风电齿轮箱润滑油污染物及油中磨粒状态分析

污染物是造成风电齿轮箱失效的一个重要原因。为了研究油中污染物及磨粒存在状态对齿轮箱的影响,指导齿轮箱的维护,对某风场已正常运行4年的18台风机在不同运行时段齿轮油中污染度、水分及磨损颗粒物进行检测。结果发现,大部分齿轮油的污染度难以维持在17/15/11(ISO4406),部分风机齿轮油污染度甚至高达22/20/16(ISO4406)。在污染颗粒物中,主要以4~6μm的颗粒物为主,每毫升油液中污染颗粒物数量最高可达24 911个;该风场齿轮油中水分和酸值的含量均在正常运行范围内,对油品和齿轮箱的危害较小;该风场正常运行中的风机的齿轮和轴承均发生了一定程度的磨损,主要以疲劳磨损为主,尺寸最大的颗粒为严重的滑动磨损产生的。     

基于灰色关联分析的风机油液监测应用研究

通过构建风力发电机油液监测理化指标及光谱元素的灰色自关联矩阵,对运动黏度（40 ℃）、总酸值、水分、污染度NAS等级、铁、硅、磷元素等指标进行关联性分析。研究表明, 风机齿轮油在使用过程中的总酸值与运动黏度变化同为油品氧化变质直接引起,灰色关联性最强;水分的存在会使磷系添加剂水解,同时使总酸值增加;未被过滤掉的氧化产物同时影响污染度NAS等级和酸值;铁元素含量及总酸值因相互影响灰色关联性也较强;硅元素对铁元素变化影响最大。灰色自关联矩阵为风机齿轮箱润滑故障诊断分析提供理论支持。     

风机油液监测理化指标及光谱元素的灰色关联分析

通过构建风力发电机油液监测理化指标及光谱元素的灰色自关联矩阵,对运动黏度(40℃)、总酸值、水分、污染度NAS等级、铁、硅、磷元素等指标进行关联性分析。研究表明,风机齿轮油在使用过程中的总酸值与运动黏度变化同为油品氧化变质直接引起,灰色关联性最强;水分的存在会使磷系添加剂水解,同时使总酸值增加;未被过滤掉的氧化产物同时影响污染度NAS等级和酸值;铁元素含量及总酸值因相互影响灰色关联性也较强;硅元素对铁元素变化影响最大。灰色自关联矩阵为风机齿轮箱润滑故障诊断分析提供理论支持。     

酯类航空润滑油基础油热氧化衰变规律分析

对不同温度和反应条件下的癸二酸二-2-乙基己酯（DHS）基础油理化指标进行考察,并采用GC/MS现代分析手段测定油样结构组成,探讨酯类航空润滑油基础油的热氧化衰变规律,从分子水平揭示酯类航空润滑油基础油高温衰变后颜色、黏度和酸值变化的原因。试验结果表明：空气、氧气和抗氧剂N-苯基-α-萘胺（NPAN）对DHS黏度高温衰变影响较小,这是因为油品分子链在高温作用下既发生裂解使黏度低,也会相互聚合使黏度增大;氧气的存在会与自由基生成醇、醛和酸等含氧化合物,使油样酸值急剧增大,添加NPAN后极大地抑制了酸值升高,油样酸值的突变温度升高,表明NPAN在酯类基础油中发挥了较好的抗氧化效果。     

高速动车组齿轮油换油周期研究

高速动车组齿轮箱的润滑是高速列车运行安全的关键技术之一。为了研究高速动车组在用齿轮油的衰变特性,指导现场定置换油,提出了高速动车组齿轮油换油周期方法。通过在京沪专线动车组上选取CRH6444车6部齿轮箱在用油连续9次的跟踪监测,采用理化指标评估法、污染变化评估法、添加剂消耗评估法、磨损情况评估法对CRH动车组齿轮箱在用润滑油的换油周期进行了评估。研究结果表明,高速动车组齿轮箱在用的车辆齿轮油平均换油周期里程不超过35万公里为宜。研究结果可以为我国CRH动车组齿轮箱检修和安全运行提供在用润滑油更换技术参考。     

