风电机组变桨轴承漏脂分析及改进措施

风电机组变桨轴承漏脂分析及改进措施
发布时间：2021-11-17T23:55:39.093Z 来源：《福光技术》2021年18期作者：靳广伟
[导读] 随着风力发电机组功率等级增加，变桨轴承的尺寸逐渐增大，安装操作和质量控制的难度相应增加;尤其面临海上恶劣复杂运行环境，变桨轴承的质量问题将给维护带来极大困难和挑战。

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摘要：随着风力发电机组功率等级增加，变桨轴承的尺寸逐渐增大，安装操作和质量控制的难度相应增加;尤其面临海上恶劣复杂运行环境，变桨轴承的质量问题将给维护带来极大困难和挑战。

风力发电机使用过程中变桨轴承频繁出现漏脂现象，既污染环境，也降低了轴承的使用寿命。

根据风电变桨轴承的结构特点和使用工况，通过改进密封圈结构设计、改变密封方式和增加密封槽，提高密封圈的密封性，增加废脂清除系统等措施，基本上可以杜绝变桨轴承漏脂现象。

关键词：风电机组；变桨轴承；漏脂；改进
引言
变桨轴承作为风电机组上非常核心的一个部件，承担着连接轮毂和叶片、承载叶片载荷、传递叶片扭矩的重任。

面对条件恶劣的海洋环境，变桨轴承如果因变桨轴承螺栓安装不到位或者未预紧，而在运行的过程中出现问题，若要更换轴承，就必须连同叶片和轮毂整体吊至海面，海上吊装的难度和成本都将非常高，给风机的快速经济维护造成巨大困难。

1变桨轴承结构工作原理
变桨轴承结构，主要由轴承内外套圈、滚动体、保持架、密封圈、锥销及堵塞块等组成。

由于加工工艺的限制，堵塞孔开在轴承套圈中的软带区域，堵塞孔位置也决定了轴承套圈软带位置。

考虑到变桨轴承作转速很低的回转运动或间歇摆动的工作状态及其主要是由静载荷引起的失效的情况，可以采用静态模型确定堵塞孔位置。

2变桨轴承漏脂的现象
变桨轴承在风场运行一段时间后，经常会出现润滑油脂从轴承密封圈唇口处泄漏。

特别是风机为自动润滑系统，润滑脂的注入量较大，漏脂的现象更为明显。

大量泄漏的润滑脂堆积在密封圈处。

从风场统计情况看，变桨轴承漏脂的部位相对比较固定，该区域是承受风力的桨叶对变桨轴承形成倾覆力矩的压力位置。

变桨轴承均设计有注油孔和排油孔，注油孔连接注油管，为轴承注脂使用，确保轴承内部润滑脂能够得到及时填充；排油孔安装有接油瓶，接油瓶主要回收轴承内部多余的润滑脂。

但风场运转过程中，接油瓶内却很少或没有收集到轴承内部多余的润滑脂，润滑脂是从密封圈唇口处泄漏。

3解决措施
3.1密封圈
3.1.1选择质量可靠的密封圈材料
国内密封圈的抗老化、抗磨损等关键性能与国外还有一定差距，当前大多风电机组制造商采用成本较高的进口密封圈材料。

3.1.2改善密封圈的结构
目前国内大部分变桨轴承密封圈采用类似双唇的结构，同时增加2道直密封唇加强防泄漏效果，第1道封油唇前端与变桨轴承内圈的外圆表面紧密接触，末端与外圈的内圆表面紧密接触，其外侧凸起的弧面有利于抵消变桨轴承内部的润滑脂压力，可防止润滑脂从第1道封油唇与内外圈之间的间隙泄漏。

第2道、第3道封油唇外形呈鱼尾状，其与内圈外圆表面上的密封槽接触，两者之间存在微小的间隙，丁晴橡胶密封圈具有一定的弹性，既能保证变桨轴承正常回转，又能防止从第1道封油唇泄漏的润滑脂继续向外泄漏。

第4道封油唇与外圈的嵌槽接触，可防止变桨轴承泄漏的润滑脂继续向外泄漏。

防尘唇外形呈鱼鳍状，末端与内圈的外圆表面紧密抵靠，其外侧面凸起的弧面不仅保证了防尘唇与内圈紧密抵靠，而且利于加工。

第1道、第2道直密封唇与外圈表面接触，可防止泄漏的润滑脂继续向外泄漏。

凸台位于主密封体上，上表面为平面，同时与防尘唇之间预留了安装工具操作空间，可使用带滚轮结构的操作工具沿凸台上表面前后滚压，将密封圈压实，从而保证密封圈的密封效果。

