专利名称：用于润滑风力涡轮机齿轮箱的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于润滑一台风力涡轮机中的齿轮箱或加速单元的改进的方法， 并且涉及一种风力涡轮机齿轮箱。
背景技术：
空气动力风力涡轮机或风车是复杂的能量转化系统，它们利用风作为能量来源以 产生电，作为一种可替代的可再生能量来源，现今它们日益引起更多的兴趣。
所述风电涡轮发电机，也被称为风力涡轮机，基本上是由一个转子组成的，该转子 由一个或多个可以将风能转化成转动/机械能的叶片组成。当空气流过一台风力涡轮机的 转子时，该转子旋转，并且驱动发电机的轴以产生电流。由于空气动力学的性质总体上会将 转子的速度限制在低于标准发电机要求的水平上，因此总体上需要一个加速齿轮箱，用于 经济地操作该涡轮机。
因此，一个齿轮箱典型地是被放置在该一个或多个风力涡轮机叶片的转子和一个 或多个发电机的一个或多个转子之间。更确切地，该齿轮箱将由一个或多个风力涡轮叶片 转子所转动(以每分钟大约10到30转(rpm)，总体上大约15-20rpm)的一个低速轴连接到 一个或多于一个驱动发电机的高速轴上，以将转速增加到大约1000到2000rpm，即大多数 发电机产生电流所要求的转速。
显著高的扭矩可以在有齿轮的风力涡轮机的齿轮和轴承上产生巨大的压力。因此 所希望的是加强该风力涡轮机中的齿轮的疲劳寿命的风力涡轮机油。
在所述加速单元或齿轮箱中，润滑剂必须实现几种不同的作用。它们必须在更高 的工作负荷下运作，同时帮助降低齿轮箱中的温度。它们需要避免疲劳相关的损害(例如 点蚀)以及对齿轮的损耗(粘附、磨损、摩擦和划伤)，同时也保持对适配器友好(无泄漏)， 不发泡，防水并且对操作者无害。
此外，由于风力涡轮机齿轮箱中的润滑剂在维护和保养间隔中经常经受长时间周 期的使用，所以也要求长久的润滑剂稳定性，以便能在漫长的持续时间中提供出色的服务 性能。
最后，风力涡轮机可以位于世界各地，在山顶、海上或在海岸沿线、沙漠中除了寿 命问题之外，所述的润滑剂也必须能够承受不同的环境条件，除了能够抵抗氧化和防腐蚀 之外，包括极端的温度和湿度。
过去已经提出了多种润滑剂组合物，从而至少部分地能够满足了上述要求。
因此，US 2005090410 (ETHYL CORPORATION)在 2005 年 4 月沘日披露了适合作为 风力涡轮机齿轮油的润滑组合物(它包括一种添加剂浓缩物，其组成为极压添加剂、承载 能力增强剂和摩擦改性化合物)与一种基础油结合使用，该基础油可以来自天然来源(从 石油得来的具有润滑粘度的烃油类、焦油沙、煤、页岩等等，还有天然油类如菜籽油)或者 来自合成的物质(例如聚- α -烯烃油类、氢化的聚烯烃类、烷基化的芳香族类、聚丁烯类、 二羧酸酯的烷基酯类、二羧酸酯的复合酯类、多元醇酯类、聚乙二醇类、聚苯醚类、碳酸或磷酸的烷基酯类、多晶硅类、氟代烃油类)。
而且，ERRICHELLO, Robert, et al. Oil Cleanliness in WindTurbine Gearboxes. Machinery Lubrication Magazine. July 2002.披露了使用基于酯类的润滑剂和矿物油类 与耐划伤添加剂一起来润滑风车齿轮箱。
类似地，2006 年 6 月 12 日发表在 Engineeringtalk (www. engineeringtalk. com) 上的最近的一篇来自Kluber Lubrication GB的报道已经提出了将基于聚α烯烃、聚乙二 醇或可快速生物降解的酯的合成齿轮油用于风力涡轮机。
尽管如此，现有技术的润滑油类无法提供高的耐热性以及耐氧化性，并且在温度 升高或降低时展现出粘度的变化，因此不适合于遵从风力涡轮机的齿轮箱的冷起动以及稳 定态操作。
具体而言，现有技术的润滑剂处于低温下会经历显著的粘度增加，它被表征为接 近某些温度的倾点，这些温度在风车被关闭或空转或在一年中某些低风或无风时段的无转 动之后在其起动过程中至少偶然地可以遇到。
而且，现有技术的润滑剂拥有危险的可燃特性，由此，特别是在如风力涡轮机齿轮 箱中偶然遇到的高温下，其中温度随着风力和室外温度(例如在阳光充足的夏季)的变化 而变化，使用它们可能是有危险的或可能将该物质局部地暴露在高于它们闪点的温度下。
另外，现有技术的润滑剂，考虑到它们的闪点、蒸发行为(蒸发损失的危险)和热 稳定性，经常代表用于设定操作温度上边界的实际限制因素，要求特定的运作和测量，但是 齿轮箱组件的其他部件被设计成可能承受更高的温度。