烃类航空润滑油高温氧化产物的理化指标关联性分析

利用高温氧化加速装置,采用金属Cu和Fe片分别在不同反应温度下对烃类航空润滑油进行催化氧化,探究氧化产物的运动黏度、酸值及倾点的变化规律,并结合GC/MS分析导致油品运动黏度、酸值及倾点变化的作用机制。结果表明:油品的氧化裂解程度越深,Pearson相关系数r值的绝对值就越大,氧化产物的运动黏度、酸值及倾点之间的关联性越强;运动黏度及倾点的衰变主要是热裂解反应引起的,而酸值的增大则主要是油品的热氧化反应引起的。     

高速列车齿轮箱润滑油黏度指数的计算方法研究

高速列车齿轮油不仅承担高转速啮合齿轮间的润滑,通常也承担齿轮箱两端轴承的润滑,其黏度指数的确定和选择需要对润滑规律进行更严格的揭示与分析。采用机械设计计算查表法、黏度经验公式法、弹流润滑分析法、弹流润滑经验公式等方法,以CRH380A动车组齿轮箱为研究对象,计算高速列车齿轮箱所需润滑油的40 ℃黏度与100 ℃黏度,并得到选型的黏度指数,为高速列车齿轮油的选型提供了模型和理论依据。研究发现,由于高速下齿面接触应力很大、温度高、圆周速度大,高速列车齿轮润滑油还应当提高抗磨性、热安定性与氧化安定性等,并能够在较宽温度范围的运转,且要着重考虑齿轮油对齿轮箱内轴承的润滑及安全特性。     

金属Fe对50-1-4Ф航空润滑油高温氧化的影响

为研究高温下金属部件中的铁对航空润滑油高温氧化的影响,用高温氧化釜分别模拟50-1-4Ф航空润滑油在含铁片和不含铁片情况下的高温氧化过程,观察油样的颜色、黏度、酸值的变化,用压力差示扫描量热法测量其氧化诱导期。结果表明,高温氧化对50-1-4Ф航空润滑油高温黏度影响较小,对低温黏度、酸值和氧化诱导期影响明显;铁对该航空润滑油的酸值和氧化诱导期影响较大,含铁的油样酸值和氧化诱导期的变化幅度是不含铁油样的数倍;铁在较高的氧化温度下(250、300℃)对黏度影响明显,但在较低的氧化温度下(180、200℃)对黏度影响小。     

某型航空发动机润滑油性能结构热衰变机制研究

某型航空润滑油主要由基础油聚α-烯烃（PAO）和抗氧剂N-苯基-α-萘胺（T531）组成。借助高温高压反应釜模拟航空发动机温度,研究不同温度下抗氧剂T531对PAO理化性能的影响,并利用气相色谱/质谱联用（GC/MS）技术从分子水平上分析反应产物的结构组分变化,探究PAO和T531的高温衰变机制。结果表明,高温促使PAO基础油发生分子链断裂反应并产生了含氧化合物,致使PAO黏度降低和酸值升高;在一定温度范围内T531较好地延缓了PAO分子链的断裂;T531长时间在高温环境中也会发生衰变,产生大量链状酮类化合物,加深了润滑油颜色。     

采用高黏度润滑油的复杂管路齿轮箱润滑系统设计

针对采用强制喷油润滑的齿轮箱的润滑系统管路复杂、润滑点多、润滑油黏度高的特点,利用Dudley等提出的方法计算该齿轮箱功率损失,提出流量计算与分配原则;综合考虑温度、润滑油黏度、沿程流阻、局部流阻等因素,对系统特性进行仿真分析;对设计的润滑系统进行试验测试和优化,验证设计的润滑系统的有效性。研究表明,利用合适的方法精确计算齿轮箱各润滑点的功率损失,并进行系统总供油量的合理计算与分配,对齿轮箱润滑系统设计和保证齿轮箱可靠运行至关重要;采用高黏度润滑油的复杂管路齿轮箱润滑系统设计,不能忽略管路流阻损失的影响;温度变化对采用高黏度润滑油的复杂管路润滑系统的影响较大,设计时应加以关注。     

