風力發電機組滲漏油原因分析及解決方案研究

李學文

摘要：

近年來隨著風電的不斷發展，風電場安裝的風力發電機組類型和數量也不斷增加。有關風電機組的安全運行問題越來越多，尤其是風電機組漏油問題，一直得不到徹底解決。潤滑油泄漏后不但會使風電機組的齒輪箱損壞而且對機組和環境會造成嚴重的污染，其他油脂的泄漏同樣對機組會造成嚴重的危害，輕則損壞設備部件，重則引起火災等。本文從風電機組的各個部位分析討論一下滲漏油的主要原因和預防及處理方法。我國高度重視可再生能源開發利用 ，風力發電作為可再生能源中最具有經濟開發價值的清潔能源，是我國能源發展戰略和調整電力結構的重要措施之一。2013年底全國風電累計裝機達9174.46萬千瓦，風電上網電量將達到1371億kW·h。風力發電機組一旦發生火災，可能會面臨設備的損壞和因電力供應中斷而產生的巨大經濟損失。

關鍵詞：齒輪箱； 液壓系統； 漏油； 密封圈

1.齒輪箱滲漏油原因分析及處理方法

1.1 .風電機組所使用的的齒輪箱結構類型大同小異，但滲漏油的部位一般是齒輪箱高低速軸、齒輪箱蓋、齒輪潤滑油管、箱體結合部位這幾個部位。先來分析一下高低速軸滲漏油的原因，一般風電機組齒輪箱高低速軸密封多使用接觸式和非接觸式兩種密封形式。接觸式密封，密封材料應能適應長期浸泡在潤滑油中和劇烈摩擦的工作條件， 如氟橡膠制作的密封件，但是， 這種材料在不同的環境下其使用壽命也大不相同，尤其是在高海拔、沙塵和極端溫差變化的地方，這種密封一般兩三年就會老化損壞，且跟裝配工藝有很大關系，目前風電機組齒輪箱已很少用到這種密封方式，多都采用非接觸式密封中的迷宮密封，迷宮密封是靠迷宮槽之間的微小間隙， 給泄漏的潤滑油造成阻尼，通過多級迷宮槽逐步減小泄漏油的壓力。當泄漏油的壓力減小到小于大氣壓力時， 潤滑油則被外部大氣壓回齒輪箱。當潤滑油中的雜質顆粒過多對迷宮槽造成磨損后，間隙過大無發對泄漏的潤滑油造成阻尼時或外部粉塵進入迷宮槽潤滑油就會流出齒輪箱造成泄漏。

預防及處理方法：一定期對油品做油樣檢測，如雜質含量超標及時更換潤滑油。二定期對高低速軸端部的防塵圈進行檢查，如有老化或破損應及時更換。

1.2. 觀察孔蓋處滲漏油，多屬蓋板面與齒輪箱面結合密封措施不當或材料等原因造成，也有因齒輪箱鑄件存在缺陷引起滲漏的現象，修復該部位一般先觀察蓋板漏油情況，可以幫助初步判斷漏油位置，作好記錄在打開觀察口進行問題排查。觀察口蓋有防滲漏墊、密封膠圈或密封膠，如果膠墊有缺陷，密封膠圈有損壞或規格有誤，齒輪箱體結合面加工精度不足，密封不嚴，密封膠操作不當，未做到全封閉，或密封膠本身質量不好，都會造成觀察口滲漏油。齒輪箱鑄件存在缺陷，一般多會造成觀察口局部滲漏。

預防及處理方法：觀察孔是經常要拆裝的部位，打開觀察孔是避免硬物劃傷或砸傷觀察孔蓋板和接觸面。觀察口蓋密封不嚴。可考慮使用硅橡膠平面密封劑解決密封問題，該種材料使用方便，不受異形結構影響，耐油性、耐溫性、耐候性、都有很好表現。可使用1596或1587 硅橡膠平面密封劑進行密封，在清理干凈蓋版面與齒輪箱觀察孔結合面后，將硅膠擠在該板面或齒輪箱觀察孔一面。注意硅膠條線不要有斷點，施膠后平放蓋板時將螺栓孔對正（或銷釘定位）后落下，緊固螺栓。

