径向密封结构的风电机组主轴承密封应用浅析.docx

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1、摘要：针对双馈式风电机组主轴承密封泄漏污染机舱环境，浪费润滑脂,甚至导致轴承污染失效，从而影响风电机组的运行与维护。本文介绍了新型主轴承密封的结构与工作原理，分析了轴向窜动和径向跳动对润滑脂泄漏情况改善，提出主轴承的实用性密封解决方案，改善润滑脂渗漏不良，提高风电机组的运行稳定性，避免机舱污染。关键词：风力发电机组，主轴承密封，失效，润滑脂泄漏。引言风力发电机组主轴承是传动系统的关键支撑部件，其稳定运行直接影响风电机组正常运行。作为主轴密封起到隔绝外部环境与轴承内环境的作用，其对防止轴承污染失效具有决定性作用。目前，风电机组设计寿命一般为20年，主轴橡胶密封理论寿命为5年，由于其使用工况恶劣，

2、一般2到5年均有不同程度的破损，主轴密封的维护与更换是风场必须面对的问题，其对轴承的寿命作用不能轻视。针对主轴密封介质-润滑脂的粘度大、温度高和线速度波动大及其低PV值的运行工况，选择新型径向密封结构，具有良好的密封径向磨损补偿、轴向随动与长寿命的特性，避免密封性能失效导致渗漏不良，保证轴承运行所需润滑脂，达到杜绝润滑脂非正常渗漏，方便快捷的更换方式提高了风电机组维护效率降，低运维成本。针对主轴密封性能改善，广州机械研究院有限公司研发了基于双V型密封的解决方案，在线对密封进行改造升级；吉林龙源风力发电有限公司采用带有弹簧圈、密封唇和防尘唇的油封密封圈解决方案，有效改善密封性能抑制了润滑脂渗漏；

3、浙江运达风电有限公司采用具有防尘功能的双唇主轴密封进行主轴润滑脂泄漏改造，通过提高密封能力获得了一定密封性能改善效果；舍弗勒公司开发了基于密封间隙变化的多参数优化主轴密封，在功能、寿命与经济性上取得了突破性进展，极大的改善了密封的可靠性。关于主轴密封研究及其应用均主要集中在提高密封压力上，对轴承的润滑效果与润滑脂量的平衡，方便更换等的密封结构研究较少。针对此情况，提出一种有效保证轴承润滑需求的新型主轴密封。一、密封原理现在风电机组上通用的主轴密封形式较多，以迷宫密封为主密封V型密封为辅助密封的组合密封结构最为普遍。其工作原理为通过主轴承非接触迷宫密封做主密封，阻止轴承润滑脂的泄漏达到密封作用，

4、V型密封作为辅助密封，防止外界污染进入主密封，达到密封作用。该密封结构为轴向密封，其特点是非接触主密封具有永不磨损寿命长、对轴向窜动敏感、对径向跳动不敏感的特点。主轴承密封简图二、密封失效的原因风电机组主轴密封运行过程中，当风电机组主轴带动主轴定位套旋转时,主轴在外力作用下会向发电机方向发生轴向窜动，导致主轴承靠近机舱部位的主密封动环与静环轴向间隙减小，密封性能提升；辅助密封唇口与主轴轴承端盖之间的压缩量增大，摩擦力增大，密封性能也得到提升，密封唇口磨损增加，密封寿命减少。靠近齿轮箱侧的主轴密封在轴向窜动的影响下，作为主密封的迷宫密封间隙增大，密封性能下降，润滑脂泄漏量增大；辅助密封在轴向窜动

5、的影响想，密封唇口压缩量减少，密封性能下降，防污性能下降，进一步增大润滑脂泄漏量。在以上两种密封的性能下降影响下，主轴承密封处润滑大量溢出，影响了风电机组的运行与维护。另外，根据安装地点的不同，风力发电机会不同程度地受到臭氧、紫外线、沙粒、灰尘和咸水的侵蚀，并且温度极限差较大，导致其辅助密封寿命缩短，出现泄漏不良出现的从几天到5年不等，进一步增大了计划性维修或预测性维修难度。在以上因素的影响下，主轴密封的污染与不确定性严重影响运维工作的统筹安排。因此，采用新型密封有效根治其润滑脂渗漏成为紧迫任务。三、主轴承密封失效的危害主轴密封失效会导致润滑脂渗漏，直接影响轴承润滑与污染机舱环境等多个风电机组