Torque loss in a gearbox lubricated with wind turbine gear oils

In this study, four different fully formulated ISO VG 320 wind turbine gear oils were select: a mineral oil‐based, a polyalphaolefin‐based, an ester‐based and a polyalkyleneglycol‐based fluids. Their physical properties (viscosity, thermoviscosity, piezoviscosity etc.) were characterised for a wide range of operating temperatures. A two‐stage multiplying gearbox, with helical gears, was selected to evaluate the influence of the wind turbine gear oil formulation on torque loss with the gearbox operating at low speed (130–230 rpm) and high torque (500–1000 Nm). The results obtained showed that each wind turbine gear oil formulation generated very different torque losses, evacuated heat flows and operating temperatures, with differences above 20 °C under the most severe operating conditions. A numerical model was developed, simulating all power loss mechanisms inside the gearbox, in particular the churning and friction losses. The coefficients of friction, between gear teeth and between rolling elements and bearing raceways, were calculated for all the tested oils. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effects of gear modifications on the dynamic characteristics of wind turbine gearbox considering elastic support of the gearbox

The reliability and service life of wind turbines are directly influenced by the dynamic performance of the gearbox under the time-varying wind loads. The control of vibration behavior is essential for the achievement of a 20-year service life. We developed a rigid-flexible coupled dynamic model for a wind turbine gearbox. The planet carrier, the housing, and the bedplate are modelled as flexibilities while other components are assumed as rigid bodies. The actual three points elastic supporting are considered and a strip based mesh model is used to represent the engagement of the gear pairs. The effects of gear tooth modifications on the dynamics were investigated. Finally, we conducted a dynamic test for the wind turbine gearbox in the wind field. Results showed that the contact characteristics of gear pairs were improved significantly; the peak-to-peak value of transmission error of each gear pair was reduced; the amplitudes of the vibration acceleration and the structural noise of the wind turbine gearbox were lowered after suitable tooth modification.     

L-CKC工业闭式齿轮油使用过程中动态质量模型的建立及分析

叙述了我国硫烯型和硫烯型L-CKC工业闭式齿轮油在使用过程中运动粘度和梯姆肯OK值随使用时间的变化规律，建立了油品使用过程的动态质量模拟状态方程，提出了油品衰变的半衰期及延长油品使用周期的方法。     

基于MPS方法的二级齿轮箱飞溅润滑特性研究

飞溅润滑时,二级传动齿轮箱内部润滑油流场分布情况十分复杂,传统有限元方法难以对其进行可视化仿真分析,在模型处理、算法选用、网格划分和计算工作量等方面存在诸多问题。基于充分的调研与大量的前期计算分析,利用移动粒子半隐式（MPS）法对轨道车辆用二级传动齿轮箱的飞溅润滑特性进行研究。分析了不同输入轴转速、初始润滑油油量和环境温度下齿轮箱内部润滑油的流场特性,实现了齿轮箱飞溅润滑的可视化计算;分析了不同工况下齿轮啮合点的油液粒子数时域变化情况,发现啮合处粒子数与转速关系不大,与初始油量成正相关,40 ℃时啮合处滑油粒子数最多,润滑效果最好;分析了各工况的齿轮箱搅油功率损失情况,发现搅油功率损失与输入轴转速和初始滑油油量成正相关,与环境温度的提高成负相关,且均为非线性变化。     

风电行星齿轮系统变载荷激励动力学模型及其响应特性

针对风电行星齿轮系统变载变速的运行特点,通过分析系统构件为刚体和弹性体时的受力情况,应用运动合成原理,提出了变载荷激励下行星齿轮系统动力学模型的建立方法,并推导出系统的运动微分方程。在此基础上,分析了行星齿轮系统的内外部激励因素及其对系统动载荷和动载系数的影响机理。计算并分析了某MW级风电行星齿轮系统的动态响应,结果表明：系统的时变啮合刚度和时变轴承刚度主要影响响应频率的数值大小和系统的振动能量;外部变载荷使响应频率中存在明显的低频成分,并影响各阶振动间的能量分配;齿轮啮合力的动载系数主要受到外部变载荷的影响,而轴承力的动载系数同时受到系统内部激励和外部激励的影响。研究结果为风电齿轮箱的疲劳寿命分析和动态优化设计奠定了基础。     

