風(fēng)電機(jī)組變槳軸承漏脂原因及改進(jìn)措施

羅 敏

（國(guó)電電力湖南新能源開(kāi)發(fā)有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

在“雙碳”背景下，國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組的功率不斷提升，而功率的提升對(duì)風(fēng)機(jī)的子系統(tǒng)提出了更高的要求。變槳系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分，變槳軸承是變槳系統(tǒng)中的核心部件，對(duì)于變槳系統(tǒng)變槳?jiǎng)幼鞯倪B貫性及穩(wěn)定性有重要的影響。由于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致的軸承密封圈老化、潤(rùn)滑脂變質(zhì)，加上變槳軸承的受力不均、潤(rùn)滑方式不當(dāng)?shù)纫蛩貢?huì)導(dǎo)致軸承密封圈處出現(xiàn)漏脂現(xiàn)象。如果不及時(shí)采取相應(yīng)的措施，就會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂減少，出現(xiàn)軸承潤(rùn)滑不良，影響變槳軸承的使用壽命。軸承出現(xiàn)故障后，不僅維修成本高，還有可能引發(fā)變槳系統(tǒng)的其它故障，進(jìn)而影響機(jī)組運(yùn)行。因此，對(duì)風(fēng)電機(jī)組變槳軸承漏脂原因進(jìn)行總結(jié)分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，提高軸承的使用壽命，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行有重要的意義。

1 變槳軸承漏脂現(xiàn)象

變槳軸承是輪轂與葉片的重要連接部件，多采用雙排四點(diǎn)接觸球軸承，具有承載力強(qiáng)、回轉(zhuǎn)阻力小等特點(diǎn)，在兆瓦級(jí)的風(fēng)電機(jī)組中應(yīng)用比較廣泛。由于風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境惡劣，為保證軸承的潤(rùn)滑穩(wěn)定性，軸承密封圈多采用丁腈橡膠密封圈。該密封圈的耐磨性好，采購(gòu)成本低，安裝方便，其內(nèi)外雙唇結(jié)構(gòu)能防止?jié)櫥孤┖屯饨绱罅；覊m等異物進(jìn)入到軸承內(nèi)部，是軸承制造商優(yōu)先選用的密封圈。變槳軸承設(shè)計(jì)有注脂孔和排脂孔，注脂孔和油管連接在一起，用于為軸承填充潤(rùn)滑脂，排脂孔處安裝集脂瓶，用來(lái)收集多余的潤(rùn)滑脂。在實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)轉(zhuǎn)多年的風(fēng)電機(jī)組都存在不同程度的變槳軸承漏脂情況，根據(jù)其泄漏程度不同分為輕微滲脂和嚴(yán)重漏脂兩種。輕微滲脂是大部分被排出的潤(rùn)滑脂都被收集到集脂瓶?jī)?nèi)，在密封圈周邊只有少量的潤(rùn)滑脂，這種情況屬于正?，F(xiàn)象，因?yàn)檩S承內(nèi)部的潤(rùn)滑脂會(huì)隨著軸承的旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)溫升，同時(shí)加上潤(rùn)滑脂本身的侵潤(rùn)性，會(huì)導(dǎo)致密封圈有少量的潤(rùn)滑脂滲出。嚴(yán)重漏脂現(xiàn)象是集脂瓶沒(méi)有收集到或只收集到少量的潤(rùn)滑脂，大部分的潤(rùn)滑脂在密封圈處溢出，這就說(shuō)明密封圈損壞或潤(rùn)滑系統(tǒng)不良等，需要進(jìn)行認(rèn)真排查，并采取相應(yīng)的解決措施。

