羅 敏

（國電電力湖南新能源開發(fā)有限公司，長沙 410000）

0 引言

在“雙碳”背景下，國內(nèi)風電產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，風電機組的功率不斷提升，而功率的提升對風機的子系統(tǒng)提出了更高的要求。變槳系統(tǒng)是風電機組的重要組成部分，變槳軸承是變槳系統(tǒng)中的核心部件，對于變槳系統(tǒng)變槳動作的連貫性及穩(wěn)定性有重要的影響。由于風電場運行環(huán)境惡劣，長期運行導(dǎo)致的軸承密封圈老化、潤滑脂變質(zhì)，加上變槳軸承的受力不均、潤滑方式不當?shù)纫蛩貢?dǎo)致軸承密封圈處出現(xiàn)漏脂現(xiàn)象。如果不及時采取相應(yīng)的措施，就會導(dǎo)致軸承內(nèi)潤滑脂減少，出現(xiàn)軸承潤滑不良，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，進而影響機組運行。因此，對風電機組變槳軸承漏脂原因進行總結(jié)分析，并提出相應(yīng)的改進措施，提高軸承的使用壽命，對于風電機組安全運行有重要的意義。

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，多采用雙排四點接觸球軸承，具有承載力強、回轉(zhuǎn)阻力小等特點，在兆瓦級的風電機組中應(yīng)用比較廣泛。由于風電機組的運行環(huán)境惡劣，為保證軸承的潤滑穩(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，用于為軸承填充潤滑脂，排脂孔處安裝集脂瓶，用來收集多余的潤滑脂。在實際運行中，運轉(zhuǎn)多年的風電機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重漏脂兩種。輕微滲脂是大部分被排出的潤滑脂都被收集到集脂瓶內(nèi)，在密封圈周邊只有少量的潤滑脂，這種情況屬于正常現(xiàn)象，因為軸承內(nèi)部的潤滑脂會隨著軸承的旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)溫升，同時加上潤滑脂本身的侵潤性，會導(dǎo)致密封圈有少量的潤滑脂滲出。嚴重漏脂現(xiàn)象是集脂瓶沒有收集到或只收集到少量的潤滑脂，大部分的潤滑脂在密封圈處溢出，這就說明密封圈損壞或潤滑系統(tǒng)不良等，需要進行認真排查，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)計不合理，密封圈安裝不當?shù)萚1]。風電機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，但風電機組的運行環(huán)境惡劣，密封圈更換不及時就會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導(dǎo)致潤滑脂泄漏。另外，密封圈和密封摩擦面是接觸式密封，長時間運行密封圈會出現(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?，外唇阻止外界灰塵、水分等進入到軸承內(nèi)部。雖然這種雙唇結(jié)構(gòu)的密封圈應(yīng)用較多，但實際上這種密封圈的結(jié)構(gòu)比較簡單，防滲漏能力差，變槳軸承運行時的載荷變化及外界因素影響會導(dǎo)致密封圈變形，出現(xiàn)漏脂。密封圈安裝不當主要是相關(guān)人員未按密封圈安裝要求進行安裝，導(dǎo)致密封圈出現(xiàn)受力不均，接口黏接不良等，注脂運行后易出現(xiàn)翹曲、鼓包等現(xiàn)象，潤滑脂在翹曲部位溢出。另外，在葉片安裝過程中，用到的液壓拉伸器易損壞密封圈，液壓拉伸器用來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)運行過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)計不合理以及脂孔分布不合理兩個方面。變槳軸承的溝道設(shè)計對于潤滑脂的流動性有重要的影響，也影響密封圈承受的壓力值。正常運行工況下，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，密封圈就不會出現(xiàn)漏脂情況。如果變槳軸承的內(nèi)部溝道設(shè)計不合理，就會導(dǎo)致潤滑脂的流動阻力加大，可能會由于內(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，注脂孔的壓力過大會導(dǎo)致新潤滑脂還未充分發(fā)揮潤滑作用就被排出，造成潤滑脂浪費；如果分布距離太長，加脂過程中，密封圈受到的局部壓力就會過大，從而出現(xiàn)漏脂情況。另外，排脂孔的間距過大也會增大排脂阻力，會導(dǎo)致軸承內(nèi)部由于排脂不暢而出現(xiàn)漏脂情況。

2.3 潤滑脂選擇及注入量不當

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

2.4 潤滑方式設(shè)計不合理

變槳軸承的潤滑方式一般采用人工潤滑和集中潤滑系統(tǒng)潤滑的方式。人工定期加注潤滑脂的方式雖然維護成本低，但是潤滑脂加注量與加注的周期一般根據(jù)軸承供應(yīng)商提供的維護標準來設(shè)定。由于不同風電場的運行環(huán)境不同，加注量不能滿足軸承的實際所需。而且人工加注潤滑脂，為增加潤滑效果，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滑脂，導(dǎo)致軸承內(nèi)部潤滑脂堆積，出現(xiàn)密封圈漏脂情況。集中潤滑系統(tǒng)潤滑的方式是自動加注潤滑脂，比起人工注脂方式，該潤滑方式的注脂量比較均勻，可根據(jù)變槳軸承的運行工況及時加注潤滑脂。但是在機組停機狀態(tài)下，集中潤滑系統(tǒng)仍按設(shè)定好的程序進行注脂，會導(dǎo)致軸承內(nèi)部的潤滑脂堆積，同時軸承溝道內(nèi)的通道壓力增加，注脂壓力也會相應(yīng)增加，當注脂壓力超過密封圈的密封壓力時，就會導(dǎo)致密封圈周邊出現(xiàn)泄漏[3]。在實際運行中，輸脂管中未排空的空氣也會隨著潤滑脂進入到軸承內(nèi)部，增加軸承溝道的壓力，導(dǎo)致密封圈被撐開，出現(xiàn)漏脂現(xiàn)象。此外，廢潤滑脂收集不當也容易導(dǎo)致出現(xiàn)漏脂情況。安裝在排脂孔周圍的集脂瓶會收集排出的廢潤滑脂，但隨著機組運行時間的增加，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В噎h(huán)形收集盒拆卸和清理起來比較困難，增加了維護難度。