Numerical analysis and experimental investigation of modal properties for the gearbox in wind turbine

Wind turbine gearbox (WTG), which functions as an accelerator, ensures the performance and service life of wind turbine systems. This paper examines the distinctive modal properties of WTGs through finite element (FE) and experimental modal analyses. The study is performed in two parts. First, a whole system model is developed to investigate the first 10 modal frequencies and mode shapes of WTG using flexible multi-body modeling techniques. Given the complex structure and operating conditions of WTG, this study applies spring elements to the model and quantifies how the bearings and gear pair interactions affect the dynamic characteristics of WTGs. Second, the FE modal results are validated through experimental modal analyses of a 1.5 WM WTG using the frequency response function method of single point excitation and multi-point response. The natural frequencies from the FE and experimental modal analyses show favorable agreement and reveal that the characteristic frequency of the studied gearbox avoids its eigen-frequency very well.     

工业齿轮油长周期密封相容性研究

工业齿轮油与齿轮箱密封圈的相容性对于机械设备正常运转至关重要.近些年随着齿轮箱技术不断发展,工业齿轮油密封相容性要求越来越严苛,高端齿轮箱采用常规静态相容性测试已不能满足要求,需采用长周期静态试验,以及与齿轮箱实际工况最为契合的长周期动态密封试验来评价工业齿轮油密封相容性.对3种不同抗氧剂体系的L-CKD矿物型工业齿轮...     

大兆瓦级风电齿轮箱耦合动态特性及结构噪声分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响整个机组的性能。建立了具有两级行星加一级平行轴齿轮传动的大兆瓦级风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,采用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析。在综合考虑直斜齿轮时变啮合刚度、齿轮误差及齿轮啮合冲击等内部激励因素综合作用影响下,运用直接积分法对整个风电齿轮箱系统进行了动态响应求解,从而获得齿轮箱各点的振动位移、速度及加速度动态评价指标,并且对系统结构噪声进行了分析。研究结果可为大兆瓦级风电齿轮箱的动态性能优化提供参考。     

基于光谱分析技术的风机齿轮箱系统维护策略研究

风机齿轮箱中轴承和齿面的磨损是齿轮箱最常见的累积故障,当齿轮箱中的系统部件的累积磨损达到一定量时就会严重威胁到整个风电机组的正常运行,甚至大大降低其使用寿命。基于光谱分析技术对风机齿轮箱进行维护策略的研究,依据设备的不同累积磨损情况建立3种不同维护方式下的齿轮箱的维护策略,基于概率模型建立齿轮箱系统的时间成本模型,以最少维护时间成本为优化目标,利用蒙泰卡罗方法模拟设备随机衰退过程对巡检周期进行仿真,仿真结果表明提出的方案可行且有效。     

整体式挤压油膜阻尼器在齿轮箱中的应用

以一台单级直齿齿轮箱为研究对象,设计了适配的整体式挤压油膜阻尼器(integral squeeze film damper,简称ISFD)结构,对ISFD在齿轮箱中的应用进行了研究。分别测量了在不同载荷和转速工况下,齿轮箱安装传统刚性支承和ISFD弹性阻尼支承后的箱体振动。研究结果表明,ISFD弹性阻尼支承可以有效降低不同转速下齿轮箱的冲击振动,改善齿轮箱的动力学性能,保证齿轮系统稳定运行。不同载荷工况下的实验数据表明:ISFD支承对不同负荷的齿轮箱有较好的减振性能;对齿轮箱的啮合频率及其倍频等高频振动成分,ISFD也有较好的抑制效果。该研究结果可为ISFD在齿轮箱中的实际工程应用提供参考。