1.3. 油路分配器各管接頭滲漏油，油路分配器由油路集成塊（也稱油排）、絲堵及多組鎖母擴口式接頭與油管組成，接口較多，裝配不慎，容易造成滲漏，鎖母擴口式接頭一端通過絲扣與油路集成塊連接，另一端通過鎖母擴口與油管圓錐面形成脹管配合以保證密封。

預防及處理方法：在拆卸安裝油管接頭時盡量將管接頭對正，不要強行拉拽油管，以防止接頭處受傷或變形。處理方法照圖3 用1755EF清洗劑清洗螺栓及螺栓孔。對于①、②點的滲漏，檢查脹管擠壓不好的可重新制作，再裝時油管前端部位①和螺紋接口②纏繞生料帶，緊固后可以解決①、②部位的滲漏。對于③處滲漏，可選擇厭氧型螺紋鎖固密封劑1243 均勻涂敷在管內接頭上，管口讓出1～2 扣，涂膠3～5 扣后進行組裝，絲堵部位滲漏油可同樣處理。

1.4.箱體結合部位滲漏油，大多是結合面的加工光潔度不高，殼體螺栓緊固力不均勻以及殼體翹曲變形是結合面漏油的主要原因。 由于風電機組的齒輪箱都是安裝在高空，并且在運行的工況比較復雜，發生滲漏后難以徹底處理，如果吊至地面維修成本較昂貴。

1.5. 風力發電機組成

1.5.1.風輪。大型風力發電機為保證發電的強度以及效率，一般來說，都是要由水平軸、垂直軸和擴散體三個部分組成。風輪葉片通常是三片，葉片材料主要是增強型樹脂玻璃纖維、增強型聚酯玻璃纖維和碳纖維，表面涂層為淺灰色以防光反射。風輪的運行是全自動的。風速達到切人風速3—4m/s時，風輪起動。發電機通過控制器軟切換并網。

1.5.2.齒輪箱。齒輪箱是驅動發電機的主要裝置，現階段我國風力發電機主要采用直接驅動齒輪箱的裝置進行發電。多級齒輪箱的第一級是結構緊湊且堅固的高轉矩行星齒輪，第二和第三級為旋轉級。齒輪箱內的冷卻油與發電機冷卻系統的熱交換器相連。系統監控油溫以確保冷卻油保持恒定或最佳溫度值。

1.5.3.發電機。發電機。當前，隨著發電機的不斷改進，相應的發電機種同樣在不斷的更新中。其使用的壽命比傳統的發電機更加長久，性能趨于多樣化。對于絕緣層的使用采用了當今先進的技術，安裝在塔底的發電機空氣上的流通更加順暢。

1.5.4.偏航系統。偏航系統。操作的流程中，要注意發電機的驅動作用，將其風輪的正確安裝位置進行考察。在較大的電力的驅動下，使得偏航齒輪的負荷保持平衡。偏航制動由六個液壓制動器控制的大盤制動，且每一個偏航齒輪獨立制動，整個系統保證偏航控制平滑。偏航系統有兩個獨立的風向標檢測風速并送達主計算機，保證風能最佳利用且驅動鏈應力最小。

1.5.5.雷電保護。為了應對雷電天氣，保護風力發電機，一般來說，其裝置一定要具備圓錐形和梯形柵格兩種。塔架基礎采用地下鋼筋混凝土結構。隨著塔身高度增加，風輪葉片遭受雷擊的概率也大副增加，設計防雷系統是相當必要的。

1.5.6.控制器。大型風力發電機為調整通風流量，一般來說，必須要使用可以逆變控制器。包括源濾波和無功補償。信號處理通常包括兩個獨立的計算機或高速數字信號處理芯片。主機保存在地面控制室的開關柜內，從機保存在機艙內。風力發電機完全使遠程監控實現，從遠程計算機可獲取所有風輪數據。

2.液壓系統滲漏油原因分析及處理方法

液壓系統的滲漏會照成液壓系統容積效率下降和液壓能的損失，總的效率降低或者達不到要求的工作壓力。損失的液壓能轉換成為熱能，是液壓油溫度升高，影響設備的工作精度和性能。其系統滲漏油一般出現于接頭處、管路和缸、泵等處。

