据了解，在现代化的风电场中虽然风电齿轮箱的故障率脱离了之前居高不下的尴尬局面，但齿轮箱故障导致的设备停机时间仍然是最长的。这是因为风电齿轮箱位置特殊，一旦出现故障，就需要动用起吊设备，维修不方便；其次是由于损坏部件的供货周期较长。因此，优化齿轮箱的结构设计、增强运行可靠性、改善运行环境、减少维护工作量进而减少设备停机已成为风电行业热议的焦点话题，而相关领域的厂商也正在为改变这一状况做着不懈的努力！

大型风力发电机组润滑油的选择

科宁化工（中国）有限公司技术部经理 凌云

大量实践报告表明，由于齿轮箱和轴承损害造成风电机组停机的原因占其全部故障的70% 。其中，由于润滑油选择不当而导致的润滑故障又占了较高的比率，因此加强对高性能润滑油的研究和选用，重视对设备润滑系统的维护和保养工作对于大功率风机的正常运行尤其重要。

不同于普通的CLP 级别工业齿轮油，风机齿轮油必须满足长寿命和极端温度工况（-30~70℃）的使用要求，而且在极压、抗微点蚀和轴承磨损方面有更高的要求。但是，无论是国际电工委员会（IEC），还是我国GB 都没有对风机润滑油提出严格的规范要求，这些都对国内风机的OEM厂商和风场的终端用户提出了挑战。

科宁在20世纪90年代中期开始研发高性能的风电齿轮油，通过对一系列合成基础油进行严格苛刻的筛选测试后发现，精选的PAG（聚醚型）基础油与最新科技的添加剂复配后的综合性能远优于市场上销售的PAO（聚烯烃型）合成齿轮油。经过为时3年的不断改进和研发，在1999年推出最新一代高性能风电齿轮油 Breox SL320。从1999年开始，公司的技术人员持续不断地与风电机组OEM、齿轮箱制造商以及风电轴承制造商合作使用和测试Breox SL320，所有的测试均表明Breox SL320 是性能优异的风电齿轮油。欧洲风机OEM Vestas、齿轮箱制造商JAKE 和Bosch Rexoth 已经经过严格的测试并认证了 BREOX SL 产品，在欧洲风场已然全面使用。BREOX SL 聚醚型齿轮油具有以下优异性能：

1.精选PAG基础油极性强且油膜强度高

当前市场主流 PAO型风电齿轮油在长期使用后，粘度下降很多，这是由于为提高粘度指数，产品配方中含有聚合物增稠剂，在运转中经受不断的剪切作用，聚合物长链被剪断，粘度下降。而Breox SL320 没有此问题，其PAG基础油与生俱来的极高粘度指数，不添加任何聚合物增稠剂，保证了长期运行时粘度的稳定。同时，由于PAG分子结构中含有C、H、O元素，其中氧元素在聚醚分子结构中表现出非常强的极性，因此，PAG基础油有很强的极性，能在相互摩擦的金属表面形成吸附能力很强的化学吸附膜，具有很强的抗磨极压性能。四球抗磨磨痕测试结果可以发现，PAG基础油是极性和抗磨性能很好的合成基础油。

2.优异的抗擦伤、抗微点蚀及抗点蚀性能

PAO型风电齿轮油的抗擦伤、抗微点蚀及抗点蚀功能全部来自于添加剂。PAO基础油本身并不具备良好的抗磨极压、抗微点蚀功能，而是通过添加剂形成的化学膜保护金属表面，长期使用，化学膜、添加剂会消耗或化学降解，降低乃至消除保护金属免于擦伤和点蚀的功能 。

Breox SL320则不然，其通过精选的PAG基础油以及最新一代的添加剂复合而成，抗磨、抗擦伤、抗微点蚀及抗点蚀的功能来自于PAG基础油以及添加剂的协同作用。其中，极性非常强的PAG基础油是其抗磨极压功能的最大保障：与金属表面形成长期有效的化学膜保护其免于磨损、刮擦、微点蚀及点蚀，油膜强度很高。长期使用中，PAG基础油不易发生化学降解，而且由于其粘度指数高，在高温下仍能形成较厚的油膜保护金属表面。

