淺談風電機組主軸軸承橡膠密封

尚慶花 趙海龍

摘 要：主軸軸承是風電機組中的重要組成部分，為使得風電機組性能得到完善，要對主軸軸承進行橡膠密封。在這一過程中，需要對膠料特性對風電機組主軸軸承橡膠密封的影響、設計參數對風電機組主軸軸承密封的影響、過盈量大小產生的影響、腰部厚度與腰長影響等相關內容有正確認識。這樣才能盡量避免各類因素的影響，確保風電機組自身的安全穩定運行。

關鍵詞：風電機組;主軸軸承;橡膠密封

在如今社會快速發展背景下，我國很多化石燃料、綠色資源以及能源等出現持續枯竭情況，自然環境的惡化，使得國家在發展過程中能夠給予綠色環保、節能減排工作等更多的重視與關注。這也使得綠色環保能源風電，受到更多人的重視與關注。在十三五能源規劃，以及2022年北京冬奧會舉行背景下，風電市場迎來更好發展。風電可以促使氣候變化問題、空氣污染問題以及能源安全問題等得到更好解決。風電機組在使用過程中，主軸軸承需要承受巨大荷載，而且容易受到自然環境影響。為避免這一情況出現，會使用橡膠密封，從而將風電機組優勢與價值發揮出來。

1 膠料特性對風電機組主軸軸承橡膠密封的影響分析

在溫度一定與壓力一定情況下，橡膠品種不同，那么流體介質的敏感度也存在不同。但無論是使用哪一種類型的橡膠，將其作為夾布油唇唇口材料，被浸入到潤滑脂中時，會受到分子間引力影響，使得橡膠被潤滑脂充滿[1]。在這一過程中，硫化橡膠中存在的不同物質會直接從橡膠中析出，比如，防老劑、增塑劑等。如果滲入的油，相較于橡膠內部析出油的可溶成分多時，橡膠材料會出現膨脹現象。如果滲入的油，相較于橡膠內部析出的油少，那么橡膠材料會產生收縮問題。從當前風電機組主軸軸承夾布油封的使用中不難看出，通常情況下會將，Mobil SHC460WT等不同類型油脂作為主要介質。并且此類油脂需要長期處于復雜環境中，比如，臭氧環境、多鹽環境、低溫環境以及腐蝕環境等?；诖?，在油封唇口橡膠材料的選擇中，要在最大程度上保證其科學性與合理性，這樣才能延長使用壽命。進口主軸油封瑞士SKF通常情況下選擇的是聚氨酯橡膠、英國選用的是丁腈橡膠、日本選用的為氫化丁腈橡膠，而我國國內往往選用的是丁腈橡膠。

2 設計參數對風電機組主軸軸承密封的影響分析

從當前我國風電機組的使用中不難看出，大部分風電機組主機廠商的主軸軸承密封，往往選用的是主副唇形式的夾布油封，主軸軸承在工作過程中，可能會產生不同心度，該心度最大為1.5mm，該種油封具備良好的隨動性特點。而隨動性的優劣，會受到腰部設計影響。如果腰部設計較薄，那么隨性性也相對較好，在此期間，對于主軸軸承能夠產生緊固力，實現對瞬間密封失效的補充。除此之外，油封密封效果還會受到不同因素影響，比如，腰部薄厚影響、腰長影響、主軸軸承避免粗糙程度影響等。對于具體影響，主要從以下幾點進行闡述：

2.1過盈量大小產生的影響分析

過盈量通常情況下主要是指，在自由狀態之下唇口直徑與軸徑之間存在的差距，該自由狀態主要是指在未安裝彈簧的狀態。唇口在無彈簧時的徑向密封力會增大，實現對因為軸偏心形成的相對尺寸差進行補充。在過盈量過小情況下，可能會因為偏心、軸跳動量較大，出現密封力失效情況，一旦出現這一問題，會造成泄漏。如果過盈量較大，唇口與軸會過度相貼，唇軸之間的間隙太小，從而產生干接觸情況。在此背景下，風電機組在運行期間，高溫環境會出現在唇與軸表面之間，使得唇口老化龜裂速度較快，嚴重情況下會燒壞密封唇，無法將密封效果發揮出來[2]。因此，對于過盈量的選擇要給予更多重視，避免過盈量過高或者過小情況出現。在實際過盈量大小設計工作開展中，需要結合橡膠材料彈性恢復速度、幾何精度情況展開。一般而言，如果橡膠材料彈性恢復較快，那么軸承幾何精度相對較差，因此，過盈量在設計期間可以小一些。唇口過盈量，與軸徑之間成正比關系。

