潤(rùn)滑油在鹽霧環(huán)境下評(píng)價(jià)方法的研究發(fā)布時(shí)間：2020-01-02 許崢
摘 要：不斷發(fā)展的海上風(fēng)電使得海上鹽霧問題受到普遍重視,，本文從潤(rùn)滑的角度介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組潤(rùn)滑油的防腐防銹機(jī)理,，并通過EMCOR實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了四種風(fēng)電機(jī)組主齒箱潤(rùn)滑油。（中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司北京研究院） 關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電,；鹽霧,；EMCOR實(shí)驗(yàn) 一、海上風(fēng)電的發(fā)展及其鹽霧問題 海上風(fēng)電裝機(jī)量在近10年內(nèi)將不斷地攀升,。數(shù)據(jù)顯示,，2018年全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)4，988MW,，創(chuàng)造了海上風(fēng)能市場(chǎng)風(fēng)機(jī)新增裝機(jī)容量的紀(jì)錄,。截至2018年底,，海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量增至22，045MW,。雖與陸上裝機(jī)容量仍有很大差距,，但海上風(fēng)電是可再生能源發(fā)展的重要領(lǐng)域，海上風(fēng)電相比陸上風(fēng)電,，具有幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：海上風(fēng)速高,；海上風(fēng)能資源豐富；海上風(fēng)主導(dǎo)風(fēng)向一般穩(wěn)定,；海上風(fēng)電單機(jī)容量較大,；不占用陸地寶貴的土地資源等。海上風(fēng)電是推動(dòng)風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要力量,，是促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要措施,。我國(guó)海上風(fēng)能資源十分豐富，加快海上風(fēng)能市場(chǎng)的開發(fā)與風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè),，對(duì)于促進(jìn)沿海地區(qū)能源清潔化,、空氣清潔化、能源結(jié)構(gòu)化和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式都具有重要意義[1],。到2020年,，全國(guó)海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1，000萬千瓦,，力爭(zhēng)累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到500萬千瓦以上[2],。 但海上風(fēng)電面臨的挑戰(zhàn)也是顯而易見的，除了海上風(fēng)機(jī)不易安裝等缺點(diǎn)外,，從風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑角度來講：海上潮濕與鹽霧腐蝕對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱造成影響,。據(jù)監(jiān)測(cè)，我國(guó)南海,、東海和北海海面上空鹽霧根據(jù)海上風(fēng)速,，波浪高低不同含量約為0.33-23.6mg/m3，而向內(nèi)陸大約在80km-1600km內(nèi),，鹽霧含量隨離海岸距離的增大而減小[3],。鹽霧對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱等零部件中的金屬材料的腐蝕，主要是由于導(dǎo)電的鹽溶液滲入,，金屬內(nèi)部會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),，從而形成“低電位金屬-電解質(zhì)溶液-高電位雜質(zhì)”電池系統(tǒng)。氯離子在鹽霧腐蝕破壞過程中起主要原因,，氯離子容易被吸附在金屬表面,，取代保護(hù)金屬的氧化層中的氧，使金屬受到破壞[4]。除氯離子外,，鹽霧腐蝕機(jī)理還受溶解于鹽溶液里氧的影響,。而腐蝕產(chǎn)物的形成，使?jié)B入金屬缺陷里的鹽溶液的體積膨脹,，因此增加了金屬的內(nèi)部應(yīng)力,，引起了應(yīng)力腐蝕[5]。