風(fēng)機(jī)變槳、主軸軸承潤滑系統(tǒng)改造

郝家東 皇甫瑋

（華能國際電力股份有限公司河北清潔能源分公司，河北 石家莊 050000）

風(fēng)電機(jī)組變槳潤滑油泵、主次分配器損壞嚴(yán)重、變槳潤滑系統(tǒng)失效或者變槳軸承內(nèi)廢舊油脂無法及時(shí)排出以及軸承內(nèi)腔油脂干涸皂化，會(huì)影響新鮮油脂在滾珠表面建立油膜，并導(dǎo)致軸承滾珠點(diǎn)蝕和保持架損壞。隨著注油量逐年增加，軸承中的廢潤滑油將隨內(nèi)腔壓力的增加而增加。大部分廢潤滑油從密封圈溢出，油封對軸承的密封效果將會(huì)降低，灰塵等雜質(zhì)就會(huì)進(jìn)入變槳軸承內(nèi)，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)點(diǎn)蝕、撕裂等現(xiàn)象[1]，最終損壞軸承。

大多數(shù)機(jī)組主軸軸承密封系統(tǒng)由迷宮密封和“V”形密封圈組成，經(jīng)過幾年的運(yùn)行時(shí)間，注油、溫升、軸向竄動(dòng)等問題就會(huì)造成主軸密封泄露。并且主軸軸承采用的是被動(dòng)廢油收集方式，由于廢油排出的螺桿長且內(nèi)孔較細(xì)，因此廢油排放時(shí)的阻力較大，主軸軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，潤滑油中的基礎(chǔ)稀油容易從油封中排出，黏滯劑則會(huì)留在軸承內(nèi)[2]。隨著溫度升高，基礎(chǔ)稀油被分離，廢油將會(huì)發(fā)生皂化變質(zhì)，從而造成油路堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致新的潤滑油脂難以注入，主軸軸承的使用壽命降低。只有定期吸出廢油，加注新鮮潤滑油，才能延長軸承使用壽命。

1 變槳軸承潤滑系統(tǒng)

1.1 變槳潤滑系統(tǒng)工作原理

變槳潤滑系統(tǒng)原理圖如圖1所示。變槳潤滑系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的潤滑系統(tǒng)，主要應(yīng)用于潤滑風(fēng)力渦輪機(jī)中的變槳系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)是用來控制風(fēng)力渦輪機(jī)槳葉角度的系統(tǒng)，使其能夠根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向的變化來優(yōu)化風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)潤滑泵啟動(dòng)時(shí)，油脂通過潤滑主管路輸送到單線分配器。單線分配器末端的油壓傳感器動(dòng)作，并將信號(hào)反饋，主管路壓力繼續(xù)升高至安全溢流壓力，確保油脂能經(jīng)過單線分配器定量分配到各潤滑點(diǎn)。各潤滑點(diǎn)供油結(jié)束后，潤滑泵停止工作，主管路泄壓，輔助卸荷閥輔助單線分配器泄壓，以定量儲(chǔ)存潤滑脂，系統(tǒng)整個(gè)供油過程結(jié)束并進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

圖1 變槳潤滑系統(tǒng)原理圖

將原來遞進(jìn)式的潤滑系統(tǒng)改為單線式，增加彈簧式潤滑泵、單線式分配器及附屬管路。單線分配器優(yōu)點(diǎn)如下：1）單線分配器采用新型集成式全并聯(lián)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，易于擴(kuò)展，可有效節(jié)約安裝空間。2）采用單點(diǎn)獨(dú)立供油模式，任意支路的故障不影響其他支路的正常運(yùn)行。3）每個(gè)出油口均連接指示桿，可明確指示出單線分配器的運(yùn)行情況。4）可靠性高、片式連接、維修方便且維護(hù)成本低，能夠滿足設(shè)備在各種條件下的潤滑要求[3]。單線分配器由進(jìn)口管道、出口管道、分配室、控制閥和支撐結(jié)構(gòu)組成。進(jìn)口管道負(fù)責(zé)引入流體，出口管道負(fù)責(zé)將流體分配到不同位置或系統(tǒng)。分配室位于進(jìn)口和出口間，通過分配孔控制流體的流量和方向?？刂崎y用于調(diào)節(jié)各出口的流體流量和開關(guān)狀態(tài)，手動(dòng)或自動(dòng)操作的閥門均可。支撐結(jié)構(gòu)用于穩(wěn)定和固定單線分配器的組件，通常是堅(jiān)固的框架或底座。可以根據(jù)具體需求定制單線分配器的結(jié)構(gòu)，以滿足不同的流體分配需求，提高系統(tǒng)的效率和可控性。單線分配器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 單線分配器結(jié)構(gòu)