2.2腰部厚度與腰長影響分析

腰部厚度的影響，主要體現在夾布油封唇口對主軸軸承的跟隨性當中。如果腰部較薄，那么跟隨性較好，但產生的壓力較大，腰部位置容易出現突出變形情況;腰部過厚會造成跟隨性能下降情況，從而引發泄漏問題。偏心運轉過程中，會引發唇口波動問題出現，使得腰部位置需要承受唇口與軸之間產生的摩擦阻力，摩擦阻力還會造成扭矩變形情況產生?；诖?，在實際唇口與抽接觸狀態穩定性的改善中，不僅是采用增加油封腰部剛性方式，還是采用提升橡膠耐老化能力方式，都可以結合實際情況，適當增加腰部厚度。油封腰部可以使得油封徑向力得到保障，在實際腰長的設計中，要結合徑向力情況展開。

2.3主軸軸承套表面粗糙程度影響分析

油封性能以及油封的使用壽命，會受到風電機組主軸軸承套表面粗糙程度影響。如果風電機組主軸軸承套表面粗糙程度較低，那么油封很容易從密封接觸面之間被擠出，這一情況的出現，會造成油膜變薄情況，或者油膜破裂情況出現，而油封唇口位置會發熱，嚴重情況下會被燒化[3]。如果風電機組主軸軸承套表面粗糙程度較大，那么軸承在運轉過程以及運轉完畢后，會刮傷油封唇口，密封面變毛，造成油封唇口磨損速度加快，從而產生泄漏問題?；诖?，為使得油封密封性能得到保障，要將其表面粗糙程度控制在有效范圍內。

3 新型結構夾布油封研制分析

從目前國內市場發展中可以看出，在風電機組中的主軸軸承，仍然以單軸承為主，單軸承在實際應用中，占據較大比例。單軸承風電機組在運行期間，相較于雙軸承主軸會產生較大偏心量。如果在這一過程中，受到自然環境的影響，那么會出現軸向微小傾斜情況、徑向跳動情況等。由于受到不同因素影響，如果單純使用主副唇結構主軸承夾布油封，可能會出現無法更好滿足工況條件情況，嚴重情況下會造成漏脂問題出現?；诖?，為使得此類問題能夠得到更好解決，要加大新型結構夾布油封研制力度，例如，我國鐵嶺五星針對單軸承風電機組，進行一新型結構夾布油封的設計[4]。該種夾布油封設計采用的主要為雙主唇結構方式，這樣可以在原本的密封空間中，實現兩個密封條件與密封效果。加之該密封腰部結構較為特殊，因此，具備較強的抗偏心能力、補償軸向竄動能力等。新型結構夾布油封，能夠實現對以往主軸軸承發生的徑向位移情況、軸向位移情況在最大程度上得到彌補，這樣可以達到更好密封效果，從而防止大量漏脂情況產生。

結束語：

綜上所述，針對風電機組主軸軸承橡膠密封問題，需要相關工作人員能夠明確不同影響因素的具體影響情況，包括腰部厚度與腰長影響、主軸軸承套表面粗糙程度影響等。針對影響因素給出相應調整措施，這樣能夠避免各類問題的出現。實現風電機組的安全穩定運行，促使風電機組在節約更多能源、保護環境中將自身優勢與價值發揮出來。在這一過程中，還要做好新型結構夾布油封研制工作，促使主軸軸承橡膠密封能夠滿足相應需求，實現風電機組自身的安全穩定運行，為節約能源、推動社會更好發展打下良好基礎。

參考文獻：

[1]姜宏偉.過盈配合下風電機組主軸軸承壽命研究[J].重型機械，2021（01）：73-76.

[2]李達，姜宏偉，寧文鋼，王岳峰.風電機組調心滾子主軸軸承匹配設計技術研究[J].機械管理開發，2020，35（10）：1-3.

[3]梁培沛，肖劍.風電機組軸承磨損的油液監測技術研究與應用[J].能源與節能，2020（05）：37-40.

[4]凌永志，魯納納，孫啟濤，銀磊.風電機組主軸軸承故障的分析與預測[J].風能，2020（04）：74-78.

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