最后，现有技术的润滑剂对于来自水性污染物(例如来自盐水或其他加湿的污染 物)的污染是高度敏感的。实际上，如本领域中普遍所知，润滑剂污染是风力涡轮机的齿轮 箱发生故障的一个危险来源，并且来自水性污染物的污染特别是在海上风力涡轮机领域是 相当高复发的。现在，现有技术的润滑剂不提供对水性污染物的适当的本质的保护，并且去 除所述污染物的纯化方法是繁重的。合成酯润滑剂总体上具有差的水解稳定性，即是说与 水接触可能会使其通过拆分回一种醇以及一种有机酸而退化，从而润滑的特性完全折衷。 聚亚烷基二醇(PAG)油类甚至可能与水混溶，因此它们只能被用于冷凝物或水进入量极微 小处。
因此感觉到了对于提供一种用于润滑风力涡轮机的齿轮箱的方法的需要，其中该 润滑剂提供一个更宽的操作温度窗口，增加的热和氧化稳定性，不可燃性的行为和增加的 对含水污染物的耐受性，以使其能够具有延长的使用寿命，同时仍然提供适当的摩擦系数、 磨损保护、耐划伤以及承载能力。发明内容
因此本发明的一个目的是一种润滑风电齿轮箱的方法，包括使用一种润滑组合 物，该润滑剂组合物包括至少一种(即一种或多于一种的一个混合物)全氟代聚醚(PFPE) 润滑剂，即一种润滑剂，它包括一个全氟代氧基亚烷基链，即是说包括具有至少一个醚键和 至少一个氟碳部分的重复单元的一个链。
本申请人已经发现，由于该PFPE润滑剂的使用，可以有效地对风力涡轮齿轮箱进 行操作，实质上没有发生故障的危险，因为该PFPE润滑剂有利地使其具有更宽的操作温度窗口(包括用于冷起动的适当的性能)，增加的热和氧化稳定性，以使其能够具有延长的使 用寿命，同时仍然具备适当的摩擦系数、磨损保护、耐划伤以及承载能力。
而且，PFPE润滑剂被赋予了出色的不可燃性的行为，因此点火、燃烧或爆炸的危险 被完全地避免。
最后，当被含水污染物(例如盐水)污染时，PFPE润滑剂容易经受相分离，这样通 过撇液(skimming)方法将它们从污染物中净化是一件轻松的工作。
PFPE润滑剂可以分类为油类和脂膏类，一般理解为油类是在40°C下具有从30到 30 OOOcSt的运动粘度(ASTM D445)的化合物；脂膏类是通过加入合适的增稠剂而衍生于 此类油，值得注意地是例如聚四氟乙烯(PTFE)或无机化合物(例如滑石)。
总体上，有待在本发明中使用的PFPE润滑剂在上述条件下根据ASTM D445于20°C 下确定时具有30到3000cSt，优选从50到500(3 的运动粘度。
该润滑剂组合物总体上包括至少一种选自下列组的PFPE油
(I)B-O-[CF(CF3)CF2O]bl, (CFXO)b2, -B'
其中
-X 等于-F 或-CF3 ；
-B和B ‘，彼此相等或不同，是选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；
-bl'和1^2'，彼此相等或不同，独立地是>0的整数，被选择为使得bl' /b2'比 率包括在20与1,000之间并且bl，+b2，在5到250范围内；如果bl，和1^2，均不同于零， 则这些不同的重复单元总体上沿该链统计性地分布。
所述产品可以通过如CA 786877 (MONTEDISON S. P. A.) 1968年4月6日，所描述的 六氟丙烯的光氧化作用获得，以及通过如GB 1226566 (MONTECATINI EDISON S. P. A.) 1971 年3月31日，所描述的端基的随后的转化而获得。
(2) C3F7O-[CF (CF3) CF2O]。，-D
其中
-D 等于-C2F5 或-C3F7 ；
-ο，是从5到250的一个整数。
所述产品可以通过如US 3242218 (DU Ρ0ΝΤ) 1966年3月22日中所描述的离子的 六氟丙烯环氧化物的低聚反应以及随后用氟的处理来制备。
(3) IC3F7O- [CF (CF3) CF2O] dd’ -CF (CF3) _} 2
其中
-dd，是2到250之间的一个整数。
所述产品可以通过如US 3214478 (DU Ρ0ΝΤ) 1965年10月26日中所报道的六氟丙 烯环氧化物的离子调聚反应以及随后的光化学二聚作用而获得。
(4) C' -0-[CF (CF3) CF2OJcl, (C2F4O) c2’(CFX) c3’—C”
其中
-X 等于-F 或-CF3 ；
-C’和C “，彼此相等或不同，是选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；
