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風電機組變槳軸承漏脂分析及改進措施(1)

變槳軸承是風力發電機組的關鍵部件,使用環境惡劣,維修成本高,受力情況比較復雜,并且直接影響整個變槳動作的連貫性、穩定性以及準確度,為保證變槳軸承壽命的可靠性,需要對變槳軸承進行良好的密封及潤滑。隨著風電機組運行時間的增加,變槳軸承的密封圈逐漸老化,潤滑脂逐漸變質,廢脂外排不暢和變槳軸承不完全回轉造成內部壓力不均等均會導致變槳軸承密封圈處出現不同程度的漏脂,若不及時處理可能會造成變槳軸承潤滑不良,從而影響變槳軸承及風電機組的使用壽命。變槳軸承漏脂的原因較多,由于跟蹤觀察及驗證周期長,密封試驗臺難以模擬變槳軸承實際工況等原因,對其研究不夠系統、深入,因此有必要對變槳軸承漏脂的原因進行分析和總結。


變槳軸承漏脂的原因

1  密封不良

1.1  密封圈老化與磨損

變槳軸承大多采用丁晴橡膠密封圈,長時間使用會發生老化,其老化速度與丁腈橡膠中丙烯腈含量、配方含膠率、防老劑以及使用環境等因素有關,一般情況下丁晴橡膠密封圈使用壽命為5~10年。變槳軸承采用接觸式密封,在運行過程中密封圈與密封摩擦面接觸,隨著運行時間的增加,密封圈會逐漸磨損導致密封性能下降和密封圈承壓不足,潤滑脂可能會從密封圈處泄漏。


1.2 密封圈結構設計不合理

變槳軸承一般采用雙唇密封圈,其外唇可阻擋水分、灰塵及其他有害物質侵入軸承內部,內唇可防止漏脂。若密封圈結構設計不合理,安裝后會影響密封效果,并且變槳軸承運行后可能會導致密封圈變形,使密封能力不足或密封失效,潤滑脂容易泄漏。


1.3 密封圈安裝與維護不當

不按照工藝安裝或維護時會導致密封圈受力不均勻,安裝密封圈時接口粘接不良會導致密封圈接口斷裂,后續變槳軸承注脂運行后密封圈容易出現鼓包、翹曲(圖1)和斷裂現象,從而使潤滑脂從密封圈縫隙、翹曲及破損處溢出。

圖1 變槳軸承密封圈翹曲

1.4 密封圈擠壓損壞

風電機組的葉片安裝或維護時需要使用液壓拉伸器對葉片與變槳軸承的連接螺栓施加力矩,連接螺栓與密封圈的距離較近,且液壓拉伸器的拉伸頭外形尺寸較大,拉伸頭易壓到密封圈使密封圈嚴重破損,如圖2所示。變槳軸承后續運行時可能會導致密封圈變形和撕裂,造成潤滑脂大量泄漏。

圖2 變槳軸承密封圈擠壓破損

2 變槳軸承內部結構設計不合理

2.1 溝道結構

變槳軸承溝道設計影響潤滑脂在軸承內部溝槽的流動性。正常情況下,變槳軸承從注脂孔加注潤滑脂,從排脂孔排廢脂需要的壓力差值小于密封圈所能承受的壓力值,同時大于潤滑脂流動的阻力值,則密封圈處不會漏脂。所需的壓力差值與潤滑脂流動的阻力密切相關,阻力小需要的壓力差值就小,阻力大需要的壓力差就大。若變槳軸承內部溝道設計不合理,潤滑脂流動阻力就大,不利于潤滑脂與內部壓力的均勻分布,潤滑脂無法順利進入排脂孔而造成排脂不暢,導致密封圈處潤滑脂溢出。


