風電轉盤軸承常用密封件的選型與安裝

戴天任，趙雁，蘇兆力，劉攀，吳朝暉

(洛陽軸承研究所有限公司 重大型事業部，河南 洛陽 471039)

近年來伴隨著風電軸承的迅速發展，其制造技術也日趨成熟，但每個單位對風電軸承密封件的選擇與安裝方法各有不同，甚至差異很大。在此，通過總結吸取經驗教訓，探索出一個較為科學實用的密封件選擇與安裝方法，以期提高風電轉盤軸承密封件及軸承的使用壽命。

1 密封件材料

軸承密封件所使用的材料常見的有I-3耐油橡膠、丁腈橡膠和氟橡膠等。其中目前比較常見的是I-3耐油橡膠，其適合常溫和軸承精度要求不高的工況；丁腈橡膠的綜合性能較好，風電行業等對精度要求較高的轉盤軸承密封件常選用此種材料制造；氟橡膠耐油、耐熱且耐化學性能好，但其價格較高，沒有前兩種使用普遍。

風電軸承的工作環境溫度一般為-40～+50 ℃，要求使用壽命20年。因此，風電軸承對密封件材料的要求為：低溫性能好，扯斷強力高，耐磨性好且使用壽命較長[1]。為了了解丁腈橡膠的性能是否適合風電軸承的工況，進行了相應試驗，結果見表1～表3。

從表中試驗數據可以看出[2]，以丁腈橡膠為主要材質的密封件在低溫和高溫兩種情況下，其材質本身的性能變化并不大，表現出較好的穩定性，完全可以滿足風電轉盤軸承的使用環境要求。不過國內風電軸承行業的發展還未達到20年，所以建議風電軸承的密封件5年更換一次。

表1 密封件常規試驗

表2 密封件老化試驗(100 ℃，70 h)

表3 密封件耐臭氧試驗

2 密封件類型及選型

2.1 類型

風電轉盤軸承常用密封件有單唇密封和雙唇密封2種。轉盤軸承使用的單唇密封通常有3個尺寸，主體厚度為3，5和10 mm，而國內風電轉盤軸承多采用厚度為5 mm的單唇密封件。單唇密封件的主體部分設計有均勻分布的多個突起點(圖1)，可以增加其與密封槽之間的摩擦力(圖2)，防止密封件脫出與打滑。雙唇密封件有內唇和外唇，其外唇可以阻擋水分、灰塵及其他有害物質侵入軸承內部，內唇可防止潤滑脂泄漏。密封件上的多個半圓形突起可起到定位作用等，這3個點與密封槽配合形成了一個密封閉合回路(圖3)，從而使密封效果更好且使用更持久可靠。

圖1 厚度為5 mm的單唇密封

圖2 單唇密封件與密封槽的配合

圖3 雙唇密封件與密封槽的配合

2.2 選型

由于風電機組對軸承壽命要求比較長，而且工作環境比較惡劣，大多數位于氣溫較低(-40 ℃左右)、風沙較大的地區，對密封件的密封效果要求較高。而大多數風電廠家還要求保證軸承滾道內的油脂不外溢，所以風電轉盤軸承基本均選用雙唇密封件來滿足主機的使用要求。但是由于偏航軸承多數為單排四點接觸球結構，有時因其外形結構、尺寸無法滿足內、外圈均采用雙唇密封，這時可根據軸承的具體結構和尺寸選擇1個單唇密封+1個雙唇密封，以滿足軸承的使用要求。

3 密封件對摩擦力矩的影響

由于風電機組對軸承啟動摩擦力矩有一定的要求，其啟動摩擦力矩是判定產品是否合格的一個重要指標，所以須嚴格控制。對軸承啟動摩擦力矩有較大影響的3個方面是：初始摩擦扭矩、潤滑脂和密封件。尤其是雙唇密封件對啟動摩擦力矩有較大的影響，表4給出了1.5 kW風機用Φ1 900 mm軸承安裝密封件前、后試驗(轉速1 r/min)的力矩變化對比。

表4 風電軸承安裝密封件前、后的磨擦力矩對比

從表4密封件安裝前、后的磨擦力矩變化對比可知，軸承密封件對風電軸承的啟動摩擦力矩影響較大。所以密封件的好壞及選用對于風電軸承也是一個重要考察指標。

4 安裝方法及注意事項

4.1 安裝

密封件安裝是否得當對軸承的使用及其壽命有著較大的影響。如果安裝方法合理，不僅可以提高工作效率，還能顯著降低勞動強度。下面介紹轉盤軸承密封件比較通用的安裝過程。

(1)首先由設計人員計算軸承所用密封件的長度，并將其標注于圖紙上；裝配人員根據圖示，用剪刀按照計算出的長度剪下對應的密封件，然后用專用的黏合劑將其粘接起來，并確認粘接牢固。

(2)在密封件2個密封唇口之間涂少量潤滑脂，即圖4中內唇處(單唇不需要涂)，并在密封槽選擇8個等分點，將粘接好的密封圈先置入這8個點內，然后從2個相距180°的定位點兩側開始向中間安裝，用膠木棒或氣動錘慢慢將粘接好的密封件完全嵌入密封槽內。

圖4 雙唇密封件安裝示意圖

(3)按順時針或逆時針方向檢驗密封件整圈是否壓實，有無不平整或凸、凹等缺陷。

4.2 注意事項

(1)密封件按所計算的長度剪下后需要將其接頭處修剪平齊，這樣便于接口的粘接，并保證其粘接的牢固性。

(2)使用8等分點的方法安裝密封件是要控制密封件的拉伸和擠壓量，盡量讓其在安裝后保持自然平整的狀態，這樣可以減少密封件在軸承工作中的受力，保證其正常使用壽命。

(3)涂抹少許潤滑脂可以使安裝更加容易，且安裝后必須保證整個密封件壓實、平整，否則容易出現溢脂、漏脂現象。

4.3 其他類型密封件的安裝

除了長條剪裁型的密封件還有一種整體型的密封件。整體型密封件是根據要求的使用長度直接做成密封圈的形式，其具有無接頭、尺寸精確和可以有效避免安裝過程中過量拉伸等優點。整體型密封件安裝方式與長條剪裁型是一樣的，采用8點等分法進行安裝。整體型密封件長度須按需求定制，有一定局限性，而且其造價較高，所以目前國內企業通常不予選用。

5 結束語

密封件對風電軸承的使用性能和壽命起到至關重要的作用，所以根據軸承的結構尺寸、使用場合及工況選擇材料、結構合適的密封件就顯得尤為重要。密封件的正確安裝同樣重要，不但可保證風電軸承的精度和性能，更利于保證風電軸承的正常使用壽命。