3.寿命更长，齿面更加清洁

由于Breox SL320 采用精选的PAG基础油并选用最新一代的添加剂配方复合，其氧化稳定性和高温稳定性非常优异，寿命更长， 不同于常规的矿物油或者PAO 基础油 ， PAG 齿轮油即使在高温下，也不会产生油泥和积碳，这有助于保持齿面的干净和清洁。

4.水溶性聚醚防止水污染

科宁的BREOX SL 320 采用当今领先的水溶性聚醚技术 ， 耐水性极强，即使是齿轮箱内润滑油水分含量达 0.5% ， 也不会对齿轮和轴承寿命造成大的影响，这对于温差变化较大的海上风场是相当有益的，即便是少量的冷凝水进入系统，依然可以让用户高枕无忧。

5.更高的扭矩输出和工作效率

齿轮箱的传送效率很大程度上取决于所选用的润滑剂的摩擦系数，有实验数据表明，合成润滑油可以有效地降低油温，并提高齿轮箱的输出效率。在蜗轮蜗杆齿轮箱上普通的矿物齿轮油只有60%的传动效率，PAO型齿轮油可使效率提高到70%，而PAG型BREOX SL 齿轮油则可使效率提高至78% 。齿轮箱的效率大幅提高，齿轮油的温度显著下降，齿轮油和密封的寿命相应提高，因此大型风场选用PAG齿轮油，可以获得非常可观的节能收益。

从20世纪90年代中期开始，Breox SL 320 与全球知名风电OEM：Vestas, Simens Bonus, Made, Gamesa, NEG Micon相互配合，在它们的机组上进行长期跟踪测试，同时科宁也与全球最大的海上风电场Horn Rev, 丹麦最大的风电场Elsam 公司的HornsReef 进行大范围的技术合作， 在他们的80多台 Vestas V80 机组上得到了广泛的使用 。长期的设备状态跟踪显示， 油品黏度保持稳定，磨损金属含量极低，齿轮箱内部保持清洁。

在国内市场，从2005年开始科宁与国内风机的OEM 紧密协作， 如Goldwind 金风在新疆达坂城风场，重庆海装2MW 机型在内蒙古风场都有典型的应用，至今设备运行状况良好，以下是该风机在使用两年后委托第三方实验室的测试报告：

报告表明，风机齿轮箱除需要具备工业齿轮油常规指标外，还需要具有抗氧化，轴承磨损和抗微点蚀等实验评价，并且通过长期的现场测试要求。而与常规的风机齿轮油相比，PAG型合成齿轮油在适应极端气候，使用寿命，清净性和耐水性方面具备明显的优势，也为国内外的风机OEM 认可和选用。 图1 表

解决风电并网瓶颈

风电是绿色能源的典型代表，但在中国却从没有发挥代表的作用，因为其很难实现大规模的风电并网，不能满足用电的实际需求。近年来，随着风电产业的快速发展，解决风电并网问题也变得更加紧迫。

有数据显示，截至2008年底，全国已完成吊装的风电机组为1217万kW，而并网风电装机仅有894万kW，约30%的风电机组处于空转状态，资源浪费非常严重，解决风电并网瓶颈迫在眉睫。为此，业内专家指出了解决中国风电并网瓶颈的三大“法宝”。

首先是转变某些决策层面的思想认识和观念，这是解决风电并网技术和经济问题的先提条件。部分电网人士一直认为风电是“间歇性”能源，是不可靠的。事实上，欧洲风电产业的发展经验证明这完全是一种误解，因为电力的不稳定性是电力系统的固有特点，而且供电和用电也都是变化的。因此解决风电并网问题的关键并不在于风电本身的不稳定性或间歇性，如何预测、管理和改善风电的不稳定性以及寻求改进措施才是正道。

