風(fēng)力發(fā)電機主軸軸承潤滑方式的改進

陳建民

(中國明陽風(fēng)電集團有限公司 綜合工藝部，廣東 中山 528437)

風(fēng)力發(fā)電機(以下簡稱風(fēng)機)主軸軸承的壽命關(guān)系到整臺風(fēng)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(fēng)機的主軸軸承多采用雙列調(diào)心滾子軸承，其優(yōu)點是對主軸的偏斜具有適應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中軸承采用油潤滑。

采用獨立軸承座的結(jié)構(gòu)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(shè)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(tài)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(jīng)過半年的運轉(zhuǎn)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(chǎn)生污染，軸承運轉(zhuǎn)中產(chǎn)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(chǎn)生極大影響。

2 改進設(shè)計

2.1 潤滑系統(tǒng)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(tǒng)進行改進，采用油潤滑系統(tǒng)，原理如圖1所示。其工作原理為：電動機帶動油泵轉(zhuǎn)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(jīng)過過濾器和阻尼閥被輸送到軸承外圈的潤滑油槽中，并經(jīng)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(huán)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(shè)為1 MPa)的作用是穩(wěn)定潤滑油的壓力，使?jié)櫥偷妮斔推椒€(wěn)(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(wěn)定)。使用壓力表檢測潤滑系統(tǒng)，不僅方便，而且比使用流量儀經(jīng)濟。壓力表開關(guān)用來控制該系統(tǒng)的壓力為0.5～3 MPa(即系統(tǒng)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(tài)可以在中控室監(jiān)控。

1—油箱加熱器；2—油泵；3—壓力表開關(guān)；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(tǒng)的優(yōu)點為：

(1)適時潤滑，保證軸承有充足的潤滑油(此系統(tǒng)為常閉狀態(tài))；(2)能將軸承運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)顆粒(磨耗材料)和熱量及時帶走；(3)環(huán)境溫度范圍廣，可以在-30～50 ℃下正常工作；(4)系統(tǒng)出現(xiàn)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(zhuǎn)速n=1 450 r/min。

流量-壓降特性方程為[3]

(1)

式中：Q為流經(jīng)阻尼閥的流量(該系統(tǒng)中即為油泵的流量)；a為阻尼閥孔面積；Cd為流量系數(shù)，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(shè)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(tǒng)運行狀態(tài)

2.3.1 低溫啟動

低溫(-15 ℃以下)啟動風(fēng)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(fēng)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(guān)動作；當阻尼閥或過濾器堵塞，壓力開關(guān)的壓力升高，壓力升高至3 MPa時壓力開關(guān)動作，油泵電動機停機，同時報警，而風(fēng)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(guān)閉該報警，風(fēng)機將停機，并通知中控臺。

該系統(tǒng)被應(yīng)用在1.65 MW風(fēng)機上運行近一年時間，主軸軸承運轉(zhuǎn)正常，潤滑系統(tǒng)工作正常。雖然該系統(tǒng)運行時間不長，但相似的潤滑方式卻有比較成熟的經(jīng)驗，例如：主軸、主軸軸承與齒輪箱集成結(jié)構(gòu)就是采用一個油潤滑系統(tǒng)進行適時潤滑，是一個成熟的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)有多年風(fēng)場運行經(jīng)驗。

3 結(jié)束語

風(fēng)機主軸軸承的可靠性對風(fēng)機至關(guān)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(yōu)勢，油潤滑能夠解決主軸軸承的潤滑問題。但該系統(tǒng)的不利方面就是增加了成本，并須定期對控制系統(tǒng)進行檢查和維護，以保證系統(tǒng)能夠正常工作。