2.1.液壓系統的滲漏的原因分析

2.1.1.接頭處滲漏油

液壓設備系統的各個液壓元件之間均有油管路通過接頭來完成整個的系統連通，接頭成為最容易出現滲漏油的地方。一是安裝不當引起滲漏油。該液壓設備金屬管路的連接多采用球頭連接，球頭密封考內、外圓錐度氣密封作用，球頭連接一般不會滲漏油，原因是管路安裝時方向不正或受力過大造成咬死，造成接頭磨損。二是加工超差引起滲漏油。管路和閥體一般采用端面密封，閥門與管接頭間靠O型密封圈密封，這種密封性能很好。隨著溫度的升高達到60℃時，當安放密封圈槽的深度加工太大，端面與密封圈壓縮率太小，當溫度下降時；安放在密封圈槽的數獨較小會把O型密封圈壓縮變形，加快磨損或扭曲破壞，同意導致漏油。三是沖擊和振動引起滲漏油，風電的液壓系統工作的環境較為惡劣，沖擊和振動頻繁，容易引起接頭松動，造成滲漏油，尤其是與液壓泵連接的金屬管路接頭，因沖擊和振動大，出現滲漏油甚至接頭磨損的情況比較頻繁。

2.1.2.管路彎曲不良。管路安裝時因按照規定的彎曲半徑，否則產生不同的彎曲內應力，在液壓油的作用下逐漸產生滲漏。硬管路彎曲半徑過小，導致管路外側壁變薄，內側管壁存在皺紋，使管彎曲處內應力很大，強度大大減弱，在強振動或壓力沖擊時，管路易產生橫行裂紋而漏油。管路疲勞破壞或老化，當系統工作時管路要承受較高的壓力，再加上壓力不穩產生的交變力，風電機組振動產生的振動應力，裝配應力等作用下，使管路在材料缺陷處、腐蝕點或損傷處產生應力集中的現象。造成疲勞破壞斷裂而滲油。對于橡膠軟管會從高溫、高壓、彎曲、扭曲嚴重的地方老化，變脆和龜裂，最后油管爆裂；管內外污染，管內液壓油收到污染，會使油管收到磨損和腐蝕，加速油管破裂。含有固體污染物的液壓油類似研磨工藝的研磨劑，使管內壁受到沖擊而削落。

2.1.3.缸、泵的液壓元件滲油。設計缺陷導致滲油；裝配不當導致漏油；密封件的磨損或老化，液壓系統的運動主要是液壓油缸，泵，電磁閥與運動之間的長時間摩擦，會使密封件造成磨損。特別是污染的油液，會使密封件加大磨損而造成漏油。

2.2.預防及處理方法：正確選用和裝配密封件。密封件選用不當，會造成液壓油的泄漏。密封件的質量差， 那么其耐壓能力就低，使用壽命短，同時密封性能差，密封件使用不久就會產生泄漏。密封件裝配不當，也會導致泄漏的發生。正確地安裝密封件，是預防漏油的重要措施之一。安裝O 形圈時，不要將其拉到永久變形的位置， 也不要邊滾動邊套裝， 否則可能因密封圈扭曲而造成漏油。安裝Y 形和V 形密封圈時， 要注意安裝方向，避免因裝反而漏油。對Y 形密封圈而言，其唇邊應對著有壓力的油腔；此外，對Y 形密封圈還要注意區分是軸用還是孔用，不要裝錯。V 形密封圈由形狀不同的支承環、密封環和壓環組成，當壓環壓緊密封環時，支承環可使密封環產生變形而起密封作用， 安裝時應將密封環開口面向壓力油腔； 調整壓環時，應以不漏油為限，不可壓得過緊，以防密封阻力過大。密封裝置如與滑動表面配合， 裝配時應涂以適量的液壓油。拆卸后的O 形密封圈和防塵圈應全部更新。另外，保證密封溝槽的尺寸和加工精度，也是防止液壓油泄漏的措施之一。

