风电用润滑油中水分的危害及其检测研究

徐 栋

南京高速齿轮制造有限公司 江苏 南京 211100

1、前言

润滑油在各行各业均有着十分广泛的应用，很多大型工程设备的运转都离不开润滑油，而润滑油中一旦混入了污染物如水分将严重影响润滑效果从而导致危害设备运行安全。文章从这一点出发，概述了风电齿轮箱中润滑油当中存在水分的来源，以及介绍了针对性的检测方法。

2、润滑油中的水分

润滑油中的水可以呈溶解水，游离水和乳化水的三种状态。润滑油的组成成分以矿物基或合成的烃类基础油为主，少量的水分子可以进入烃分子之间的缝隙中呈溶解状态。而一定体积的润滑油所能溶解的水分是有限的，根据油的温度和组成成分可以确定水在油中的饱和溶解度。当油中水含量超过当前温度下的饱和溶解度时，细微的水颗粒将分散并悬浮在油中，形成油水两相乳化体系。通常由于润滑油配方中除了烃类基础油外，还有极压抗磨剂，分散剂等极性添加剂，过多的极性添加剂将影响乳化的水和油分离。

风电齿轮箱润滑油中的水分的来源主要是以下几个方面，冷凝水、潮湿的区域如海上风机、维护不当、存储使用油品不当等。

润滑油在实际应用的过程中可能会溶解水分，要注意存储和使用两个环节。存储应存放在干燥通风的室内如仓库和储藏室，临时存放在室外必须架起帐篷或防水帆布，保护油桶免受雨水侵蚀。

目前在使用过程中，设备制造商都会应用传统的在线润滑过滤系统控制油液中的颗粒污染，离线式的精滤系统作为补充，目的是去除微小的颗粒物，去除已生成的氧化物，并有效的控制水污染。风电行业的国际制造商，如西门子，歌美飒，维斯塔斯等，已经在他们的风机上应用此类系统超过20年，并作为全系列的标准配置。国内的部分制造商也已经考虑在风里发电设备上选配。

3、润滑油中水分导致的危害

3.1 加速油品老化

油品的氧化老化过程通常伴随着基础油的氧化、添加剂的损耗、颗粒物和水分的污染催化，三者相互影响会导致油品逐渐氧化和乳化。而油品氧化会形成的油泥导致如下的不良后果。“砂纸效应”加速零部件的磨损，如轴承和齿轮；降低机械部件的稳定性，如阀不能动作开闭；堵塞在线过滤器，使油的流动性受限等；加速油的变质，增加维护成本。

3.2 轴承等传动部件受损

水污染会导致油品粘度上升或降低油膜的有效厚度，使得轴承、齿轮等部件相互运动的表面产生磨损、粘连和金属疲劳。水污染还有导致铁的金属部件生锈腐蚀；对轴承的危害更为明显，微量的水会解离为氧元素和氢元素，氢元素进入零部件表面的微裂痕中，通过氢催化效应加速裂纹的扩展，最终在表面形成点蚀和凹坑缩短部件寿命，业内称之为“氢脆”。

3.3 润滑油性能降低

润滑剂中的清净分散剂，破乳剂等表面活性剂，通常以乳液的形式稳定分散在润滑剂中，外界水污染将破坏这些表面活性剂稳定的乳化状态，造成表面活性剂颗粒聚集，析出，沉淀或被污染水带出而破坏添加剂在润滑剂中的稳定分布状态，造成润滑剂失效。同时润滑剂中的极压抗磨剂，防锈剂受水影响，易在高温条件下发生水解，导致润滑油变质，影响润滑油寿命，同时水解生成的酸性物质腐蚀金属表面。水污染还使得油液的低温性能变差，影响风机齿轮箱的低温启动。

4、水分含量的测定

水含量定量测定的方法主要有卡尔费休（KF）滴定法（ASTM D1744）,它的原理是水和二氧化硫和碘之间发生了化学反应：I2+2H2O+SO2→HI+H2SO4。基于卡尔费休试剂中碘水的反应，碘是在阳极电解生成的，并在样品中与水发生反应。只要存在水就会消耗碘，可以用滴定过程中消耗的碘来确定水含量。不推荐使用高添加剂的直接卡尔费休滴定法，因其卡尔费休试剂不仅和水反应，也会和添加剂发生副反应，进而有可能错误的提示水含量增加。故推荐使用间接滴定法即加热法（卡式炉法），该装置通过使干燥的空气穿过加热的样品来测定水含量。释放的湿空气从干燥炉中转移到滴定容器中，这样的测试结果更准确。

GB/T 260（ASTM D95）石油产品水含量的测定蒸馏法：将被试样和水不相溶的溶剂共同加热回流，溶剂可将是试样中的水携带出来。不断冷凝下来的溶剂和水在接收器中分离开，水沉积在带刻度的接收器中，溶剂流回蒸馏器中。此法水含量检测范围300ppm以上。

水含量定性检测方法是将样品加热到预定温度，听声音，并定性地确定样品中是否有水。方法是：将少量的油品倒在热板上做目视和听声的判断。

润滑剂含水量的现代检测技术还包括气相色谱，红外光谱，以及基于介电常数的射频法，电磁谐振微扰法，电容式湿度传感器等方法。上述的这些方法使用了现代化的检测技术和设备来进行了准确而快速的检测过程，但是针对一些比较先进的检测方法，尚未建立起来相适应和匹配的国家性以及行业性标准，这方面的研究需要继续深入。

有早期研究对含水油样反复过滤并加入稳定剂，使水在油样中分散均匀并形成稳定的油水乳液，并通过红外光谱检测油样，继而发现经过预处理后水测量结果的准确性，精密度和重复性提高明显。同时，加强实验数据分析模型的研究以及建立起不同种类润滑剂中红外光谱和水含量的可靠关联是扩大红外光谱预测应用的重要研究方向。

5、结束语

现有的国家标准含水率测试方法大多需要专业的实验室完成，不适合现场，快速，实时的测试和分析需求。因此，发展准确的在线监测系统是行业需求，而在线监测缺乏相应的国家标准，还有很长的发展的路要走，但市场前景十分广阔。