-cl\c2'和c3，，彼此相等或不同，独立地是彡0的整数，使得cl，+c2' +c3，在5 到250的范围内；如果cl’、c2’和c3’中至少两个不同于零，则这些不同的重复单元总体上沿该链统计性地分布。
所述产品可以通过如US 3665041 (MONTEDISON SPA) 1972年5月23日中所描述的 C3F6和C2F4的混合物的光氧化作用以及随后使用氟的处理来生产。
(5) D-O-(C2F4O) dl, (CF2O)d2, -D'
其中
-D和D ‘，彼此相等或不同，是选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；
-dl，和d2，，彼此相等或不同，独立地是彡0的整数，使dl' /d2'之比包含在0.1 与5之间并且使dl，+d2，在5到250范围内；如果dl，和d2，均不同于零，这些不同的重 复单元总体上沿该链统计性分布。
所述产品可以如US 3715378 (MONTEDISON S. P. A) 1973年2月6日中所报道的通 过C2F4的光氧化作用以及如US 3665041 (MONTEDISON S. P. A) 1972年5月23日中所描述的 随后使用氟的处理来生产。
(6)G-O-(CF2CF2C(Hal，)20)gl, -(CF2CF2CH2O)g2, -(CF2CF2CH(Hal，)0)g3, -G'
其中
-G和G ‘，彼此相等或不同，是选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；
_Hal’，每次出现时相等或不同，是一种卤素，选自F和Cl，优选是F;
_gl，、g2，和g3，，彼此相等或不同，独立地是彡0的整数，使得gl，+g2，+g3’在5 到250的范围内；如果gl’、g2’和g3’中至少两个不同于零，这些不同的重复单元总体上沿 该链统计性地分布。
所述产品可以通过使2，2，3，3_四氟氧杂环丁烷在一种聚合引发剂的存在下进行 开环聚合以产生一种包括下式的重复单元的聚醚-CH2CF2CF2O-，并且任选地将所述聚醚氟 化和/或氯化来进行制备，如EP 148482 A(DAIKIN INDUSTRIES) 1985年7月17日中详述 的。
(7) L-O- (CF2CF2O)1, -L'
其中
-L和L'，彼此相等或不同，是选自-C2F5或-C3F7;
-1’是在5到250范围内的一个整数。
所述产品可以通过一种方法得到，该方法包括例如用元素氟来氟化一种聚环 氧乙烷、并且任选地使如此获得的氟化的聚环氧乙烷热致地碎裂，如US 4523039 (THE UNIVERSITY OF TEXAS) 1985 年 6 月 11 日中所报道的。
(8) R1f- {C (CF3) 2_0_ [C (R2f) 2] kkl’ C (R2f) 2_0} kk2’ -R1f
其中
-R1f是具有从1到6个碳原子的一个全氟代烷基基团；
-R2f等于-F或具有从1到6个碳原子的全氟代烷基基团；
-kkl，是从1到2的一个整数；
-kk2'代表在5到250范围内的一个数。
所述产物可以通过六氟丙酮与一种含氧环状共聚单体或它们取代的衍生物的共 聚反应以及所产生的共聚物随后的全氟化作用而生产，该含氧环状共聚单体选自环氧乙 烷、环氧丙烷、环氧丁烷和/或氧杂环丁烷，如专利公开物WO 87/00538 (LAGOff ET AL.) 1987年1月四日中所详述的。
合适于本发明的目的的优选的润滑组合物值得注意地包括
-来自SolvaySolexis, S. p. Α.在F0MBLIN 商品名下可商购的润滑剂(Y、M、W、 或Z类型)；此类润滑剂总体上包括至少一种符合以下任一化学式的油(即只有一种油或 多于一种油的混合物)
CF3-ff0-CF-CF2-fcf O-CF2-^OCF3 CF3 m+n = 8 - 45: m/n 二 20 - 10 000CF3-[-{-0-CF;CF2-)rf-0-CF2-^OCF3p+q = 40 - 180; p/q = 0,1 - 10
-来自DuPont de Nemours的在KRYTOX 商品名下可商购的润滑剂，所述润滑剂 总体上包括至少一种(即一种或多于一种的混合物)低分子量的、氟封端的、具有以下化学结构的六氟丙烯环氧化物的均聚物
F 十〒 FCF2O 七 CF2CF3CF.,3 n=lO到60
-来自Daikin的在DEMNUM 商品名下可商购的润滑剂，所述润滑剂总体上包括至少一种(即一种或多于一种的混合物)符合以下化学式的油