活塞桿或密封導向套的磨損及解決方法。活塞桿的損壞或密封導向套的損壞是導致桿密封失效的兩個最常見的原因。通常情況下， 這種損壞是由于負載運動方向與液壓缸不同軸造成的。液壓缸在負載作用下做直線往復運動的液壓機構， 如果活塞桿和密封導向套互相偏心， 就會對導向套形成側向負載， 導致導向套表面的過度磨損， 進而損壞密封并產生泄漏。此外， 對于行程較長， 活塞桿直徑過小的液壓缸，由于剛性不足， 在推力的作用下， 活塞桿易發生撓曲而造成導向套承受側向力。液壓缸活塞桿直徑及其行程決定了它工作的最大容許推力， 因此在使用長行程液壓缸時， 應注意選擇足夠大的活塞桿直徑， 并在活塞桿上加止動管和液壓缸中間加支承以保證必要的抗彎強度， 減小側向力。

解決密封導向套和密封件單邊磨損的方法。首先要保證活塞桿的直線度， 加工時注意活塞桿與活塞的同軸度以及密封溝槽的加工尺寸； 其次在安裝時要避免液壓缸軸心線與負載運動方向的偏離。在某些應用場合， 使用聯軸器、關節軸承或桿端浮動法蘭可以起到一定的補償作用， 但是， 這類安裝方式導致活塞桿與負載之間連接的緊定性喪失， 通常要求更大的活塞桿直徑或者活塞桿上加止動管來補償。此外， 密封導向套的材料也決定它所能承受的負載， 硬度較高的材料承載能力較強， 但對活塞桿的損壞也比硬度低的材料要大。因此， 在零件加工時， 盡可能的采用先進的工藝方法以保證各個零件的同軸度要求； 而且， 在液壓缸的裝配時， 也應盡量保證缸筒與導向套， 導向套與活塞桿的同心， 防止密封件的偏磨。這對防止液壓缸的泄漏是非常有效的， 也是非常必要的。在液壓缸實際加工過程中， 由于機床精度， 零件加工裝夾定位， 分工序加工等的影響， 導向套與活塞上密封溝槽和螺紋的同軸度很難保證， 致使液壓油缸在裝配時， 缸筒、導向套、活塞桿及活塞也很難保證同心。偏心會導致密封元件的偏磨， 使密封件的密封效果急劇下降而失效， 致使通過間隙泄漏的泄漏量增大。

油管及管接頭在使用中經常會出現漏油現象. 不同類型的管路在不同的使用狀況下發生泄漏的原因也是不同的，液壓管上常用的接頭， 在工作過程中， 由于球面磨損密封不嚴， 出現漏油，一般維修處理中使用密封膠的效果不是很好，而且容易將固化的膠粒掉進油管內造成油路堵塞，有效的方法，第一，若接頭錐面無明顯損傷，這時的應急辦法是， 在高壓油管錐面配合處墊一段長l一2 毫米，直徑約為5 毫米的塑料管， 或墊一小片直徑略大于油管內徑的紫銅墊片，擰緊螺母即可。第二，先加工一個外徑略小于螺紋內徑，內孔等于接頭孔徑厚約0.5一1mm 的扁平紫銅墊圈， 經退火處理后將它放在接頭上，取一直徑略小于或等于}接頭螺紋內徑的鋼球放在紫銅墊圈上，再用手錘輕輕敲幾下即可成球形紫銅墊。將其放在兩接頭之間，再用板手擰緊，即可防止泄漏。

液壓油的污染，液壓油在不同的環境中使用，受到的污染會有所不同，定期的對液壓油進行檢測，及時了解液壓油的污染程度，和性能指數。做到及時更換濾芯或不好的液壓油，盡量減少各密封部位和各部件因油液中的顆粒造成無法修復的磨損。在跟換液壓油時因注意沖洗出油泵、油管和油缸內的舊液壓油，防止新舊液壓油的混用加速新液壓油的變質。