高濃度的鹽霧極有可能滲入齒輪箱內(nèi)部,，而齒輪增速箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵組件,，齒輪箱平穩(wěn)、長(zhǎng)壽命的運(yùn)行是保證機(jī)組平穩(wěn)發(fā)電的要素之一,，齒箱內(nèi)部的腐蝕破壞影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性與可靠性,。 二、潤(rùn)滑油防腐防銹機(jī)理 從設(shè)備潤(rùn)滑的角度來講,，在滿足陸上風(fēng)電機(jī)組潤(rùn)滑需求外,，潤(rùn)滑油品的鹽霧通過性能在海上風(fēng)機(jī)的鹽霧問題中顯得尤為重要[6]。風(fēng)機(jī)主齒輪箱潤(rùn)滑油是由基礎(chǔ)油和復(fù)合添加劑按一定比例調(diào)和而成,，其中,，基礎(chǔ)油和添加劑都會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)齒箱中的金屬起到保護(hù)作用。 1.基礎(chǔ)油防腐性機(jī)理 基礎(chǔ)油的防腐（包括防銹性）在于用油膜覆蓋或浸泡使金屬隔絕周圍環(huán)境,，以防止化學(xué)污染和大氣,、水的電化學(xué)作用產(chǎn)生的破壞?；A(chǔ)油的防腐作用另外還體現(xiàn)在基礎(chǔ)油的自身良好氧化安定性,，即在油品使用中，能抑制氧化生成的腐蝕物質(zhì)傾向,，從而起到防腐作用,。盡管一些油品中均另有防腐或防銹劑，可以增強(qiáng)油品的防腐效果,，但即使在加有這些添加劑的油中,，基礎(chǔ)油從機(jī)理上對(duì)防腐（防銹）效果不可或缺[7]。 2.添加劑防銹機(jī)理 防銹劑多是一些極性物質(zhì),，其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一端是極性很強(qiáng)的基團(tuán)，其具有親水作用,；另一端是非極性的烷基,，具有疏水作用。當(dāng)含有防銹劑的油品與金屬接觸時(shí),，防銹劑分子中的極性基團(tuán)對(duì)金屬表面有很強(qiáng)的吸附力,，在金屬表面形成緊密的單分子或多分子保護(hù)層，阻止腐蝕介質(zhì)與金屬接觸，故起到防銹作用,，如圖1所示,。防銹劑還對(duì)水及一些腐蝕性物質(zhì)有增溶作用，將其增溶于膠束中,，起到分散或金屬減活的作用,，從而消除腐蝕性物質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕[8]。  圖1 防銹油膜結(jié)構(gòu)圖
三,、動(dòng)態(tài)防銹實(shí)驗(yàn)EMCOR試驗(yàn)法的介紹1.風(fēng)電油品的常用防銹防腐標(biāo)準(zhǔn) 面對(duì)海上復(fù)雜多變的潮濕環(huán)境以及鹽霧影響,，為了最大化的延長(zhǎng)齒輪箱運(yùn)行時(shí)間，防止齒箱內(nèi)部金屬零件生銹是十分必要的,，性能優(yōu)異的潤(rùn)滑油脂可以保障軸承在極端條件下不易生銹,。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于風(fēng)電齒輪油潤(rùn)滑油品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T33540.3-2017《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組專用潤(rùn)滑劑第3部分：變速箱齒輪油》，其中對(duì)于腐蝕的測(cè)試有液相銹蝕（24h）,，采用的方法是GB/T11143（B法）,；以及銅片腐蝕（100℃，3h）,，采用的方法是GB/T5096,。目前市售的風(fēng)電齒輪油品也都提供液相銹蝕及銅片腐蝕的參數(shù)。為了驗(yàn)證不同風(fēng)機(jī)主齒箱齒輪油的抗鹽霧性能,，選取市面上4種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱潤(rùn)滑油產(chǎn)品A,、B、C,、D進(jìn)行分析測(cè)試： 表1 四種風(fēng)力發(fā)電齒輪箱潤(rùn)滑油產(chǎn)品抗鹽霧性能
從以上表格可以看出,，目前標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法并不能有效針對(duì)海上鹽霧問題有效區(qū)分油品的防腐防銹品質(zhì)，需要尋找一種新的測(cè)試方法來進(jìn)行區(qū)分,。 2.EMCOR試驗(yàn)簡(jiǎn)介 針對(duì)潤(rùn)滑脂的防銹性檢測(cè),，一般采用SHT0700-2000《潤(rùn)滑脂防銹性測(cè)定法》即等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11007:1997《石油產(chǎn)品和潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑脂防銹性測(cè)定法》進(jìn)行EMCOR實(shí)驗(yàn)，有效地區(qū)分潤(rùn)滑脂的防銹性能,。對(duì)于潤(rùn)滑油來講,，國(guó)際和國(guó)內(nèi)沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，一般參考SKF公司對(duì)于潤(rùn)滑油的EMCOR試驗(yàn)測(cè)試,。整個(gè)EMCOR實(shí)驗(yàn)是以動(dòng)態(tài)的方式完成的,，可以比較真實(shí)的模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況。下面介紹一下針對(duì)潤(rùn)滑油的EMCOR測(cè)試方法,，如圖2示為EMCOR實(shí)驗(yàn)臺(tái)架：  圖2 EMCOR實(shí)驗(yàn)臺(tái)架