2 變槳軸承漏脂的主要原因

2.1 密封不良

密封不良的原因主要有密封圈老化磨損，密封圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，密封圈安裝不當(dāng)?shù)萚1]。風(fēng)電機(jī)組變槳軸承通常用的是丁腈橡膠密封圈，該材質(zhì)密封圈的使用壽命一般為6年～8年，但風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境惡劣，密封圈更換不及時(shí)就會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂泄漏。另外，密封圈和密封摩擦面是接觸式密封，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行密封圈會(huì)出現(xiàn)磨損，密封性能下降，出現(xiàn)由于密封圈承壓不足而導(dǎo)致潤(rùn)滑脂泄漏情況。變槳軸承密封圈多為雙唇結(jié)構(gòu)，內(nèi)唇防止?jié)櫥孤獯阶柚雇饨缁覊m、水分等進(jìn)入到軸承內(nèi)部。雖然這種雙唇結(jié)構(gòu)的密封圈應(yīng)用較多，但實(shí)際上這種密封圈的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，防滲漏能力差，變槳軸承運(yùn)行時(shí)的載荷變化及外界因素影響會(huì)導(dǎo)致密封圈變形，出現(xiàn)漏脂。密封圈安裝不當(dāng)主要是相關(guān)人員未按密封圈安裝要求進(jìn)行安裝，導(dǎo)致密封圈出現(xiàn)受力不均，接口黏接不良等，注脂運(yùn)行后易出現(xiàn)翹曲、鼓包等現(xiàn)象，潤(rùn)滑脂在翹曲部位溢出。另外，在葉片安裝過(guò)程中，用到的液壓拉伸器易損壞密封圈，液壓拉伸器用來(lái)給變槳軸承的連接螺栓以及葉片施加壓力。由于連接螺栓和軸承密封圈間的距離較近，拉伸器容易壓到密封圈使其損壞，后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中密封圈的損壞處易出現(xiàn)漏脂。

2.2 軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

變槳軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理主要表現(xiàn)在溝道設(shè)計(jì)不合理以及脂孔分布不合理兩個(gè)方面。變槳軸承的溝道設(shè)計(jì)對(duì)于潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性有重要的影響，也影響密封圈承受的壓力值。正常運(yùn)行工況下，注脂和排廢脂的壓力差要小于密封圈承受的壓力，這樣的話，密封圈就不會(huì)出現(xiàn)漏脂情況。如果變槳軸承的內(nèi)部溝道設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑脂的流動(dòng)阻力加大，可能會(huì)由于內(nèi)部壓力分布不均出現(xiàn)排脂不暢的情況，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂溢出。變槳軸承的注脂孔和排脂孔分布距離要合理，如果距離太短，注脂孔的壓力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致新潤(rùn)滑脂還未充分發(fā)揮潤(rùn)滑作用就被排出，造成潤(rùn)滑脂浪費(fèi)；如果分布距離太長(zhǎng)，加脂過(guò)程中，密封圈受到的局部壓力就會(huì)過(guò)大，從而出現(xiàn)漏脂情況。另外，排脂孔的間距過(guò)大也會(huì)增大排脂阻力，會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)部由于排脂不暢而出現(xiàn)漏脂情況。

2.3 潤(rùn)滑脂選擇及注入量不當(dāng)

變槳軸承潤(rùn)滑脂的選擇要結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)要考慮潤(rùn)滑脂的稠度、防腐蝕性以及抗氧化性等[2]。通常情況下，外部的環(huán)境溫度對(duì)于潤(rùn)滑脂的稠度有較大影響，隨著外界溫度的下降，潤(rùn)滑脂的稠度就會(huì)增加，流動(dòng)性就會(huì)變差。如果潤(rùn)滑脂選擇不當(dāng)，就有可能會(huì)出現(xiàn)稠度增加，甚至出現(xiàn)固化現(xiàn)象，導(dǎo)致排脂孔堵塞，廢脂不能及時(shí)排出，使密封圈出現(xiàn)泄漏情況。變槳軸承在運(yùn)行前需要加注適量的潤(rùn)滑脂，注入量過(guò)少會(huì)導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑不足出現(xiàn)磨損的情況，但注入量過(guò)多可能會(huì)引發(fā)漏脂故障。潤(rùn)滑脂的注入量過(guò)多，軸承溝道內(nèi)部潤(rùn)滑脂大量堆積，不僅會(huì)增加軸承的溫升，還增大其摩擦轉(zhuǎn)矩，在變槳軸承載荷不斷變化的情況下，密封圈會(huì)出現(xiàn)漏脂現(xiàn)象。

