風電機組變槳軸承漏脂分析及改進措施（2）

解決措施

1 密封圈

1.1 選擇質(zhì)量可靠的密封圈材料

國內(nèi)密封圈的抗老化、抗磨損等關(guān)鍵性能與國外還有一定差距，當前大多風電機組制造商采用成本較高的進口密封圈材料。

1.2 改善密封圈的結(jié)構(gòu)

目前國內(nèi)大部分變槳軸承密封圈采用類似雙唇的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，結(jié)構(gòu)簡單，防止內(nèi)部漏脂的能力有限，因此在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，將雙唇結(jié)構(gòu)改為多唇結(jié)構(gòu)(圖5) ，同時增加2道直密封唇加強防泄漏效果，其安裝示意圖如圖6所示。

圖4 變槳軸承原密封結(jié)構(gòu)

1—凸臺；2—主密封體；3—防塵唇；4—第3道封油唇；5一第2道封油唇；6—第1道封油唇；7—第1道直密封唇；8—第4道封油唇；9—第2道直密封唇

圖5 新型防泄漏密封圈截面示意圖

圖6 新型防泄漏密封安裝示意圖

第1道封油唇前端與變槳軸承內(nèi)圈的外圓表面緊密接觸，末端與外圈的內(nèi)圓表面緊密接觸，其外側(cè)凸起的弧面有利于抵消變槳軸承內(nèi)部的潤滑脂壓力，可防止?jié)櫥瑥牡?道封油唇與內(nèi)外圈之間的間隙泄漏。

第2道、第3道封油唇外形呈魚尾狀，其與內(nèi)圈外圓表面上的密封槽接觸，兩者之間存在微小的間隙，丁晴橡膠密封圈具有一定的彈性，既能保證變槳軸承正常回轉(zhuǎn)，又能防止從第1道封油唇泄漏的潤滑脂繼續(xù)向外泄漏。

第4道封油唇與外圈的嵌槽接觸，可防止變槳軸承泄漏的潤滑脂繼續(xù)向外泄漏。

防塵唇外形呈魚鰭狀，末端與內(nèi)圈的外圓表面緊密抵靠，其外側(cè)面凸起的弧面不僅保證了防塵唇與內(nèi)圈緊密抵靠，而且利于加工。防塵唇具有雙向防護的特點，既能防止泄漏的潤滑脂繼續(xù)向外部泄漏，又能防止空氣中的灰塵、雜質(zhì)或其他有害物質(zhì)進入到變槳軸承內(nèi)部導致溝道磨損或發(fā)熱卡死，造成風電機組無法正常工作，甚至出現(xiàn)重大事故。

第1道、第2道直密封唇與外圈表面接觸，可防止泄漏的潤滑脂繼續(xù)向外泄漏。

凸臺位于主密封體上，上表面為平面，同時與防塵唇之間預留了安裝工具操作空間，可使用帶滾輪結(jié)構(gòu)的操作工具沿凸臺上表面前后滾壓，將密封圈壓實，從而保證密封圈的密封效果。

新型防泄漏密封圈整體外形呈魚骨形，采用1道防塵唇、4道封油唇、2道直密封唇，可有效杜絕軸承內(nèi)部潤滑脂向外泄漏。

1.3 合理維護并及時更換損壞或老化的密封圈

必須嚴格按規(guī)定的工藝安裝或維護密封圈，避免密封圈安裝不合格或密封圈損壞的情況。對漏脂變槳軸承密封圈進行檢查，如發(fā)現(xiàn)密封圈存在老化、磨損嚴重、破損、翹曲變形等情況，需及時清理漏脂，并按工藝要求更換新密封圈。

1.4 縮小液壓拉伸器拉伸頭尺寸

與液壓拉伸器供應商進行技術(shù)溝通，縮小拉伸頭外形尺寸，避免液壓拉伸器現(xiàn)場作業(yè)時擠壓損壞密封圈；進一步規(guī)范現(xiàn)場安裝工藝，增加一項“液壓拉伸器現(xiàn)場作業(yè)時，檢測拉伸頭與密封圈距離”的工序。

2 改善變槳軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1 溝道底部溝槽

變槳軸承溝道結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅影響潤滑脂在軸承內(nèi)部溝道的流動性，也影響與溝道相連接的一段排脂孔的直徑。潤滑脂的流動性與其流經(jīng)的截面形狀及面積有關(guān)，截面越小，流動性越差。

