环烷烃具有较高的牵引系数，主要用作无级变速装置的传动油。
    二、酯类油：包括双酯、多元醇酯和复酯，其特点是粘度指数高，蒸发损失小，加入添加剂后热氧化安定性好，可在175～200℃下长期使用，是一类各方面性能均比较优良的合成润滑油。主要用于制备各种航空润滑油、内燃机油、空气压缩机油、高温仪表油、金属加工用润滑剂及纺织、合成纤维工业用油剂。
    PAO全合成齿轮油与合成酯全合成齿轮油的对比：
    一、PAO全合成齿轮油工作范围宽：闪点高，倾点低。
    二、PAO比合成酯的使用周期长：氧化安定性要好，水解安定性要高更多（合成酯是脂肪酸和脂肪醇脱水的产物，一定条件下可逆）。
    三、PAO与系统的相容性要比合成酯优越得多：PAO即合成烃，与基础油类似，符合Flender公司提到的：与弹性密封件、内侧涂料、残留的磨合油、防锈油有很好的相容性。奥吉娜的SHG系列PAO合成油与其他PAO产品的比较：
指标项目              奥吉娜SHG-320         美孚SHC-XMP320
运动粘度40，CST          331                     335
运动粘度100，CST         39.0                    38.3
粘度指数 VI               169                     164
倾点，℃                  -46                     -38
闪点，℃                  251                    242
抗乳化性(82-40/37/3,min)    9                      10
四球抗磨试验（1800r/54/60m/20kg）   0.22          0.2
    中国风电场分布，北部的亚寒带大陆性气候地区，和以东南沿海的季风性气候带为主。与同纬度的地区相比，我国为温度最低的地区。奥吉娜针对不同的地区可以调整不同的配方，以不同的性能满足风电机组的使用工况。奥吉娜拥有国内最大的检测中心，价值2000多万的检测设备，为奥吉娜公司的技术创新和产品质量提供了良好的保证。奥吉娜公司是中国唯一一家通过FLENDER公司风力发电机组专用齿轮油产品认证的润滑油企业。
    美国威氏炼油公司生产出高性能的风力发电机齿轮油lubriplateWTO-320，该油品已成功用于GE公司(WindEnergyDivisionofGeneralElectric)设备。GE公司已经在风力发电机齿轮箱中推荐使用WTO-320，并表示，该产品能够有效的保证齿轮箱的正常润滑，使用寿命非常长，推荐使用寿命可达三年之久。对风力发电机齿轮油完整的分析表示，目前为止，风力发电机齿轮油主要有两方面的问题：
    （1）基础油的选择。目前市场上100%全合成油作为风力发电设备齿轮箱油的产品还非常少，由于风力发电设备通常安装条件极为恶劣，为了保证齿轮箱的长寿命，有必要选用100%合成润滑油。
    （2）添加剂的复配性，不能还用MOLY作为抗磨剂，它容易与水接触，使抗磨剂失效。而WTO-320已经突破了以上的两道难关，研制出专门用于风力发电齿轮箱的高性能润滑油--lubriplateWTO-320。