6、运维要素，不利于风电机组的安全稳定的运行，其危害性必须引起足够的重视。主轴密封的失效首先会导致润滑脂泄漏，流淌到风电机组机舱内，污染环境，甚至造成安全隐患。2011年内蒙古自治区某风场曾经因为主轴密封漏油流到机舱内，导致维护人员摔倒发生人员摔伤安全事故。泄漏的润滑脂不仅导致安全事故，而且难于清理干净，会堆积到机舱各个不易清理的角落，存在极大可能进入电气控制系统，引发电气故障，甚至是火灾。同时，大量的泄漏润滑脂会导致其流向塔筒，污染塔筒内外环境，影响其美观。其次，主轴密封失效会导致大量润滑脂泄漏，润滑脂不能发挥其润滑作用就溢出，造成润滑脂的浪费。另外，润滑脂的的泄漏导致轴承内润滑要素变化，引起主

7、轴承润滑不良，增加主轴承润滑原因的失效几率，影响风电机组的传动部件正常运转，形成为运维费用激增的潜在因素。由于机舱环境狭小，泄漏的润滑脂无法进行机械作业，只能采用人工清理，耗时长劳动强度大，增加了运行维护成本，影响发电量，对风电机组的正常运行产生风场大的影响。主轴密封泄漏四、改善主轴承密封的措施针对主轴受力特点与运行工况的技术特点，其密封必须满足以下两个特点：a对轴向窜动敏感即密封必须是径向密封，密封性能不受轴向窜动量的影响。B材料适应宽温影响，耐紫外线、臭氧、砂砾、灰尘和咸水的侵蚀，安装方便。4.1 新型密封设计根据主轴受力特点与运行要求，将原来的轴向密封变更为径向密封，密封的静止部件借住密

8、封端盖的紧固螺钉与密封端盖固定，与主轴旋转套形成密封组件的径向密封圈密通过密封限位环被定位块用固定螺钉固定，实现整个密封的固定与密封。径向密封圈和密封限位环均为剖分结构封结构，实现不用拆卸主轴零部件，就可以直接安装的设计，使整个密封方便安装，减少安装环节，缩短安装时间，提高改造效率。密封的具体设计结构如下图所示，采用类似于油封的设计，密封唇口增加弹性恢复结构，保持密封唇口与主轴旋转轴套足够的接触面积与摩擦阻力，阻止润滑脂由此溢出。弹性恢复结构径向密封使密封唇口始终保持密封与主轴旋转套保持接触，保证密封性能。为了满足密封对环境情况的要求，密封材料采用氢化丁晴添加新型添加剂的配方，使密封满足防腐、

9、磨损和宽温要求。新型密封结构设计如下图所示：1、径向密封圈2、密封限位环3、静密封圈4、固定螺钉5、定位块4.2 新型密封的应用在某风场东汽15兆瓦风电机组上，进行了新型主轴密封安装。安装操作情况如下：4.2. 1拆除轴承端盖外侧原装VA密封圈清洁密封沟槽、轴承端盖、轴承挡环等打磨密封沟槽（图a）用金属清洗剂和棉布彻底清洁密封沟槽、轴承端盖、轴承挡环及周边部位距径向密封开口处两端约300mm的中间段密封唇与副唇之间涂抹适量润滑脂将密封环从剖分处分开绕轴，按图C所示粘接密封环沟槽底面须有油膜辅胶合钳口干粘黄唇瞬接卡合涂对用粘123助图C4.2.2 安装弹簧：将弹簧绕轴后对接旋紧并移入位于密封环的

10、弹簧槽中。弹簧联接后适度用力拉拽接头，如拉拽脱落，须重新拧紧后用榔头适当用力将接头敲击变形至不会脱落或直接更换备用弹簧。4.2.3 联接支撑环并径向抱紧密封环后固定于端盖上4.2.4将无排油孔的定位块与己联接为一体的密封限位环置于旋转轴上方密封环外圆周上。保证密封限位环内槽圆周上防转凸台对准密封环外圆周上防转凹槽。4.2.5将设有排油孔的定位块与己联接为一体的定位块置于旋转轴下方并与上方密封限位环联接为一体。4.2.6将密封限位环与轴承端盖上的螺栓孔，并保证密封限位环下方排油孔对准集油盒。4.2.7固定成套新型密封于轴承端盖上，拆除辅助定位结构、清洁现场，完成安装（图d）。4.3新型密封的效果2017年10月安装新型密封后，运行到6个月后进行验收时，主轴润滑脂泄漏明显减少，机舱环境污染完全避免，未出现润滑脂泄漏到机舱操作面的情况，达到密封改造的技术要求（图e）。五、结论1、设计了一种新型密封结构，进一步提高主轴密封性能，完全解决了润滑脂泄漏的不良;2、采用组合式密封结构，使密封安装不需对主轴配合结构进行拆装工作，改造操作简单，安装成本低，投入少;3、采用密封采用氢化丁晴橡胶与新型添加剂的材料组合，增强了密封耐候性，降低密封件磨损，提高使用寿命；