通过监测风机齿轮油指标评价设备运行状态

贾 敏

(南京润道油液监测技术有限公司，江苏 南京 211106)

1 润滑油指标分类及意义

1.1 润滑油基础指标

1.1.1 运动黏度分析

运动黏度主要指的是在流体流动过程中产生摩擦力的量度。不管黏度展现提高，还是降低的趋势，都极易对油品性能产生一定的影响，致使其品质出现改变，通过实践可知，适宜的黏度指数能够保证其在流体持续润滑的情况下保持一定厚度的油膜，让机械设备齿轮有一定的承载性。

1.1.2 水分分析

关于水分对金属产生的腐蚀影响通常能够从以下几个层面进行分析：首先，水分会直接促使金属部件产生“锈斑”，而这便是所谓的金属腐蚀。其次，部分酸性腐蚀物质若是溶解于水中，便会加剧金属腐蚀问题。

1.1.3 酸值分析

新的或在用的石油产品中可能有一些以添加剂形式，或在使用过程中的降解(如氧化物)产物形式存在的酸性组份。酸值反映的是在指定条件下测得的这些物质在油品中的量。酸值可作为润滑油配方质量控制的指标。有时也可用来测定润滑油在使用过程中的降解情况。

1.2 润滑油磨损指标

1.2.1 元素分析

元素分析指借助X荧光光谱或是原子发射光等相关离子光谱对各种金属元素含量进行检测。在这其中还涉及到非金属元素，例如磷与硫等的测定。借助元素分析，能够对以下三种情况予以精准判断：首先，针对磨损金属，能够根据磨损金属自身含量走向，对各类部件磨损情况予以确定[1]。其次，针对部分污染元素，能够借助测定结果对油品污染原因和实际污染情况进行确定。最后，针对各类添加剂元素，能够借助其对机械设备之中添加剂实际损耗情况予以确认。

1.2.2 铁磁性颗粒分析(PQ值)

一般被测油液中的铁磁性磨损颗粒，在穿过或流入电感线圈时，会发生电感线圈阻抗变化，通过这些变化可以发现以下几点：第一，铁磁性颗粒总量；第二，铁磁性颗粒尺寸及数量[2]。根据摩擦磨损理论证明，往往设备产生的磨损颗粒总量和尺寸大小与其磨损程度呈现正比。

1.2.3 铁谱定性分析

指利用高梯度的强磁场将润滑油中所含的机械磨损碎屑按照其磨粒大小有序的分离出来，通过对磨屑的形状、大小、成分、数量和粒度分布等进行定性与定量的观察，以判断设备磨损状况，预报零部件的失效[2]。铁谱分析法测定的主要内容：磨粒浓度和大小，磨粒形貌(反应磨粒产生原因和机理)，磨粒成分(反应产生的部位)[3]。其特点在于能获得较宽的磨粒尺寸检验范围，同时获得磨粒的多种信息。

1.2.4 颗粒污染度分析

油液污染主要为单位体积油液之内固体颗粒污染物含量和油液之内固体颗粒污染度的具体浓度[4]。一直以来，油液污染度都是衡量油液污染情况的主要指标，但是颗粒污染物之所以会对元件以及系统产生不利影响，主要和其颗粒大小分布和数量之间具有极为紧密的关联，所以在颗粒技术技术持续发展的今时今日，借助颗粒污染度的方式展现应用的十分广泛。

2 跟踪分析50台风机机组齿轮油指标监测设备运行状态

通过对风电场50台风机机组设备的齿轮箱润滑油每3个月监测一次，共为期24个月的检测数据跟踪分析，可以得以下经验结论。

2.1 基础指标

正常运行的风机机组中各部位在用润滑油运动粘度在24个月内变化不明显，基本维持在新油指标的±10%左右。而油品中水分呈增加的趋势变化，第一次监测数据与最后一次监测数据最大相差100 mg/kg。24个月后油品酸值的变化不明显，与新油酸值相比较，最大差值不超过0.1 mg(KOH)/kg。由此可见在正常的运行情况下，风机系统的在用齿轮油在运行过程中基础指标一般变化较小，均在允许值范围内变化。

2.2 磨损指标

通过对50台风机机组的各部位润滑油品磨损数据进行综合分析，以此监测每台风机的运行状态。在对风机机组齿轮箱润滑油磨损元素波动情况进行检测的过程中，我们发现大部分设备的磨损指标均正常，且变化较为平稳。仅有第8号机组和第35号机组设备的齿轮油磨损指标波动较为突出。以下是针对这两台设备的磨损指标变化进行的分析研究。

