風力發電機主軸軸承潤滑方式的改進

陳建民

(中國明陽風電集團有限公司 綜合工藝部，廣東 中山 528437)

風力發電機(以下簡稱風機)主軸軸承的壽命關系到整臺風機的壽命，且一旦失效，更換非常困難，并且費用昂貴。目前兆瓦級風機的主軸軸承多采用雙列調心滾子軸承，其優點是對主軸的偏斜具有適應性，不會卡死。主軸軸承的固定方式和潤滑方式有2種：(1)獨立軸承座安裝在機座上，該種結構中軸承采用脂潤滑；(2)主軸、主軸軸承與齒輪箱集成為整體，該種結構中軸承采用油潤滑。

采用獨立軸承座的結構在實際運行中有部分軸承因潤滑不良而過早失效，其主要原因是軸承潤滑方式設計不佳，因此，需對其潤滑方式進行改進。

1 脂潤滑存在的問題

(1)更換潤滑脂、清洗軸承比較困難。

(2)工作溫度變化范圍較大(-30～50 ℃)，低溫狀態下潤滑脂的流動性非常差，軸承中被擠出的潤滑脂將很難再回到滾道中參與潤滑。

(3)排廢脂困難，新的潤滑脂經過半年的運轉即變成廢脂，若不及時將其清除，廢脂將對新加入的潤滑脂產生污染，軸承運轉中產生的磨損物將大大降低潤滑脂的潤滑功能，對軸承的壽命產生極大影響。

2 改進設計

2.1 潤滑系統特點及各部件的選取

針對上述問題，對主軸軸承的潤滑系統進行改進，采用油潤滑系統，原理如圖1所示。其工作原理為：電動機帶動油泵轉動，油泵吸入油箱中的潤滑油并給潤滑油加壓，加壓后的潤滑油經過過濾器和阻尼閥被輸送到軸承外圈的潤滑油槽中，并經潤滑油槽的小孔進入軸承滾道對軸承進行潤滑。未消耗的潤滑油從軸承座端蓋上的回油孔流回油箱循環使用，該回油孔所處位置低于外滾道的滾道面。軸承座端蓋與軸承座之間采用聚氨酯密封膠來密封。阻尼閥(阻尼閥的壓降設為1 MPa)的作用是穩定潤滑油的壓力，使潤滑油的輸送平穩(若沒有阻尼閥，潤滑油從油泵直接到達軸承，潤滑油的供給會因為油泵的工作壓力波動較大而不穩定)。使用壓力表檢測潤滑系統，不僅方便，而且比使用流量儀經濟。壓力表開關用來控制該系統的壓力為0.5～3 MPa(即系統的最高壓力P=3 MPa)，低于0.5 MPa或高于3 MPa將斷電并報警。油泵的工作狀態可以在中控室監控。

1—油箱加熱器；2—油泵；3—壓力表開關；4—過濾器；5—阻尼閥；6—主軸軸承；7—壓力表；8—電動機；9—油位油溫傳感器

該系統的優點為：

(1)適時潤滑，保證軸承有充足的潤滑油(此系統為常閉狀態)；(2)能將軸承運轉過程中產生的雜質顆粒(磨耗材料)和熱量及時帶走；(3)環境溫度范圍廣，可以在-30～50 ℃下正常工作；(4)系統出現故障可自動報警。

油泵選用MARZOCCHI 1PD2ST齒輪泵，排量為p=1.2 mL/r，油泵流量[1]Q=29 mL/s；選用四極電動機，功率為250 W[2]，轉速n=1 450 r/min。

流量-壓降特性方程為[3]

(1)

式中：Q為流經阻尼閥的流量(該系統中即為油泵的流量)；a為阻尼閥孔面積；Cd為流量系數，通常取0.75；ρ為潤滑油的密度，潤滑油選用Shell OomalaHD320[4]，ρ=883 kg/m3；ΔP為阻尼閥壓降，設ΔP=1 MPa。則由(1)式得a=0.812 mm2，阻尼閥孔徑d=1 mm。

2.2 軸承自儲油

圖2 軸承240/530 B.MB安裝后局部剖面圖

2.3 系統運行狀態

2.3.1 低溫啟動

低溫(-15 ℃以下)啟動風機時，由于油溫過低，油泵不能啟動，加熱器啟動，當油溫升達-15 ℃以上時油泵啟動，風機可以正常啟動。

2.3.2 油路高、低壓報警

當回油管路堵塞，油液不能回油箱，使得油箱油位降低，油位開關動作；當阻尼閥或過濾器堵塞，壓力開關的壓力升高，壓力升高至3 MPa時壓力開關動作，油泵電動機停機，同時報警，而風機仍然可以正常工作。

2.3.3 故障停機

當報警過去5天后仍沒有關閉該報警，風機將停機，并通知中控臺。

該系統被應用在1.65 MW風機上運行近一年時間，主軸軸承運轉正常，潤滑系統工作正常。雖然該系統運行時間不長，但相似的潤滑方式卻有比較成熟的經驗，例如：主軸、主軸軸承與齒輪箱集成結構就是采用一個油潤滑系統進行適時潤滑，是一個成熟的結構，已經有多年風場運行經驗。

3 結束語

風機主軸軸承的可靠性對風機至關重要，為了提高主軸軸承的可靠性，軸承的潤滑采用油潤滑比采用脂潤滑有明顯的優勢，油潤滑能夠解決主軸軸承的潤滑問題。但該系統的不利方面就是增加了成本，并須定期對控制系統進行檢查和維護，以保證系統能夠正常工作。