2.4 潤(rùn)滑方式設(shè)計(jì)不合理

變槳軸承的潤(rùn)滑方式一般采用人工潤(rùn)滑和集中潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑的方式。人工定期加注潤(rùn)滑脂的方式雖然維護(hù)成本低，但是潤(rùn)滑脂加注量與加注的周期一般根據(jù)軸承供應(yīng)商提供的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)定。由于不同風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行環(huán)境不同，加注量不能滿足軸承的實(shí)際所需。而且人工加注潤(rùn)滑脂，為增加潤(rùn)滑效果，往往加注量比較大，而且注脂量不均勻，加上軸承出廠前已加注的潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致軸承內(nèi)部潤(rùn)滑脂堆積，出現(xiàn)密封圈漏脂情況。集中潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑的方式是自動(dòng)加注潤(rùn)滑脂，比起人工注脂方式，該潤(rùn)滑方式的注脂量比較均勻，可根據(jù)變槳軸承的運(yùn)行工況及時(shí)加注潤(rùn)滑脂。但是在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，集中潤(rùn)滑系統(tǒng)仍按設(shè)定好的程序進(jìn)行注脂，會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)部的潤(rùn)滑脂堆積，同時(shí)軸承溝道內(nèi)的通道壓力增加，注脂壓力也會(huì)相應(yīng)增加，當(dāng)注脂壓力超過(guò)密封圈的密封壓力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致密封圈周邊出現(xiàn)泄漏[3]。在實(shí)際運(yùn)行中，輸脂管中未排空的空氣也會(huì)隨著潤(rùn)滑脂進(jìn)入到軸承內(nèi)部，增加軸承溝道的壓力，導(dǎo)致密封圈被撐開(kāi)，出現(xiàn)漏脂現(xiàn)象。此外，廢潤(rùn)滑脂收集不當(dāng)也容易導(dǎo)致出現(xiàn)漏脂情況。安裝在排脂孔周?chē)募繒?huì)收集排出的廢潤(rùn)滑脂，但隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，廢油脂收集效果不好。目前常用的在軸承密封圈外面安裝環(huán)形收集盒的方式也不能有效地防止?jié)櫥魇?，而且環(huán)形收集盒拆卸和清理起來(lái)比較困難，增加了維護(hù)難度。

3 減少風(fēng)電機(jī)組變槳軸承漏脂的措施

3.1 密封圈的改善措施

變槳軸承密封圈要選擇抗磨損、抗老化的材料。定期檢查密封圈有無(wú)老化、破損、翹曲等情況，及時(shí)更換新的密封圈，在安裝過(guò)程中要嚴(yán)格按照安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，防止出現(xiàn)安裝不當(dāng)導(dǎo)致潤(rùn)滑脂泄漏的情況。目前變槳軸承密封圈采用的雙唇結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，防滲漏能力較差，可將密封圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，改為一道防塵唇、三道封油唇的多唇結(jié)構(gòu)，增加其潤(rùn)滑脂防泄漏能力。防塵唇末端與內(nèi)圈的外圓緊密結(jié)合，既防止外部雜質(zhì)進(jìn)入到軸承內(nèi)部，又防止泄漏的潤(rùn)滑脂繼續(xù)向外泄漏。第一道封油唇前端和軸承內(nèi)圈外圓表面接觸，末端與軸承外圈內(nèi)圓表面接觸，防止?jié)櫥瑥膬?nèi)外圈與封油唇間的縫隙中滲漏。第二、三道封油唇與內(nèi)圈外圓上的密封槽緊密接觸，防止第一道封油唇失效后泄漏的潤(rùn)滑脂繼續(xù)向外泄漏[4]。優(yōu)化改進(jìn)后的密封圈雖然為多唇結(jié)構(gòu)，但加工工藝易于實(shí)現(xiàn)，而且多唇結(jié)構(gòu)密封圈能夠滿足變槳軸承多負(fù)荷狀態(tài)下的密封要求，密封效果好。針對(duì)液壓拉伸器對(duì)密封圈的損壞情況，可與供應(yīng)商溝通后縮小拉伸器的拉伸頭，同時(shí)在機(jī)組葉片現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，要確保拉伸器與密封圈之間留有足夠的安全距離。

