淺談風電機組主軸軸承橡膠密封

尚慶花 趙海龍

摘 要：主軸軸承是風電機組中的重要組成部分，為使得風電機組性能得到完善，要對主軸軸承進行橡膠密封。在這一過程中，需要對膠料特性對風電機組主軸軸承橡膠密封的影響、設(shè)計參數(shù)對風電機組主軸軸承密封的影響、過盈量大小產(chǎn)生的影響、腰部厚度與腰長影響等相關(guān)內(nèi)容有正確認識。這樣才能盡量避免各類因素的影響，確保風電機組自身的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：風電機組;主軸軸承;橡膠密封

在如今社會快速發(fā)展背景下，我國很多化石燃料、綠色資源以及能源等出現(xiàn)持續(xù)枯竭情況，自然環(huán)境的惡化，使得國家在發(fā)展過程中能夠給予綠色環(huán)保、節(jié)能減排工作等更多的重視與關(guān)注。這也使得綠色環(huán)保能源風電，受到更多人的重視與關(guān)注。在十三五能源規(guī)劃，以及2022年北京冬奧會舉行背景下，風電市場迎來更好發(fā)展。風電可以促使氣候變化問題、空氣污染問題以及能源安全問題等得到更好解決。風電機組在使用過程中，主軸軸承需要承受巨大荷載，而且容易受到自然環(huán)境影響。為避免這一情況出現(xiàn)，會使用橡膠密封，從而將風電機組優(yōu)勢與價值發(fā)揮出來。

1 膠料特性對風電機組主軸軸承橡膠密封的影響分析

在溫度一定與壓力一定情況下，橡膠品種不同，那么流體介質(zhì)的敏感度也存在不同。但無論是使用哪一種類型的橡膠，將其作為夾布油唇唇口材料，被浸入到潤滑脂中時，會受到分子間引力影響，使得橡膠被潤滑脂充滿[1]。在這一過程中，硫化橡膠中存在的不同物質(zhì)會直接從橡膠中析出，比如，防老劑、增塑劑等。如果滲入的油，相較于橡膠內(nèi)部析出油的可溶成分多時，橡膠材料會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。如果滲入的油，相較于橡膠內(nèi)部析出的油少，那么橡膠材料會產(chǎn)生收縮問題。從當前風電機組主軸軸承夾布油封的使用中不難看出，通常情況下會將，Mobil SHC460WT等不同類型油脂作為主要介質(zhì)。并且此類油脂需要長期處于復(fù)雜環(huán)境中，比如，臭氧環(huán)境、多鹽環(huán)境、低溫環(huán)境以及腐蝕環(huán)境等?；诖?，在油封唇口橡膠材料的選擇中，要在最大程度上保證其科學性與合理性，這樣才能延長使用壽命。進口主軸油封瑞士SKF通常情況下選擇的是聚氨酯橡膠、英國選用的是丁腈橡膠、日本選用的為氫化丁腈橡膠，而我國國內(nèi)往往選用的是丁腈橡膠。

2 設(shè)計參數(shù)對風電機組主軸軸承密封的影響分析

從當前我國風電機組的使用中不難看出，大部分風電機組主機廠商的主軸軸承密封，往往選用的是主副唇形式的夾布油封，主軸軸承在工作過程中，可能會產(chǎn)生不同心度，該心度最大為1.5mm，該種油封具備良好的隨動性特點。而隨動性的優(yōu)劣，會受到腰部設(shè)計影響。如果腰部設(shè)計較薄，那么隨性性也相對較好，在此期間，對于主軸軸承能夠產(chǎn)生緊固力，實現(xiàn)對瞬間密封失效的補充。除此之外，油封密封效果還會受到不同因素影響，比如，腰部薄厚影響、腰長影響、主軸軸承避免粗糙程度影響等。對于具體影響，主要從以下幾點進行闡述：

2.1過盈量大小產(chǎn)生的影響分析

過盈量通常情況下主要是指，在自由狀態(tài)之下唇口直徑與軸徑之間存在的差距，該自由狀態(tài)主要是指在未安裝彈簧的狀態(tài)。唇口在無彈簧時的徑向密封力會增大，實現(xiàn)對因為軸偏心形成的相對尺寸差進行補充。在過盈量過小情況下，可能會因為偏心、軸跳動量較大，出現(xiàn)密封力失效情況，一旦出現(xiàn)這一問題，會造成泄漏。如果過盈量較大，唇口與軸會過度相貼，唇軸之間的間隙太小，從而產(chǎn)生干接觸情況。在此背景下，風電機組在運行期間，高溫環(huán)境會出現(xiàn)在唇與軸表面之間，使得唇口老化龜裂速度較快，嚴重情況下會燒壞密封唇，無法將密封效果發(fā)揮出來[2]。因此，對于過盈量的選擇要給予更多重視，避免過盈量過高或者過小情況出現(xiàn)。在實際過盈量大小設(shè)計工作開展中，需要結(jié)合橡膠材料彈性恢復(fù)速度、幾何精度情況展開。一般而言，如果橡膠材料彈性恢復(fù)較快，那么軸承幾何精度相對較差，因此，過盈量在設(shè)計期間可以小一些。唇口過盈量，與軸徑之間成正比關(guān)系。