在特制的工作臺(tái)上,，按規(guī)定條件，以8h周期將安裝了注有待測(cè)混有蒸餾水或去礦物質(zhì)水,，鹽水或合成海水的潤(rùn)滑油的軸承運(yùn)行3次,，結(jié)束后,，檢查軸臺(tái)中軸承外滾道，觀測(cè)銹蝕度,。銹蝕度判級(jí)如表2及圖3所示：
表2 銹蝕判級(jí)表
 圖3 銹蝕判級(jí)圖
3.EMCOR實(shí)驗(yàn)對(duì)比 將A,、B、C,、D四款產(chǎn)品進(jìn)行EMCOR實(shí)驗(yàn)對(duì)比,。如表3所示為軸承外環(huán)滾道內(nèi)部銹蝕狀況照片，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判級(jí)： 表3 EMCOR實(shí)驗(yàn)后軸承外環(huán)滾道內(nèi)部銹蝕狀況
在四種油品對(duì)比中我們發(fā)現(xiàn),，A,、B判定等級(jí)為1級(jí)，說明抗鹽霧腐蝕能力較強(qiáng),，C判定2級(jí),，抗鹽霧腐蝕能力一般；D判定3級(jí),，抗鹽霧腐蝕能力較差,。從實(shí)驗(yàn)對(duì)比中我們可以發(fā)現(xiàn)，EMCOR實(shí)驗(yàn)可以有效判別潤(rùn)滑油的防腐防銹能力,。 四,、總結(jié) 海上風(fēng)電是風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。潤(rùn)滑油作為風(fēng)機(jī)齒箱潤(rùn)滑上必不可少的“零件”,，其適應(yīng)海上鹽霧環(huán)境的能力十分重要,。目前風(fēng)電潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)不能很全面的評(píng)價(jià)油品鹽霧通過性，本文通過對(duì)比市面常見的風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑產(chǎn)品,，發(fā)現(xiàn)在銅腐及液相銹蝕指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下,，EMCOR試驗(yàn)在一定程度上可以有效對(duì)油品的抗鹽霧能力進(jìn)行測(cè)試及評(píng)價(jià)，從而能更好的區(qū)分風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑產(chǎn)品品質(zhì),，保證風(fēng)機(jī)在海上平穩(wěn)可靠的運(yùn)轉(zhuǎn),，這對(duì)于布局海上風(fēng)電市場(chǎng)的廠商是一個(gè)重要的判定依據(jù)。 參考文獻(xiàn)： [1]李翔宇,，Gayan Abeynayake,，姚良忠，梁軍,，程帆.歐洲海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].全球能源互聯(lián)網(wǎng),，2019，2(02):116-126. [2]張佳麗,，李少?gòu)?海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)展望[J].風(fēng)能,，2018(10):48-52. [3]鐘麗娟，黃慶華,，顧祥林,，張偉平.鹽霧環(huán)境下混凝土中氯離子侵蝕加速試驗(yàn)的綜述[J].結(jié)構(gòu)工程師，2009,，25(03):144-149. [4]齊廣政.海洋大氣環(huán)境下混凝土氯離子侵蝕性能的試驗(yàn)研究[D].西安建筑科技大學(xué),，2012. [5]王超.金屬/有機(jī)涂層電解質(zhì)溶液中腐蝕的半導(dǎo)體行為研究[D].上海大學(xué)，2009. [6]徐國(guó)葆.我國(guó)沿海大氣中鹽霧含量與分布[J].環(huán)境技術(shù),，1994(03):1-7. [7]梁帥偉.抗老化變壓器油及其對(duì)絕緣紙熱老化影響的研究[D].重慶大學(xué),，2009. [8]黃文軒.第16講:防銹劑的作用機(jī)理、主要品種及應(yīng)用[J].石油商技,，2018,，36(02):84-95. 來源：《風(fēng)能產(chǎn)業(yè)》雜志
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