其次，国家需出台政策加快风电并网的建设步伐。据了解，在一些风电企业看来，并网困难和限电较多，表面看受制于技术因素，但更深层次的症结是电网企业在风电上网方面不够积极，处于垄断地位的电网缺乏利益驱使和变革的动力。另外，由于中国风电发展面临着大规模、高集中开发、远距离和高电压输送的问题，也给电网公司带来了很多技术和经济难题。因此，解决风电并网问题必须依靠国家力量。

第三，解决风电并网技术问题必须采用国家标准。专家指出，风电上网需要统一的技术标准，标准一定要在政府、电网公司、风电机组制造商及风电场运营商等利益相关方的共同参与下制定。另外，风电场入网标准必须是全面、透明且可充分理解的，要集中在重要的、实质的技术性能上。同时，还要平衡技术经济性，以使在成本最低的情况下满足基本要求，并由第三方机构进行公正性评价。

风电齿轮箱高效清洁系统

北京中冶迈克液压有限责任公司总工程师 张钦先生

风电齿轮箱在原动机和工作机间起到了匹配转速和传递扭矩的作用。因此，风电齿轮箱的工作情况将影响到整个风电系统的正常运行，风力发电机的主要润滑部分就是增速风电齿轮箱。调查数据显示, 润滑系统在使用过程中的故障甚至停机情况中，80%与润滑油污染有关。 润滑油被污染后会引起增速风电齿轮箱的故障, 比如轴承和齿轮的磨损和碾磨、频繁的设备维修以及润滑油品质的下降等, 这些问题都直接影响了风力发电机的工作效率和使用寿命, 并且会导致过高的能源消耗与后期维修费用的增加。因此，箱清洁度是风电齿轮箱的重要指标。例如风力发电行业的标准：ANSI/AGMA/AWEA 6006-A03，这是由美国标准委员会、风电齿轮箱制造协会和风能协会联合制定的标准，目前为众多风机制造商和业主所参考和采用。其中规定风电齿轮箱出厂时的清洁度等级需要达到ISO **/14/11，运行时需要达到ISO 17/15/12的标准。目前，国内风电齿轮箱制造企业在引进国外先进技术的同时，更重视产品在加工和装配过程中的清洁度，迫切需要市场提供高效且快速的风电齿轮箱内部清洁度设备。

影响箱清洁度的可能因素

(1)风电齿轮箱使用的润滑油的清洁度差。这是引起清洁度差的直接原因，造成的主要后果：当风电齿轮箱开始运转，润滑油便进入润滑管路分配到各个润滑点，其中的杂质也随之到达啮合区和轴承内，从而影响齿轮箱的使用寿命。

(2)零件机加工时产生的铁屑未清理干净。一方面是下一道工序的工人加工时由于粗心未对零件的铁屑进行清理，造成在零件表面产生凹坑或划伤等缺陷；另一方面是存在于某些位置的铁屑不易清理，如油孔内的铁屑，这些铁屑在风电齿轮箱工作后便会通过润滑油被带入工作区域，进而对零件造成损伤。

(3)酸洗后的油路又进行焊接等加工。油路酸洗后不允许再进行焊接，否则焊接产生的杂质会进入管路，并随着润滑油的循环进入风电齿轮箱。

(4)在装配好的成品上进行某些零件的后处理加工。

(5)零件清洗后不注意保存，随意摆放，灰尘等杂质进入零件的重要表面，影响配合尺寸。

(6)涂漆不能承受高温。当风电齿轮箱在高温条件下运行时，箱体内壁涂漆不能承受高温，油漆脱皮落入润滑油中，另外箱体外壁的掉漆也会影响外观。

(7)密封胶落人箱体。当齿轮分箱面或其他接合面涂抹密封胶过多时，合箱或合盖后，密封胶就会挤入箱体，进入润滑油中。

清洁度对风电齿轮箱的影响

(1)对润滑及管路附件的影响。为了增加润滑的喷油压力，风电齿轮箱中的油孔直径一般较小，经循环，润滑油很容易将停留在油孔位置中的铁屑带出，加之油中的杂质，会逐渐将小油孔堵塞，导致系统中的润滑不足或不能润滑。