1.2 變槳廢油收集系統(tǒng)工作原理

變槳廢油收集系統(tǒng)原理圖如圖3所示。采用真空抽取方式，其工作原理分為排油階段和吸油階段。排油階段是液壓泵啟動(dòng)后，動(dòng)力管A加壓，壓力油推動(dòng)階梯活塞，將吸排脂器內(nèi)收集的廢油壓送到吸排脂器自帶的集油瓶中。排油過程結(jié)束后，二位四通閥換向，動(dòng)力管B加壓。壓力油推動(dòng)階梯活塞向反方向移動(dòng)，在吸排脂器內(nèi)形成真空，將軸承內(nèi)的廢舊油脂抽吸到吸排脂器內(nèi)，吸油過程結(jié)束。油壓傳感器動(dòng)作，并將信號(hào)反饋到監(jiān)控器，液壓泵停止工作，監(jiān)控器計(jì)數(shù)加1，系統(tǒng)工作結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

圖3 變槳廢油收集系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)自帶程序，休止時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間可根據(jù)潤滑注脂量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并帶有液位傳感器，具有低液位自動(dòng)報(bào)警功能。同時(shí)吸脂器末端帶有傳感器（油壓信號(hào)報(bào)警），可實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，在風(fēng)機(jī)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，能將廢舊油脂定時(shí)、定量吸出。根據(jù)潤滑的注脂量調(diào)整吸脂量，確保每天的吸脂量與注脂量相等，保證軸承內(nèi)部的油脂處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，從而降低軸承使用率，并提高機(jī)組運(yùn)行可靠性[4]。

2 主軸軸承潤滑系統(tǒng)

2.1 主軸密封系統(tǒng)工作原理

主軸密封系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。密封改造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)先考慮排油、抗壓，還要兼顧防（軸）竄動(dòng)等。針對現(xiàn)有條件，對GJEX型雙剖分徑向密封系統(tǒng)做出適當(dāng)調(diào)整以匹配現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。主軸密封系統(tǒng)主要由密封環(huán)、支承環(huán)、固定輔件和定位塊組成。其中，密封環(huán)提供徑向密封，是整個(gè)密封系統(tǒng)的關(guān)鍵部位；支承環(huán)與密封環(huán)配合連接，固定密封環(huán)；固定輔件借用現(xiàn)有螺栓孔將支承環(huán)固定于設(shè)備端蓋，從而固定好整個(gè)密封系統(tǒng)；定位塊提供安裝過程中的同軸度定位，保證密封系統(tǒng)安裝精準(zhǔn)。

圖4 主軸密封系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

主軸密封系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，密封環(huán)為剖分式徑向密封。密封環(huán)肩部為橡膠夾布材質(zhì)，內(nèi)有剖分式鋼骨架。骨架增強(qiáng)了密封環(huán)整體強(qiáng)度，確保了密封性能，同時(shí)其插銷式設(shè)計(jì)可保證在線安裝時(shí)能夠精準(zhǔn)對接。密封環(huán)肩部外圓凸出部位為配合裝配支承環(huán)而設(shè)計(jì)，均布的定位凹槽配合支承環(huán)內(nèi)圓定位凸臺(tái)，使密封環(huán)與支承環(huán)相對靜止。密封環(huán)剖分面材質(zhì)為純橡膠，與橡膠夾布材質(zhì)相比，具有更好的粘接效果。密封環(huán)副唇比標(biāo)準(zhǔn)形式的夾布油封更靠近主唇，可在一定范圍內(nèi)規(guī)避軸竄帶來的對密封的不利影響。

圖5 主軸密封系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)

支承環(huán)采用六瓣式設(shè)計(jì)，每一瓣支承環(huán)均包括軸向定位凸臺(tái)、定位塊連接孔、輔助固件連接孔以及防轉(zhuǎn)凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)。其中一瓣設(shè)計(jì)有排油槽，安裝時(shí)置于正下方，以保證定向排油。支承環(huán)靠近端蓋一面設(shè)置膠條槽，配合裝配“O”形密封圈，以防止油脂從端面處泄漏。支承環(huán)一端凸出，另一端設(shè)置相應(yīng)的凹槽并預(yù)埋螺母柱。裝配時(shí)六瓣支承環(huán)通過螺桿被連接為一個(gè)整體。