2.2腰部厚度與腰長影響分析

腰部厚度的影響，主要體現(xiàn)在夾布油封唇口對主軸軸承的跟隨性當中。如果腰部較薄，那么跟隨性較好，但產(chǎn)生的壓力較大，腰部位置容易出現(xiàn)突出變形情況;腰部過厚會造成跟隨性能下降情況，從而引發(fā)泄漏問題。偏心運轉(zhuǎn)過程中，會引發(fā)唇口波動問題出現(xiàn)，使得腰部位置需要承受唇口與軸之間產(chǎn)生的摩擦阻力，摩擦阻力還會造成扭矩變形情況產(chǎn)生?；诖?，在實際唇口與抽接觸狀態(tài)穩(wěn)定性的改善中，不僅是采用增加油封腰部剛性方式，還是采用提升橡膠耐老化能力方式，都可以結(jié)合實際情況，適當增加腰部厚度。油封腰部可以使得油封徑向力得到保障，在實際腰長的設(shè)計中，要結(jié)合徑向力情況展開。

2.3主軸軸承套表面粗糙程度影響分析

油封性能以及油封的使用壽命，會受到風電機組主軸軸承套表面粗糙程度影響。如果風電機組主軸軸承套表面粗糙程度較低，那么油封很容易從密封接觸面之間被擠出，這一情況的出現(xiàn)，會造成油膜變薄情況，或者油膜破裂情況出現(xiàn)，而油封唇口位置會發(fā)熱，嚴重情況下會被燒化[3]。如果風電機組主軸軸承套表面粗糙程度較大，那么軸承在運轉(zhuǎn)過程以及運轉(zhuǎn)完畢后，會刮傷油封唇口，密封面變毛，造成油封唇口磨損速度加快，從而產(chǎn)生泄漏問題?；诖?，為使得油封密封性能得到保障，要將其表面粗糙程度控制在有效范圍內(nèi)。

3 新型結(jié)構(gòu)夾布油封研制分析

從目前國內(nèi)市場發(fā)展中可以看出，在風電機組中的主軸軸承，仍然以單軸承為主，單軸承在實際應(yīng)用中，占據(jù)較大比例。單軸承風電機組在運行期間，相較于雙軸承主軸會產(chǎn)生較大偏心量。如果在這一過程中，受到自然環(huán)境的影響，那么會出現(xiàn)軸向微小傾斜情況、徑向跳動情況等。由于受到不同因素影響，如果單純使用主副唇結(jié)構(gòu)主軸承夾布油封，可能會出現(xiàn)無法更好滿足工況條件情況，嚴重情況下會造成漏脂問題出現(xiàn)?；诖?，為使得此類問題能夠得到更好解決，要加大新型結(jié)構(gòu)夾布油封研制力度，例如，我國鐵嶺五星針對單軸承風電機組，進行一新型結(jié)構(gòu)夾布油封的設(shè)計[4]。該種夾布油封設(shè)計采用的主要為雙主唇結(jié)構(gòu)方式，這樣可以在原本的密封空間中，實現(xiàn)兩個密封條件與密封效果。加之該密封腰部結(jié)構(gòu)較為特殊，因此，具備較強的抗偏心能力、補償軸向竄動能力等。新型結(jié)構(gòu)夾布油封，能夠?qū)崿F(xiàn)對以往主軸軸承發(fā)生的徑向位移情況、軸向位移情況在最大程度上得到彌補，這樣可以達到更好密封效果，從而防止大量漏脂情況產(chǎn)生。

結(jié)束語：

綜上所述，針對風電機組主軸軸承橡膠密封問題，需要相關(guān)工作人員能夠明確不同影響因素的具體影響情況，包括腰部厚度與腰長影響、主軸軸承套表面粗糙程度影響等。針對影響因素給出相應(yīng)調(diào)整措施，這樣能夠避免各類問題的出現(xiàn)。實現(xiàn)風電機組的安全穩(wěn)定運行，促使風電機組在節(jié)約更多能源、保護環(huán)境中將自身優(yōu)勢與價值發(fā)揮出來。在這一過程中，還要做好新型結(jié)構(gòu)夾布油封研制工作，促使主軸軸承橡膠密封能夠滿足相應(yīng)需求，實現(xiàn)風電機組自身的安全穩(wěn)定運行，為節(jié)約能源、推動社會更好發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]姜宏偉.過盈配合下風電機組主軸軸承壽命研究[J].重型機械，2021（01）：73-76.

[2]李達，姜宏偉，寧文鋼，王岳峰.風電機組調(diào)心滾子主軸軸承匹配設(shè)計技術(shù)研究[J].機械管理開發(fā)，2020，35（10）：1-3.

[3]梁培沛，肖劍.風電機組軸承磨損的油液監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2020（05）：37-40.

[4]凌永志，魯納納，孫啟濤，銀磊.風電機組主軸軸承故障的分析與預(yù)測[J].風能，2020（04）：74-78.

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