(2)对齿轮及啮合的影响。在齿轮啮合过程中，润滑油将杂质带入啮合齿面，破坏齿面的光洁度，降低齿面的机械性能，影响传动平稳性，使齿面易发生点蚀、胶合和磨损等问题，缩短寿命。

(3)对轴承的影响。轴承在正常的润滑条件下，零件表面之间会形成油膜，不会直接接触，可以减少轴承内部的摩擦及磨损，提高轴承性能，延长使用寿命。当油中含有杂质时，杂质进入轴承滚动体与内外圈之间，增大摩擦，使滚动体转动不良，尤其是在高速重载下，会使内外圈及滚动体形成凹坑，造成其点蚀或其他失效形式，影响使用寿命。

目前部分风力发电机齿轮箱自带在线润滑系统，循环泵与风电齿轮箱间附带一套过滤器。配套储油油箱、加注及抽油设备，利用该套系统更换高精度过滤器可对风电齿轮箱实现冲洗。但由于自带在线润滑系统的功能、流量以及过滤器数量和规格的限制，这种在线冲洗方法效率低，严重时风电齿轮箱内残留的大颗粒污染物会损坏在线润滑系统的油泵，不能满足风电齿轮箱的批量生产。

利用稀油站高效冲洗时，加注泵将稀油站油箱油液通过过滤器注入风电齿轮箱，抽油泵将风电齿轮箱油箱的油液抽回稀油站油箱，达到对风电齿轮箱的冲洗。这种冲洗方法由于冲洗循环过程较在线冲洗多了稀油站油箱，若使用同等过滤器及冲洗流量，冲洗效率较在线冲洗效率低3~5倍；因为稀油站油箱的容积大于风电齿轮箱自身容积3~5倍，单位时间内油液的循环次数就会减少3~5倍。另外，抽油泵与加注泵流量不易匹配，不能维持风电齿轮箱润滑油的液位。常需要人工干预，工人劳动强度大。

高效清洁系统

基于上述问题，北京中冶迈克液压有限责任公司设计制造了获得国家专利的用于风电齿轮箱冲洗的风电齿轮箱高效清洁系统。

风电齿轮箱高效清洁系统，由油箱单元、冲洗单元和电控单元组成。油箱单元包括保温油箱、油箱附件、循环泵和过滤器，过滤器由多支高强度磁珊构成，可吸附油液中绝大多数的金属颗粒，并保护组泵正常运行。主泵采用螺杆泵，由变频电机驱动。可根据不同规格的风电齿轮箱设定冲洗流量，流量连续可调。流量计主要用于系统流量的计量。清洁度检测仪为选配件，该检测仪可在线检测油液清洁度，为冲洗结果提供定量指标数据。电控系统主要采用西门子S7-300系列PLC控制，电控系统配有西门子触摸屏，实现参数的设定、状态的显示以及操作等功能。循环泵采用西门子440系列变频器控制，通过调速来实现流量调节。该系统完全可以实现风电齿轮箱冲洗液的储存、加热及循环过滤、风电齿轮箱冲洗液加注、冲洗流量选择及风电齿轮箱冲洗、在线清洁度检测以及高效抽油等功能。

把高效合成油引进风电齿轮箱

日本电力公司（EPDC）

在现代的大自然环境中,自然能源是经常被讨论的焦点，风电尤为突出，人们期望其能在近期内有较快发展。日本电力作为重要的电力供应商，更是有很大的责任把可贵的自然能源转化成电能供给用户。

日本电力的热电厂为了减低运转和维修费用，采用了一种独特的美国高效合成油。在过去的10年中，其获得了很好的使用效果。根据这些使用结果,日本电力决定将用油范围扩展到其风力发电齿轮箱中。