固定輔件可采用鑄件，配合支承環(huán)將整個(gè)密封系統(tǒng)固定于設(shè)備端蓋。根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)固定輔件的結(jié)構(gòu)形式，并相互配合。下端采用螺紋孔，確保與支承環(huán)能可靠連接。上端開通孔，通過連接螺桿固定于設(shè)備端蓋。較大的通孔可起到調(diào)節(jié)密封系統(tǒng)同心度的作用。

定位塊用于確保密封系統(tǒng)與軸之間的同心度。定位塊與支撐環(huán)之間采用錐銷/錐孔過盈配合連接。其中一個(gè)錐銷較短，主要配合定位，以便于安裝完成后拆卸定位塊。

該密封系統(tǒng)基于成熟的GJEX雙剖分徑向密封系統(tǒng)，不同之處在于其固定輔件時(shí)根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)引進(jìn)的，其他功能與結(jié)構(gòu)均與GJEX雙剖分徑向密封系統(tǒng)一致。GJEX雙剖分徑向密封系統(tǒng)提供針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸軸承進(jìn)行密封，外加主動(dòng)式廢油收集裝置，可及時(shí)清除軸承內(nèi)部廢舊油脂，減少軸承故障，減緩軸承損壞的發(fā)展趨勢。

2.2 主軸軸承潤滑系統(tǒng)廢油收集改造

主軸軸承潤滑系統(tǒng)廢油情況如圖6所示。原始主軸軸承采用自由滴落的方式收集磨損后的廢舊油脂，但油脂有較強(qiáng)的附著性，粘附在轉(zhuǎn)軸表面，無法完全滴落到下方的收集盒內(nèi)，并且在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中還會(huì)將沒有及時(shí)滴落的油脂甩出，導(dǎo)致塔筒內(nèi)主軸下方廢油收集盒處污染嚴(yán)重。

圖6 主軸軸承潤滑系統(tǒng)廢油情況

該文在主軸軸承上安裝廢油收集裝置，將原來的被動(dòng)式改為主動(dòng)式。廢油收集裝置主要由換向閥、液壓泵、廢油收集裝置、控制器、壓力傳感器以及管路接頭附件等組成。

在監(jiān)控程序的控制下系統(tǒng)開始工作，液壓泵啟動(dòng)運(yùn)行，吸排油裝置由電磁換向閥和2根動(dòng)力油管交替驅(qū)動(dòng)。當(dāng)一根動(dòng)力油管有來自液壓泵的壓力時(shí)，另一根油管通向油箱進(jìn)行泄壓。油缸的活塞將活塞泵的柱塞推到最左端，使活塞泵內(nèi)的廢油排出，進(jìn)入廢油收集瓶。完成后電磁換向閥反轉(zhuǎn)，左動(dòng)力油管與液壓泵相連，用于產(chǎn)生油壓。右動(dòng)力油管與油箱泄壓缸活塞連接，將活塞泵柱塞壓到最右端?；钊霉ぷ髑粌?nèi)產(chǎn)生負(fù)壓吸力，從而將廢潤滑油脂從軸承內(nèi)吸出。

廢油收集裝置：廢油收集裝置固定在軸承圓周上的廢油排放孔上，由雙作用油缸和柱塞泵組成。雙作用缸活塞的兩端分別與動(dòng)力油管連接。柱塞泵設(shè)有與軸承廢油排放孔連接的吸油口，柱塞泵右端設(shè)有出油單向閥。雙作用缸的活塞與柱塞泵的柱塞鉸接。

控制器：控制器通過程序定時(shí)控制廢油收集系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)2次操作的時(shí)間間隔可調(diào)，休息時(shí)間可調(diào)。它可以通過接收傳感信號(hào)來增加或減少操作次數(shù)。通過LCD界面可了解動(dòng)態(tài)操作，如氣壓、液位和故障碼等，維護(hù)時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)操作。

3 結(jié)語

將被動(dòng)式廢油收集系統(tǒng)改為主動(dòng)式，以達(dá)到節(jié)約成本和風(fēng)資源利用最大化的目標(biāo)。對風(fēng)機(jī)變槳、主軸軸承潤滑及廢油收集系統(tǒng)進(jìn)行改造，可減少軸承故障，減緩軸承損壞的發(fā)展趨勢、減少油污對環(huán)境的污染、降低維修成本、提高設(shè)備可靠性并延長機(jī)組主軸軸承的使用壽命，從而提高公司盈利能力。