某供應商設(shè)計的變槳軸承溝道內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7a所示，溝底全部為圓弧過渡，經(jīng)風場實際驗證這種溝道截面形狀不利于潤滑脂在溝底的流動。改進后的溝道截面形狀如圖7b所示，溝底增加了矩形溝槽，從而增加了潤滑脂的流動性。試驗結(jié)果表明，溝道截面形狀改進后潤滑脂可從排脂孔順暢排出，且密封圈無鼓包、漏脂現(xiàn)象。

圖7 某變槳軸承溝道結(jié)構(gòu)

2.2 改善軸承脂孔尺寸與分布結(jié)構(gòu)

GB/T 29717—2013《滾動軸承風力發(fā)電機組偏航、變槳軸承》規(guī)定變槳軸承注脂螺紋孔規(guī)格一般為M10 mm×1 mm，排脂螺紋孔規(guī)格為M14 mm×1.5 mm，當有特殊要求時排脂孔數(shù)量、位置和規(guī)格由軸承制造商與風電機組制造商協(xié)商確定。注脂孔與排脂孔結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 注脂孔和排脂孔結(jié)構(gòu)示意圖

由圖8可知，整個排脂通道為階梯結(jié)構(gòu)，分為軸承外側(cè)與集脂瓶相接的螺紋孔部分和靠近軸承內(nèi)側(cè)與溝道相連接的光孔部分。潤滑脂流經(jīng)的截面面積越小，排出時阻力越大，因此，在軸承結(jié)構(gòu)允許的情況下，適量增加軸承排脂孔外側(cè)連接螺紋孔的直徑和深度，盡量使排脂螺紋孔接近溝道，以減小潤滑脂排出的阻力。排脂孔靠近溝道的光孔部分由于受溝底設(shè)計槽寬限制，一般直徑為9 ~12 mm，若改善軸承溝底結(jié)構(gòu)，增大槽寬，可考慮增加排脂孔靠近溝道的光孔部分的直徑，有利于排脂。

變槳軸承排脂孔與注脂孔一般均為間隔分布，排脂孔軸向位置處于溝道中心。

3 合理選擇潤滑脂及集中潤滑系統(tǒng)設(shè)置

3.1 選擇合適的潤滑脂

根據(jù)變槳軸承的實際工況、潤滑脂的稠度及其與密封圈的兼容性等選擇合適的潤滑脂。潤滑脂使用溫度為-40~150℃，應具備抗微動磨損性、極壓性、抗水性、防腐性和泵送性良好等性能。

3.2 選擇合適的注脂量及潤滑系統(tǒng)控制策略

強制要求變槳軸承最多只能加注70%的填充量，且使用集中潤滑系統(tǒng)，不建議采用人工注脂的方式。

考慮到變槳軸承不運行或機組長時間停機狀態(tài)時集中潤滑系統(tǒng)仍按其預設(shè)好的固定程序繼續(xù)注脂，因此需對集中潤滑系統(tǒng)的控制策略進行優(yōu)化，更改注脂控制方式為變槳軸承運行時注脂(此時所需注脂壓力遠小于密封圈的密封壓力)，不運行時不注脂。同時參考變槳軸承變槳的角度、速度、時間及累計變槳時間等因素設(shè)計控制策略，確定注脂的頻率、時間等各項指標。另外，集中潤滑系統(tǒng)應根據(jù)現(xiàn)場的外界溫度進行調(diào)整，低溫時潤滑脂的稠度大，泵送性較差，此時需要提高注脂頻率；高溫時潤滑脂的稠度小，泵送性較好，此時需要降低注脂頻率。

針對集中潤滑系統(tǒng)的壓力泵或輸脂管中的空氣未完全排空造成漏脂的問題，可以在集中潤滑系統(tǒng)安裝完成后，與變槳系統(tǒng)進行聯(lián)合調(diào)試，通過實際運行集中潤滑系統(tǒng)檢驗變槳軸承溝道中是否有殘存空氣并進行充分排除。

3.3 增加廢脂清除系統(tǒng)

如圖9所示，廢脂清除系統(tǒng)的工作原理為：啟動液壓泵，壓力油通過動力管A驅(qū)動廢油吸排脂器將軸承內(nèi)的廢油吸入吸排脂器內(nèi)腔，然后分控箱啟動二位四通閥，系統(tǒng)換向，壓力油通過動力管B驅(qū)動廢油吸排脂器將排脂內(nèi)腔中收集到的廢脂通過集廢油管集中收集到集油箱。

另外可采用真空袋代替集脂瓶來收集廢脂，或者縮短廢脂排出管路，增大集脂瓶管口直徑等方法來改善廢脂不易排出的情況。