日本电力采用的高效合成油是一种在PAO基础上调配的合成油产品,与一般油品相比，有以下优势：极高的油膜强度，优秀的油水分离性，明显的节能效果，极高的洁净度，能显著降低轴承振动，超长的使用寿命，突出的抗腐蚀性能，高效清污力和高度相容性，以及高环保安全性。该油品的部分优势是由于基础油PAO的基本性能突出，但在此需特别提到紫皇冠的添加剂技术，其提高了油膜强度。独特的添加剂能在金属表面形成一层坚固且抗磨的合成油膜。独有的油膜，大幅提高了润滑性能，也加强了设备可靠性，延长了轴承和齿轮的寿命。

该合成油的表现已经达到甚至超出了ASTM和AGM的技术要求，并已在美国的多个应用领域中帮助用户降低了运转成本，得到了良好赞誉。日本电力,作为紫皇冠的日本用户，也在苛刻的设备运行环境中，达到了同样的效果。

日本电力的风机叶片转速范围为13~20r/min, 在齿轮系统中速度会增加到1200~1800r/min, 发电量为250~1000kW。该风机的齿轮箱由行星齿轮和3个正齿轮组成，润滑系统为压力润滑，油温由冷却器和风扇控制,油量为330L,这包括了管道和冷却器的用油。其于2005年9月开始使用新的合成油产品，希望通过减少齿轮和轴承的磨损和加强运转效果达到设备可靠度和发电量的提升。为验证使用效果，日本电力对设备长期运转的成本和可靠度进行了跟踪测量。

在测验风场中有15台风机, 一台为测验台,加入了紫皇冠油；另14台为对比组，使用风机生产商推荐的润滑油产品。测验数据显示，在设备磨损、氧化指标TAN、发电量以及提升设备可靠性等方面紫皇冠润滑油都占有较大优势。

首先，测验台零部件的磨损相对较少，因为油液中铁含量一直较对比台低，锌的比率也未提高；而对比台油液中的锌有明显提高，可能是轴承构件有所磨损。其次，总酸度的氧化指标TAN，在测验台上一直很稳定，而对比台的TAN明显升高。测验台和对比台中的运动粘度都比较稳定。测验台的油色未变,对比台的油色呈棕色且浑浊，并有显著的泥状沉淀物。 此外，测验台的发电量比对比台提升了1.5%~2.6%，全年平均风速为6~8m/s。该试验数据由风电行业的通用测试方法取得。通过长期跟踪，证明该合成油能帮助设备提高可靠性，并延长换油周期；同时，能减少设备的磨损量，提高发电量。

现日本电力公司已经在几十台风机上引进了紫皇冠合成油，同样效果明显。预计若此风场的15台风机全部引进紫皇冠合成油，发电量将会有460000kWh/ 年的增加 (2008的预计)。风电齿轮箱是风机上最容易出现问题的部件，因此必须选择性能可靠的高质量润滑油品，以保证其正常运行。

仿真技术优化风电齿轮箱设计

LMS China联合仿真经理程磊先生

在过去的10年里，人类对风力能源需求的快速增长极大地促进了应用于风力发电机的先进技术的开发。但是，由于风力发电机体积巨大，且机械系统和电子机械系统之间的连接和集成关系复杂，再加上强劲的不断变化的风速和紊流会产生瞬息万变的复杂气动载荷，这些因素使得新型风力发电机的开发仍面临系统在真实运行条件下的耐久性与可靠性、运行成本、维护费用以及对环境的噪声辐射等各方面的复杂挑战。为了应对这些挑战，作为欧洲风能协会（EWEA）的重要成员，LMS 公司基于其试验仿真平台和在风电行业丰富的工程经验，为风电和齿轮箱行业提供完善的仿真与试验集成的解决方案和咨询服务。目前，我们已与很多国内外的风力涡轮机、齿轮箱制造商和供应商进行了广泛的合作。

齿轮箱作为风电机组的关键部件，制造商在研发中最关心的工程品质包括疲劳耐久性与可靠性、振动噪声以及驱动和控制精度等。基于卓越的测试与仿真技术以及广泛的工程经验，LMS能够为制造商提供齿轮箱轮齿接触分析与载荷预测和模态测试，振动与声辐射测试和仿真分析，包括轮齿和传动轴在内的疲劳耐久性测试与仿真分析，电机驱动与伺服控制分析，机电一体化建模以及齿轮箱和传动系统的扭振分析等完整的技术解决方案和工程咨询服务，并贯穿于齿轮箱开发周期的各个阶段。