3.2 軸承的完善優(yōu)化

軸承的完善優(yōu)化主要從軸承溝道設(shè)計(jì)優(yōu)化和脂孔尺寸優(yōu)化兩個(gè)方面入手。軸承溝道的設(shè)計(jì)影響潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性，通常變槳軸承溝道多為圓弧過(guò)渡，這種溝道設(shè)計(jì)不利于潤(rùn)滑脂的流動(dòng)。某風(fēng)電場(chǎng)采用的變槳軸承的溝道為圓弧過(guò)渡式，經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性不好，與軸承供應(yīng)商溝通后，進(jìn)行軸承溝道優(yōu)化設(shè)計(jì)，在原來(lái)的圓弧過(guò)渡式的基礎(chǔ)上增加了矩形溝槽。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后表明，潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性大大增強(qiáng)，潤(rùn)滑脂可以順利地排出。對(duì)于軸承脂孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在排脂孔優(yōu)化方面。潤(rùn)滑脂是由稠化劑、添加劑以及基礎(chǔ)油組成的，具有一定的粘稠度，只有在足夠外力作用下才會(huì)流動(dòng)，而且流經(jīng)的截面面積越小，排出時(shí)的阻力就會(huì)越大。因此，要適當(dāng)加大排脂孔外側(cè)與集脂瓶相連接的螺紋孔直徑，減少排脂壓力。GB/T29717-2013《滾動(dòng)軸承 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航、變槳軸承》規(guī)定，排脂螺紋孔的規(guī)格為M14mm×1.5mm，可根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際需要，在此基礎(chǔ)上增加排脂螺紋孔直徑[5]。在脂孔分布上，選用注脂孔和排脂孔間隔均勻分布的方式，降低排脂壓力。

3.3 合理選擇潤(rùn)滑脂及注入量

潤(rùn)滑脂的品質(zhì)對(duì)于軸承的運(yùn)行具有重要的作用，變槳軸承的工況具有高載荷、低轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，因此潤(rùn)滑脂的選擇要考慮油脂的添加種類(lèi)、黏度等，同時(shí)還要考慮其防銹性能、穩(wěn)定性、耐磨性、抗水性以及泵送性等，確保其性能良好，使用溫度范圍在-40℃～150℃，能滿足軸承的潤(rùn)滑要求[6]。變槳軸承在不同運(yùn)行環(huán)境下要選擇不同添加劑的潤(rùn)滑脂，通常海上風(fēng)機(jī)要優(yōu)先選擇鈣基脂，因?yàn)槠洳灰兹苡谒?，而在空氣干燥環(huán)境下運(yùn)行的變槳軸承可選擇鈉基脂。變槳軸承潤(rùn)滑脂的注入量要合適，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出，變槳軸承的潤(rùn)滑脂最大注入量占軸承內(nèi)部空間的60%～70%為宜。

3.4 優(yōu)化潤(rùn)滑系統(tǒng)控制方式

對(duì)于變槳軸承潤(rùn)滑方式建議采用集中潤(rùn)滑方式，盡可能減少或不采用人工注脂方式。對(duì)于集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行優(yōu)化，將注脂方式改為軸承運(yùn)行時(shí)注脂，機(jī)組停運(yùn)或長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)不注脂。這樣的話，軸承內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)大量的潤(rùn)滑脂累積，而且在軸承運(yùn)行時(shí)注脂所需要的壓力（0.6×105Pa左右）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于密封圈的密封壓力（2.8×105Pa左右），不易發(fā)生密封圈漏脂情況[7]。對(duì)于注脂的頻率以及注脂量需要，根據(jù)變槳軸承的實(shí)際運(yùn)行狀況（變槳角度、速度等）來(lái)確定。由于外界溫度對(duì)潤(rùn)滑脂的稠度有較大影響，因而機(jī)組維護(hù)人員要根據(jù)外界溫度的變化來(lái)調(diào)整潤(rùn)滑系統(tǒng)，外界溫度低時(shí)，潤(rùn)滑脂比較稠，其泵送性也會(huì)變差，需要提高注脂頻率，確保軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂充足，外界溫度高時(shí)，潤(rùn)滑脂的泵送性好，需要降低注脂頻率。

4 結(jié)束語(yǔ)

在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中，導(dǎo)致變槳軸承漏脂的原因較多，外界環(huán)境影響也是導(dǎo)致其漏脂的主要因素之一。因此，需要加強(qiáng)日常維護(hù)，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際制定科學(xué)的維護(hù)措施，杜絕變槳軸承的嚴(yán)重漏脂現(xiàn)象。