新型防泄漏密封圈整体外形呈鱼骨形，采用1道防尘唇、4道封油唇、2道直密封唇，可有效杜绝轴承内部润滑脂向外泄漏。

3.1.3合理维护并及时更换损坏或老化的密封圈
必须严格按规定的工艺安装或维护密封圈，避免密封圈安装不合格或密封圈损坏的情况。

对漏脂变桨轴承密封圈进行检查，如发现密封圈存在老化、磨损严重、破损、翘曲变形等情况，需及时清理漏脂，并按工艺要求更换新密封圈。

3.2改善变桨轴承内部结构
3.2.1沟道底部沟槽
变桨轴承沟道结构设计不仅影响润滑脂在轴承内部沟道的流动性，也影响与沟道相连接的一段排脂孔的直径。

润滑脂的流动性与其流经的截面形状及面积有关，截面越小，流动性越差。

试验结果表明，沟道截面形状改进后润滑脂可从排脂孔顺畅排出，且密封圈无鼓包、漏脂现象。

3.2.2改善轴承脂孔尺寸与分布结构
当有特殊要求时排脂孔数量、位置和规格由轴承制造商与风电机组制造商协商确定。

整个排脂通道为阶梯结构，分为轴承外侧与集脂瓶相接的螺纹孔部分和靠近轴承内侧与沟道相连接的光孔部分。

润滑脂流经的截面面积越小，排出时阻力越大，因此，在轴承结构允许的情况下，适量增加轴承排脂孔外侧连接螺纹孔的直径和深度，尽量使排脂螺纹孔接近沟道，以减小润滑脂排出的阻力。

排脂孔靠近沟道的光孔部分由于受沟底设计槽宽限制，若改善轴承沟底结构，增大槽宽，可考虑增加排脂孔靠近沟道的光孔部分的直径，有利于排脂。

变桨轴承排脂孔与注脂孔一般均为间隔分布，排脂孔轴向位置处于沟道中心。

3.3合理选择润滑脂及集中润滑系统设置
3.3.1选择合适的润滑脂
根据变桨轴承的实际工况、润滑脂的稠度及其与密封圈的兼容性等选择合适的润滑脂。

润滑脂使用温度为－40～150℃，应具备抗微动磨损性、极压性、抗水性、防腐性和泵送性良好等性能。

3.3.2选择合适的注脂量及润滑系统控制策略
强制要求变桨轴承最多只能加注70%的填充量，且使用集中润滑系统，不建议采用人工注脂的方式。

考虑到变桨轴承不运行或机组长时间停机状态时集中润滑系统仍按其预设好的固定程序继续注脂，因此需对集中润滑系统的控制策略进行优化，更改注脂控制方式为变桨轴承运行时注脂，不运行时不注脂。

同时参考变桨轴承变桨的角度、速度、时间及累计变桨时间等因素设计控制策略，确定注脂的频率、时间等各项指标。

另外，集中润滑系统应根据现场的外界温度进行调整，低温时润滑脂的稠度大，泵送性较差，此时需要提高注脂频率;高温时润滑脂的稠度小，泵送性较好，此时需要降低注脂频率。

针对集中润滑系统的压力泵或输脂管中的空气未完全排空造成漏脂的问题，可以在集中润滑系统安装完成后，与变桨系统进行联合调试，通过实际运行集中润滑系统检验变桨轴承沟道中是否有残存空气并进行充分排除。

3.3.3增加废脂清除系统
废脂清除系统的工作原理为:启动液压泵，压力油通过动力管A驱动废油吸排脂器将轴承内的废油吸入吸排脂器内腔，然后分控箱启动二位四通阀，系统换向，压力油通过动力管B驱动废油吸排脂器将排脂内腔中收集到的废脂通过集废油管集中收集到集油箱。

另外可采用真空袋代替集脂瓶来收集废脂，或者缩短废脂排出管路，增大集脂瓶管口直径等方法来改善废脂不易排出的情况。

结束语
通过改进密封圈，优化沟道底部沟槽结构，改善脂孔尺寸与分布结构，合理选择润滑脂，改善润滑系统控制策略，增加废脂清除系统等措施，基本上可杜绝变桨轴承漏脂问题，从而避免因漏脂造成的风电机组故障停机，提高了变桨轴承使用寿命及风电机组可利用小时数，从而提高了发电量和经济效益。

参考文献
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