在齿轮箱开发早期的概念设计阶段，一维多领域系统仿真平台LMS Imagine.Lab AMESim为齿轮箱的系统级分析提供了完备的物理元件模型库，包括控制信号库、机械库、电机驱动库、电磁库、电气系统库以及液压库等，为齿轮箱的电机驱动和控制系统以及润滑系统建模和分析提供完整的解决方案。早在给出详细有效的CAD几何模型之前，即可精确地分析和预测齿轮箱系统的性能。通过LMS Imagine.Lab AMESim的系统级建模，还可以分析控制精度和品质，调优控制电机参数。

在详细开发阶段，运用LMS的3D多学科仿真技术，可以对齿轮箱真实的功能品质进行详细的仿真分析。在齿轮箱轮齿啮合运动过程中，由动态啮合刚度等因素所产生的非均匀啮合力是齿轮箱轮齿和传动轴产生疲劳断裂的重要原因，同时也是产生结构振动和辐射噪声的重要原因之一。因此，齿轮箱的动力学仿真、轮齿接触与载荷分析、振动噪声分析和疲劳分析等几个学科之间具有不可分割的内在联系。在齿轮箱轮齿接触、振动噪声及疲劳分析方面，LMS Vitual.Lab提供了集成的多学科仿真平台，通过LMS Virtual.Lab Motion能够建立齿轮箱的动力学模型，通过对齿轮啮合力、传动轴的弹性和不对称性以及轴承的精细建模，可以详细分析齿轮箱传动过程中的齿轮啮合力和轴承力，并考虑轮轴和轴承的影响，为齿轮箱振动和噪声分析以及疲劳分析准备精确的数据。对齿轮箱的振动和噪声分析是通过在多体动力学分析中对齿轮箱柔性化，通过刚柔耦合分析齿轮箱的结构振动和载荷，并结合FFT时频变换和Virtual.Lab NVH分析齿轮箱的表面振动响应，最后通过Virtual.Lab Acoustics模块的声学边界元和声学传递矢量等技术即可得到齿轮箱辐射噪声。齿轮箱零部件的疲劳耐久性分析则可基于LMS Virtual.Lab的系统级疲劳分析技术和流程，即通过多体动力学分析的载荷谱或应力谱，输出到Virtual.Lab Durability模块进行疲劳计算。尤为重要的是，通过LMS Imagine.Lab AMESim与LMS Virtual.Lab模型的结合，可以将电控系统与齿轮箱多体模型集成，建立真实的机电系统模型，研究整个闭环回路的特性。

在齿轮箱开发的试验阶段，需要对实物样机进行性能测试。LMS提供振动、声辐射和疲劳耐久性相关的试验工具及解决方案——LMS SCADAS多通道数据采集系统与LMS Test.Lab试验分析软件，对齿轮箱进行谐波分析、阶次分析、齿轮箱扭振分析、模态测试、ODS测试、振动噪声传函分析、刚体属性、声源定位、声强测试以及传递路径分析（TPA）等，验证齿轮箱真实的品质属性。LMS SCADAS 结合各类传感器可测量齿轮箱的载荷、振动和声强等。此外，LMS的旋转机械测试方案可对齿轮箱在运行、启动及停止等工况下的振动源和引发的振动噪声进行检测、定性和定量分析。

同时，基于与多家风力发电机制造商和供应商长期合作的工程经验，LMS提供相关的工程咨询服务，涵盖振动-声学测试和仿真分析、故障诊断和设计优化、齿轮箱振动噪声传递路径识别与鉴定、工作模态测试、扭振测试、疲劳试验、齿轮箱轮齿高级接触建模、载荷预测和疲劳耐久性计算、齿轮箱热性能分析、电机驱动与伺服控制的系统级分析、仿真与试验的相关性分析等。