2.2 脂孔尺寸與分布

變槳軸承的注脂孔和排脂孔合理間隔分,保證軸承能順利注入新脂并排出廢脂。相鄰注脂孔與排脂孔的距離要適中,若距離太短,加脂時注脂孔壓力較大而排脂孔壓力較小,新加的潤滑脂易從排脂孔排出;若距離太長,加脂時密封圈承受的局部壓力較大,易導致漏脂。另外排脂孔截面直徑過小,與排脂孔相連接的集脂瓶口直徑過小,軸承上相鄰兩排脂孔的間距過大,也會增加潤滑脂排出的阻力,造成排脂不暢,使變槳軸承內部壓力過大導致漏脂。


3 潤滑脂選擇不當或潤滑系統設置不合理

3.1 潤滑脂選擇不當

潤滑脂的選擇通常要參考變槳軸承的實際工,同時還需考慮潤滑脂的稠度和添加劑種類等。潤滑脂的稠度與周圍環境溫度密切相關,環境溫度每下降5 ℃,稠度會增加1倍,潤滑脂流動性將會變差,如果潤滑脂的稠度不合適或抗壓性能不足,后續使用易發生固化現象而堵塞脂路系統,導致潤滑脂無法正常排出而從密封圈處泄漏,如圖3所示。

圖3 變槳軸承排脂孔處的固化潤滑脂

3.2  注脂量及集中潤滑系統設置不合理

變槳軸承在運行前需填充一定量的潤滑脂,填充量約為變槳軸承內部空間的60%~80%,一般選擇的填充量約為70%,也有個別變槳軸承供應商為了保證充分潤滑選擇80%的填充量。


國內外風電機組大多采用集中潤滑系統對變槳軸承加注潤滑脂,部分風電機組制造商為進一步降低變槳軸承的維護成本采用人工定期加注潤滑脂。這2種加注潤滑脂的方式均存在不足:人工定期加注潤滑脂的注脂量及注脂周期往往為經驗數據,與變槳軸承實際所需潤滑脂存在較大偏差,注脂量通常情況下會偏多且不均勻,無法保證變槳軸承的潤滑時間,再加上變槳軸承出廠前可能加注了約80%的潤滑脂,極易造成變槳軸承溝道內局部潤滑脂大量堆積;集中潤滑系統采用自動注脂方式,使軸承潤滑更加充分,雖然保證了變槳軸承的潤滑時間和注脂量的均勻性,但在變槳軸承不運行或機組長時間停機狀態下,集中潤滑系統仍按其預設好的固定程序繼續注脂,同樣容易造成變槳軸承溝道內局部潤滑脂大量堆積。


正常情況下變槳軸承密封圈的密封壓力約為2.8x10Pa,變槳軸承靜止不工作時所需注脂壓力約為(2.5~2.8) x10Pa,變槳軸承運行時所需注脂壓力僅為0.6 x10Pa左右。因變槳軸承所采用的潤滑脂本身流動性較差,上述2種注脂方式導致的潤滑脂大量堆積會增大變槳軸承溝道內潤滑脂通道的壓力,從而增加注脂時所需的注脂壓力。當注脂壓力大于變槳軸承密封圈的密封壓力時,潤滑脂會在注脂推力的作用下從變槳軸承密封圈處大量泄漏。


另外,如果集中潤滑系統的壓力泵或輸脂管中的空氣未完全排空,空氣將隨著潤滑脂進人變槳軸承溝道,造成溝道內局部壓力過大,當該壓力大于變槳軸承密封圈的密封壓力時會撐開密封圈,造成嚴重漏脂現象。


3.3 廢脂收集方法不當

目前風電機組變槳軸承廢脂收集普遍采用在軸承圓周上分布的數個廢脂排出小孔分別安裝集脂瓶的方式,加入新脂時,新脂把廢脂從軸承內腔擠壓進廢脂排出小孔,排入集脂瓶,需定期清理。實際上,隨著變槳軸承運行時間的增加,廢脂收集效果不好,容易漏脂。

未完待續

(來源:軸承雜志社)



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