2.2.1 第8号风机机组的磨损指标变化情况

在对第8号风机机组检测数据跟踪分析过程中，其磨损指标的变化最为明显，铁元素含量、PQ值以及颗粒污染度等级均呈较快的增长趋势，详见表1。按照国家标准“机械设备磨损界限之内的铁元素变化允许范畴的200 mg/kg以内”，第8号风机设备润滑油的磨损元素含量24个月监测结果远远超过标准，铁磁性磨损颗粒PQ值已达690 mg/kg，结合铁谱图可以看出磨损颗粒排布呈链状分布，且在偏正光下观察呈现黑色斑点，可以判断属于金属磨损颗粒，详见图1。由此可以推断第8号风机机组应当出现磨损，必须停机进行检修，在专业技术人员拆开风电机组齿轮箱以后发现，其中出现了大范围的磨损问题。

表1 第8号风机机组24个月内磨损指标变化情况Tab. 1 Change of wear index of No.8 fan unit in 24 months

图1 第8号风机机组铁谱图

2.2.2 第35号风机机组的磨损指标变化情况

第35号风电机组齿轮箱润滑油即使已经根据磨损界限确认其变化处于正常范畴，然而通过对其第21个月和第24个月相邻两次监测结果的互相比较，发现这两次的检测结果变化率相对较大，详见图2。由此表明，这台风机齿轮箱润滑油正处于一种异常磨损状态。但是单纯的从检测结果所在的范围来看，样品并未出现任何问题，类似情况应当视为异常磨损，当及时反馈厂家，及时检修，避免造成更大的损失。

图2 第35号风机设备24个月磨损指标变化情况

3 目前在用风机齿轮油质量评判标准存在问题

对于在用风机齿轮油而言，主要是服务于风电机组设备的，正处于应用状态的润滑油质量标准是衡量在用油应用实践、确定是否需要对在用润滑油予以更换与预报机械设备故障的主要依据[4]。但是针对在用风机齿轮油而言，其质量评价却并未具有合理的国家标准。大部分润滑油生产企业都编制了一套独立的质量评价标准，然而这些标准基本上都是以润滑油质量为主，并未把风机设备的运行状态和润滑油质量予以有机的结合。各种类型机械设备的常规运行状态有所差异，润滑特性也有差异，所以在用油质量评价标准同样有一定的差异。针对正处于迅速发展时期的风电行业也缺少科学的在用润滑油质量评价标准以及依据，甚至也缺少一些其他行业的在用润滑油质量评价标准与依据[5]。另外目前国内大部分针对润滑油的参数偏离、特性数值的改变率等均处于不断探索的状态下，还未有现行的标准规范。

4 综合检测齿轮油在风电机组运行管理中的应用

风机设备中主要用到是齿轮油，通过监测各部位油品指标从而侧面评判设备的运行状态将成为风电等大型设备维护保养的种手段，也将成为时代发展的必然趋势。

就上述分析表明，按照检测内容，把其中包含的检测数据信息借助数学变换与检测极限信息予以结合，以此整合成综合检测数据值，同时把综合检测数据划分成多个级别，按照综合检测数据的具体级别对润滑油与机械设备的实际情况予以判断。其中，五个级别主要为正常、警告、低报警、高报警以及危险，并借助绿、蓝、红、黄以及紫五种色彩分别代表。基于此，本文为了能够对润滑油在检测机械设备过程中的动态规律进行更准确的探索，借助了多台风电机组齿轮箱展开了为期24个月的检测。在这过程中，风机齿轮油性能的变化和设备的运行状态的的改变规律可以立足于齿轮油的基础指标的变化分析和磨损元素的变化分析[6]。

5 结束语

总而言之，针对综合分析风机齿轮油监测设备运行状态展开研究，其中所牵涉到的检测信息与数据都十分复杂。文中所提出的把风电机组齿轮油检测信息借助数学关系等一系列因素进行换算以后，变成一个较为简单的指标，同时根据数据大小，对该设备的级别予以确认，这一措施针对缺少在用润滑油质量评价标准的状态，能够为风场技术人员确定在用润滑油和风电机组的实际运行状态提供助力。针对齿轮油所有监测指标，需要秉承严谨认真的工作态度展开全面的检测，从而确认齿轮油对风电机组设备检测所具有的辅助作用。在时代迅速发展的过程中，日后润滑油检测技术一定会朝着更具多元化、高效化以及创新化的方式不断发展，相关工作者必须积极提高自身综合素养与专业能力，可以在加强润滑油检测技术的同时，促进行业的进一步发展。