F-^CF2CF2CFp4^r(-CF2CF2CH20}TCFiCF3J=O或为>0的整数；n+j= 10到150
更优选的PFPE润滑剂是如上所详述的在F0MBLIN· ·商品名下可商购的那些。
更确切地，最优选的PFPE润滑剂是符合以下化学式的那些
D*-0_ (C2F4O) dl* (CF2O) d2*_D* ‘
其中
-D*和D”，彼此相等或不同，是选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；
-dl*和d2*，彼此相等或不同，独立地是彡0的整数，使dl' /d2'之比包含在0.1 与5之间并且使dl，+d2，在5到250范围内；如果dl，和d2，均不同于零，这些不同的重 复单元总体上沿该链统计性分布。
根据本发明的一个优选的实施方案，用于本发明的方法中的润滑剂组合物有利地 进一步包括至少一种环磷腈化合物，该化合物包括具有以下化学式的一个或多个环状部 分
一个或多个磷原子上连接有至少一个包括一个(全)氟烷氧基链的取代基。
本申请人已经出人意料地发现，将所述环磷腈化合物作为添加剂加入该润滑组合 物中，有利地使其能够改进该润滑组合物的抗锈和抗磨损特性。
特别有用的环磷腈化合物是在EP 1336614 A (SOLVAY SOLEXIS S. P. A.) 2003年8 月 20 日或在 MACC0NE，P，et al. New additives for fluorinated lubricants. 70th NLGI Annual Meeting, Hilton Head Island, South Carolina(October 25-29,2003) · no. #318. 中所描述的那些，其中所有的磷原子都连接到包括(全)氟烷氧基链的取代基上，它具有一 个在观0-5000范围内的平均分子量，并且具有-0CF2X、-0C2F4X、-0C3F6X类型的基团，其中X =F、C1、H，那些化合物符合例如以下的化学式
权利要求
1.一种润滑风力涡轮机齿轮箱的方法，该方法包括使用如下润滑组合物，该润滑组合 物包含至少一种(即，一种或多于一种的混合物)全氟代聚醚(PFPE)润滑剂，即如下润滑 剂，其包含全氟代氧基亚烷基链，也就是是说包含具有至少一个醚键和至少一个氟碳部分 的重复单元的链。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述PFPE润滑剂在以上提到的条件下具有根据ASTM D445于40°C下确定的30到3000cSt，优选从50到500cM的运动粘度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述润滑剂组合物包含至少一种选自下列组的 PFPE 油(1)B-O-[CF(CF3)CF2OJbl,(CFXO)b2, -B' 其中-X等于-F或-CF3 ；-B和B‘，彼此相同或不同，选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；-bl'和Μ'，彼此相同或不同，独立地是>0的整数，其被选择为使得bl' /b2'之比 包括在20与1000之间并且bl，+b2，在5到250范围内；如果bl，和b2，均不是零，则这 些不同的重复单元总体上沿该链统计性地分布；(2)C3F7O-[CF (CF3) CF2O] ο, -D 其中-D 等于-C2F5 或-C3F7 ； -ο，是从5到250的整数；(3)IC3F7O- [CF (CF3) CF2O] dd’ -CF (CF3) _} 2 其中-dd，是2到250之间的整数；(4)C，-0-[CF (CF3) CF2OJcl, (C2F4O)c2, (CFX)c3,-C” 其中-X等于-F或-CF3 ；-C’和C”，彼此相同或不同，选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；-cl，、c2'和c3，，彼此相同或不同，独立地是彡0的整数，使得cl，+c2' +c3'在5到 250的范围内；如果cl’、c2’和c3’中至少两个不是零，则这些不同的重复单元总体上沿该 链统计性地分布；(5)D-O-(C2F4O)dl, (CF2O)d2, -D' 其中-D和D‘，彼此相同或不同，选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；-dl，和d2，，彼此相同或不同，独立地是彡0的整数，使得dl，/d2，之比包含在0. 