作者：ShubhamitaBasu，博士，工业油北美产品经理;CarlosNazario，油脂添加剂北美产品经理;GarethFish博士，工业添加剂和润滑脂技术研究员;路博润
在过去的30年里，风能已稳步成为美国发电中最强大的组成部分之一。根据美国能源信息署的数据，生产风能的成本继续下降，而生产风能的激励措施——来自政府的生产税收抵免(PTC)和其他计划——与化石燃料相比显着提高了其竞争力。
到2020年，美国风能总发电量达到3380亿千瓦时，约占美国公用事业规模总发电量的8.4%。并且随着美国政府当前的基础设施计划中承诺的风能投资，预计未来几年该百分比只会增加。
然而，风力发电量的增加导致了以下问题：需要什么样的工业封闭式和开式齿轮润滑剂才能使这些机器保持正常工作，从而可以依靠它们来满足该国不断增长的电力需求?随着风力涡轮机的复杂性增加，齿轮润滑剂的复杂性也必须提高。
新的流体技术可以提高牵引系数、薄膜厚度、能源效率和温度降低。引入新的多功能聚合物(PP)可以显着改善这些润滑剂的最终使用行为。本文将探讨PP在当前润滑油技术中的作用，以及它们为工业和开式齿轮系统提供的重大改进。
封闭式齿轮箱是许多风力涡轮机机舱中的关键部件。为了保持这些系统以最高效率运行，必须使用具有正确性能证书的合适粘度级工业齿轮油(IGO)对齿轮进行适当润滑。
最近，人们一直在推动开发专门设计用于满足更高功率吞吐量需求的先进齿轮箱。风力涡轮机齿轮箱受到风电场恶劣运行条件的显着影响，包括负载变化、振动、温度以及风速和风向的波动。结果，风力涡轮机轴承和齿轮箱上出现微点蚀和白色蚀刻裂纹，随着时间的推移，这些裂纹会放大并导致点蚀、齿断裂和其他灾难性故障。工业齿轮油在保持齿轮箱的耐用性和防止意外停机方面发挥着关键作用。
此外，较高的工作温度会对机油寿命产生不利影响，因为添加剂包会更快用完。耗尽的添加剂包会导致耐用性问题，例如磨损和微点蚀。流体的粘度随温度变化，导致油膜厚度变差，影响摩擦性能。结果，零件会以不合时宜的方式出现故障。即使将工作温度降低几度，也有助于延长机油寿命并确保齿轮箱的耐用性。
预计风力涡轮机齿轮油的换油周期较长。如今，七年换油周期已成为常态。因此，必须制定IGO以保护齿轮表面并在更长时间内提供最佳性能。他们一定：
与传统的基于矿物油的工业齿轮油相比，用聚α烯烃(PAO)配制的合成工业齿轮油用于风力涡轮机齿轮箱，可在较长时间内保持油品性能，同时保持较低的工作温度。
然而，传统合成IGO的主要挑战是价格高，这会显着增加总拥有成本。随着风能需求的增长，风电场所有者、运营商和石油营销商正在寻找替代方法来配制合成IGO，以降低总拥有成本，同时提高性能并延长换油周期。
开式齿轮系统
风力涡轮机应用中的开式齿轮用于调整叶片的螺距并旋转机舱以获得最佳的风力捕获。它们的尺寸范围可以从直径约1m(3ft)的变桨机构到大于6m(20ft)的用于机舱下方的偏航轴承。它们需要几个月的时间来制造，成本高达100,000美元，因此保持它们处于适当的工作状态至关重要。
大多数工业开式齿轮系统通常设计用于具有低到中等圆周速度的单向操作。在叶片变桨应用中，齿轮组准静态移动通过大约90°的弧线，但在偏航机构中，它们可能会完成弧线或整个旋转，具体取决于风向的变化(尽管大部分时间它们是静止的)。理想情况下，它们在-20˚C和50˚C之间的温度下运行。在海上应用中使用时，开式齿轮润滑剂(OGL)还需要能够防止配对齿轮齿表面的盐水/盐雾腐蚀。
由于它们的成本和容易更换它们的困难，使用适当的OGL来维护它们很重要。全球开式齿轮润滑油市场约为12,000公吨。随着齿轮开始移动并开始加速，OGL需要针对边界润滑和混合润滑应用进行设计。
在过去的50年中，OGL发生了重大变化。从历史上看，OGL是由没有经过显着添加剂处理的沥青基制成的，并且OGL没有根据最终用途进行区分。随着时间的推移，随着科学家开始认识到不同的开式齿轮应用需要不同类型的润滑剂，OGL变得更加复杂。
在1970年代，科学家们开始根据最终用途区分OGL的类型，并开始意识到，虽然一些开式齿轮系统需要化合物，但其他系统需要润滑脂。随着润滑油制造商继续研究OGL的使用方式，他们开始进一步改变他们的理解。
今天，大多数OGL分为两个不同的类别：移动机器和固定设备。移动机器使用半流体润滑脂，其中包括低粘度油和固体润滑剂。它们需要低温泵送，并且必须能够处理悬挂负载。
相比之下，固定设备必须产生全油膜润滑，提供磨损保护和承载能力，并便于牙齿检查和处理。然而，对于风力涡轮机应用，相同的OGL用于俯仰和偏航应用。原来的黑色润滑剂被透明的粘性液体取代，使齿轮齿的检查更容易。
高性能聚合物
为了解决使用PAO配制的传统合成IGO和OGL的缺点，可以将革命性的PP添加到配方中。在这两种情况下，新的和改进的PP都比传统的合成配方具有特定的优势。
这些PP具有独特的结构，用途广泛，具有出色的增稠效率和出色的剪切稳定性。它们降低了牵引系数并更快地散热，提高了能源效率，并表现出热稳定性和氧化稳定性。由于这些特性，PP可用于多种应用，包括用于风力涡轮机的合成工业齿轮油和开式齿轮润滑剂。
与使用PAO的传统合成配方相比，最新的PP有助于以更具成本效益的方式配制合成IGO配方，与传统合成配方相比，净处理成本可降低30%至40%。与传统的合成IGO相比，它们可以降低工作温度，从而可以降低能耗并更长时间地保持IGO特性。
在OGL中，PP提供了多功能性，既可以作为粘度调节剂，也可以作为基础液。它们还为OGL和产品可持续性提供改进的性能特征，以及减少润滑剂消耗和能源使用。
在将PP用于OGL的全合成配方中，在高操作温度下具有高粘度指数和高运动粘度。它们产生出色的薄膜厚度，显着降低整个过程的温度并提高能源效率。最后，它们保持良好的低温泵送性——不需要加热器系统。
这种创新的PP技术提高了牵引系数、薄膜厚度和能源效率，同时降低了工作温度。这证明了改进的流体技术与传统的IGO和OGL配方之间的区别。
随着美国增加其风能产能，制造商和开发商了解保护其工业齿轮和开式齿轮系统的最低成本、最有效的方法将非常重要。随着越来越多地使用含有高性能聚合物的合成润滑剂，这种保护将变得容易得多。
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