控制液壓系統內油液溫度，防止密封件老化、變質。所以在系統中要盡可能的采取措施，降低工作溫度。

3.葉根和其他部位潤滑泄漏原因分析及處理方法

在風電機組中，一般低速潤滑的部位使用都是唇式密封或O型密封圈，但他們都屬于橡膠密封圈的一類，橡膠由于其彈性大而可以在較大的公差范圍內仍能保持密封不漏， 且制造容易。當采用不同的橡膠品種，配方設計， 混煉的硫化工藝時， 可制得各種性能的制品而分別滿足于不同溫度、不同化學物質的腐蝕和溶解、溶脹等要求。但橡膠密封圈的缺點是摩擦系數比較大， 彈簧向前推進時阻力較大， 在高溫時易產生粘著或老化，所以在使用過程中易損壞。損壞原因有：第一，密封面之間的間隙過大。在有相對移動的密封面之間都留有一定的間隙S。工作中， 橡膠密封圈在油壓或氣壓作用下， 有一部分被擠入間隙， 被擠入間隙的橡膠圈， 在拉伸和剪切作用下， 其表面容易產生切割作用。當工作壓力一定時， 密封面之間的間隙S越大， 橡膠密封圈被擠入的部分就越多， 承受的剪力就越大， 也就越容易被“撕裂” 。第二，工作壓力過大或壓力脈動加劇。工作壓力過大， 將使橡膠密封擠入的更多， 從而加劇了對橡膠圈的磨削和切割作用. 壓力脈動的加劇， 將使橡膠圈被切割的頻率增加， 因而容易損壞橡膠密封圈。第三，工作溫度過高或過低。工作溫度過高橡皮變軟， 彈性變差， 不僅使密封圈與密封面之間的接觸壓力減小， 密封性變差， 而且又因其強度下降易于變形， 而容易發生損壞。更何況溫度升高會大大加速橡膠圈的老化過程， 使它的彈性及強度又進一步下降， 更容易出現橡膠密封圈破裂現象。工作溫度過低， 橡膠變硬發脆， 在外力作用下容易產生裂紋， 尤其在剪力作用下易出現掉塊現象， 導致破裂.第四，密封面不光滑。密封面的光潔程度對橡膠密封圈的影響很大。密封面越粗糙， 橡膠圈磨損就越快， 密封面不光滑的原因除工作質量問題外， 主要是系統內部不清潔， 含有水份和雜質而使密封面劃份或腐蝕等。第五，材質、尺寸不合要求。橡膠密封圈的材料不同， 其特性也不盡相同， 如有的怕熱、有的怕油、有的怕冷等， 如果在使用時互相混用， 就會使橡膠圈因處于不利的環境中工作而提前損破。橡膠密封圈的大小也符合一定的標準， 過大， 會使其摩擦力額外增大而易于損壞； 過小， 會使密封性差。橡膠制品本身存放過程中， 就很容易在氧氣、日光中的紫外線以及高溫等因素的作用下， 產生老化、變質、使其彈性和強度顯著下降。如果裝用了已經老化的橡膠密封圈， 則勢必會引起橡膠圈破裂。

預防及處理方法：目前最有效的預防方法就是減小油倉內的壓力從而減小密封圈所受的壓力，一般葉根部位的唇式密封圈，在給葉根軸承加注潤滑脂時，將葉根的排油口全部打開，一邊變槳，一邊緩慢的將油脂注入葉根的潤滑槽。注完油脂后，不要急于蓋上排油口，繼續讓變槳動作，讓盡可能多的葉根軸承內的舊油排除，以減小新舊油對密封圈的沖壓。其他加注潤滑脂的部位也一樣，加注前一定要先打開排油或排氣孔，加注完成后繼續讓設備運轉一段時間后在蓋好排油排氣孔。如若像偏航減速器或其他一些需加注潤滑油液的部位，一般這些部位都安裝有透氣塞在每次加注完潤滑油液或點檢、維護后都要對透氣塞檢查，看是否有堵塞現象。防止透氣孔堵塞，使油倉內的壓力大于油倉外的氣壓，造成密封圈受壓損壞。

4. 結束語

風電機組滲漏油會造成相關系統效率下降或達不到工作的要求，影響設備的壽命和安全穩定運行，此文章針對使用維護過程中的滲漏油問題，著重從安裝，減少泄露環節、嚴格控制裝配過程的密封方式的正確實施、正確使用設備定期維護等方面作出了相應的解決措施；大大減少了風電機組的滲漏油問題 ，受到了良好的效果。

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