1与 5之间并且使dl，+d2，在5到250范围内；如果dl，和d2，均不是零，则这些不同的重复单 元总体上沿该链统计性分布；(6)G-O-(CF2CF2C(Hal，)20)gl, -(CF2CF2CH2O)g2, -(CF2CF2CH(Hal，)0)g3, -G' 其中-G和G’，彼此相同或不同，选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；-Hal’，每次出现时相同或不同，是选自F和Cl的卤素，优选是F; -gl’、g2’和g3’，彼此相同或不同，独立地是彡0的整数，使得gl’ +g2’ +g3’在5到 250的范围内；如果gl’、g2’和g3’中至少两个不同于零，则这些不同的重复单元总体上沿 该链统计性地分布；(7)L-O- (CF2CF2O)1, -L' 其中-L和L’，彼此相同或不同，选自-C2F5或-C3F7 ； -1'是从5到250的范围内的整数；(8)R1f- {C (CF3) 2-0- [C (R2f) 2] kkl ’ C (R2f) 2_0} kk2’ -R1f 其中-R1f是具有从1到6个碳原子的全氟代烷基基团； -R2f等于-F或具有从1到6个碳原子的全氟代烷基基团； -kkl，是从1到2的整数； -kk2'表示在5到250范围内的数。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述润滑剂组合物包括至少一种PFPE油，该PFPE油 选自符合以下化学式的那些D*-0-(C2F4O)dl* (CF2O) d2*-D*' 其中-D*和D”，彼此相同或不同，选自-CF3、-C2F5或-C3F7 ；-df和d2*，彼此相同或不同，独立地是彡0的整数，使得dl，/d2，之比包含在0. 1与5 之间并且使得dl’ +d2’在5到250范围内；如果dl’和d2’均不是零，则这些不同的重复 单元总体上沿该链统计性分布。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述润滑剂组合物还包括至少一种环 磷腈化合物，该化合物包括一个或多个具有以下化学式的环部分、“ / V—PN丨丨 I其具有键接至一个或多个磷原子的至少一个包括(全)氟烷氧基链的取代基。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述环磷腈化合物符合以下化学式CI(C3F6)mCF2CH2Ox OCH2CF2(OC3F6)mCl八 N ^NIl ICKC3F^mCF2CH2O-PP-OCH2CF2(OC3F6) mCI CI(C3F6)mCF2CH2O OCH2CF2(OC3F6)mCI其中m是整数，使得所述平均分子量在观0-5000的范围内。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述环磷腈化合物符合以下化学式(I)或(II)
8.如权利要求7所述的方法，其中所述环磷腈化合物符合以下化学式(V)或(V-bis) CF3O-(CF2CF2O)p^-(CF2O)qii-CF2CH2Os ,O- M+
9.根据权利要求5至8中任何一项所述的方法，其中相对于所述PFPE润滑剂和所述环磷腈化合物的重量，所述润滑组合物包含的所述环磷腈化合物的量有利地为至少0. 5重 量％，并且最多为15重量％。
10.一种风力涡轮机齿轮箱，其包含如下润滑系统，该润滑系统含有如权利要求1至9 中任一项所述的润滑组合物。
11.如权利要求10所述的风力涡轮机，其中所述润滑系统被设计为用以提供所谓的飞 溅式润滑、压流润滑或者前述系统的组合。
全文摘要
本发明涉及一种润滑风力涡轮机齿轮箱的方法，包括使用一种润滑组合物，该润滑组合物包括至少一种(即一种或多于一种的一个混合物)全氟代聚醚(PFPE)润滑剂，即包括一个全氟代氧基亚烷基链(即是说包括具有至少一个醚键和至少一个氟碳部分的重复单元的一个链)的一种润滑剂，并且本发明还涉及一种风力涡轮机齿轮箱，该风力涡轮机齿轮箱包括一个包含所述润滑组合物的润滑系统。
文档编号C10N30/10GK102037106SQ200980118414
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月20日
发明者乔瓦尼·博卡莱蒂, 曼弗雷德·容克, 法比奥·里甘蒂 申请人:索维索莱克西斯公开有限公司