3 減少風電機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老化、破損、翹曲等情況，及時更換新的密封圈，在安裝過程中要嚴格按照安裝標準進行，防止出現(xiàn)安裝不當導(dǎo)致潤滑脂泄漏的情況。目前變槳軸承密封圈采用的雙唇結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較簡單，防滲漏能力較差，可將密封圈結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進，改為一道防塵唇、三道封油唇的多唇結(jié)構(gòu)，增加其潤滑脂防泄漏能力。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)進入到軸承內(nèi)部，又防止泄漏的潤滑脂繼續(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滑脂繼續(xù)向外泄漏[4]。優(yōu)化改進后的密封圈雖然為多唇結(jié)構(gòu)，但加工工藝易于實現(xiàn)，而且多唇結(jié)構(gòu)密封圈能夠滿足變槳軸承多負荷狀態(tài)下的密封要求，密封效果好。針對液壓拉伸器對密封圈的損壞情況，可與供應(yīng)商溝通后縮小拉伸器的拉伸頭，同時在機組葉片現(xiàn)場安裝時，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)計優(yōu)化和脂孔尺寸優(yōu)化兩個方面入手。軸承溝道的設(shè)計影響潤滑脂的流動性，通常變槳軸承溝道多為圓弧過渡，這種溝道設(shè)計不利于潤滑脂的流動。某風電場采用的變槳軸承的溝道為圓弧過渡式，經(jīng)過實際驗證后發(fā)現(xiàn)潤滑脂的流動性不好，與軸承供應(yīng)商溝通后，進行軸承溝道優(yōu)化設(shè)計，在原來的圓弧過渡式的基礎(chǔ)上增加了矩形溝槽。經(jīng)過試驗后表明，潤滑脂的流動性大大增強，潤滑脂可以順利地排出。對于軸承脂孔的優(yōu)化設(shè)計，主要體現(xiàn)在排脂孔優(yōu)化方面。潤滑脂是由稠化劑、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流動，而且流經(jīng)的截面面積越小，排出時的阻力就會越大。因此，要適當加大排脂孔外側(cè)與集脂瓶相連接的螺紋孔直徑，減少排脂壓力。GB/T29717-2013《滾動軸承 風力發(fā)電機組偏航、變槳軸承》規(guī)定，排脂螺紋孔的規(guī)格為M14mm×1.5mm，可根據(jù)風電場實際需要，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 合理選擇潤滑脂及注入量

潤滑脂的品質(zhì)對于軸承的運行具有重要的作用，變槳軸承的工況具有高載荷、低轉(zhuǎn)速的特點，因此潤滑脂的選擇要考慮油脂的添加種類、黏度等，同時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℃，能滿足軸承的潤滑要求[6]。變槳軸承在不同運行環(huán)境下要選擇不同添加劑的潤滑脂，通常海上風機要優(yōu)先選擇鈣基脂，因為其不易溶于水，而在空氣干燥環(huán)境下運行的變槳軸承可選擇鈉基脂。變槳軸承潤滑脂的注入量要合適，根據(jù)實際的運行經(jīng)驗得出，變槳軸承的潤滑脂最大注入量占軸承內(nèi)部空間的60%～70%為宜。

3.4 優(yōu)化潤滑系統(tǒng)控制方式

對于變槳軸承潤滑方式建議采用集中潤滑方式，盡可能減少或不采用人工注脂方式。對于集中潤滑系統(tǒng)的控制方式進行優(yōu)化，將注脂方式改為軸承運行時注脂，機組停運或長時間停機時不注脂。這樣的話，軸承內(nèi)部不會出現(xiàn)大量的潤滑脂累積，而且在軸承運行時注脂所需要的壓力（0.6×105Pa左右）遠遠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]。對于注脂的頻率以及注脂量需要，根據(jù)變槳軸承的實際運行狀況（變槳角度、速度等）來確定。由于外界溫度對潤滑脂的稠度有較大影響，因而機組維護人員要根據(jù)外界溫度的變化來調(diào)整潤滑系統(tǒng)，外界溫度低時，潤滑脂比較稠，其泵送性也會變差，需要提高注脂頻率，確保軸承內(nèi)潤滑脂充足，外界溫度高時，潤滑脂的泵送性好，需要降低注脂頻率。

4 結(jié)束語

在風電機組運行中，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，需要加強日常維護，根據(jù)風電場運行實際制定科學的維護措施，杜絕變槳軸承的嚴重漏脂現(xiàn)象。