徑向密封結(jié)構(gòu)的風(fēng)電機(jī)組主軸承密封應(yīng)用淺析

摘要：針對(duì)雙饋式風(fēng)電機(jī)組主軸承密封泄漏污染機(jī)艙環(huán)境，浪費(fèi)潤(rùn)滑脂，甚至導(dǎo)致軸承污染失效，從而影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與維護(hù)。本文介紹了新型主軸承密封的結(jié)構(gòu)與工作原理，分析了軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)對(duì)潤(rùn)滑脂泄漏情況改善，提出主軸承的實(shí)用性密封解決方案，改善潤(rùn)滑脂滲漏不良，提高風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，避免機(jī)艙污染。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主軸承密封，失效，潤(rùn)滑脂泄漏。引言風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸承是傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐部件，其穩(wěn)定運(yùn)行直接影響風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行。作為主軸密封起到隔絕外部環(huán)境與軸承內(nèi)環(huán)境的作用，其對(duì)防止軸承污染失效具有決定性作用。目前，風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)壽命一般為20年，主軸橡膠密封理論壽命為5年，由于其使用工況惡劣，一般2到5年均有不同程度的破損，主軸密封的維護(hù)與更換是風(fēng)場(chǎng)必須面對(duì)的問(wèn)題，其對(duì)軸承的壽命作用不能輕視。針對(duì)主軸密封介質(zhì)-潤(rùn)滑脂的粘度大、溫度高和線速度波動(dòng)大及其低PV值的運(yùn)行工況，選擇新型徑向密封結(jié)構(gòu)，具有良好的密封徑向磨損補(bǔ)償、軸向隨動(dòng)與長(zhǎng)壽命的特性，避免密封性能失效導(dǎo)致滲漏不良，保證軸承運(yùn)行所需潤(rùn)滑脂，達(dá)到杜絕潤(rùn)滑脂非正常滲漏，方便快捷的更換方式提高了風(fēng)電機(jī)組維護(hù)效率降，低運(yùn)維成本。針對(duì)主軸密封性能改善，廣州機(jī)械研究院有限公司研發(fā)了基于雙V型密封的解決方案，在線對(duì)密封進(jìn)行改造升級(jí)；吉林龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司采用帶有彈簧圈、密封唇和防塵唇的油封密封圈解決方案，有效改善密封性能抑制了潤(rùn)滑脂滲漏；浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)電有限公司采用具有防塵功能的雙唇主軸密封進(jìn)行主軸潤(rùn)滑脂泄漏改造，通過(guò)提高密封能力獲得了一定密封性能改善效果；舍弗勒公司開(kāi)發(fā)了基于密封間隙變化的多參數(shù)優(yōu)化主軸密封，在功能、壽命與經(jīng)濟(jì)性上取得了突破性進(jìn)展，極大的改善了密封的可靠性。關(guān)于主軸密封研究及其應(yīng)用均主要集中在提高密封壓力上，對(duì)軸承的潤(rùn)滑效果與潤(rùn)滑脂量的平衡，方便更換等的密封結(jié)構(gòu)研究較少。針對(duì)此情況，提出一種有效保證軸承潤(rùn)滑需求的新型主軸密封。一、密封原理現(xiàn)在風(fēng)電機(jī)組上通用的主軸密封形式較多，以迷宮密封為主密封V型密封為輔助密封的組合密封結(jié)構(gòu)最為普遍。其工作原理為通過(guò)主軸承非接觸迷宮密封做主密封，阻止軸承潤(rùn)滑脂的泄漏達(dá)到密封作用，V型密封作為輔助密封，防止外界污染進(jìn)入主密封，達(dá)到密封作用。該密封結(jié)構(gòu)為軸向密封，其特點(diǎn)是非接觸主密封具有永不磨損壽命長(zhǎng)、對(duì)軸向竄動(dòng)敏感、對(duì)徑向跳動(dòng)不敏感的特點(diǎn)。主軸承密封簡(jiǎn)圖二、密封失效的原因風(fēng)電機(jī)組主軸密封運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組主軸帶動(dòng)主軸定位套旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸在外力作用下會(huì)向發(fā)電機(jī)方向發(fā)生軸向竄動(dòng)，導(dǎo)致主軸承靠近機(jī)艙部位的主密封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)軸向間隙減小，密封性能提升；輔助密封唇口與主軸軸承端蓋之間的壓縮量增大，摩擦力增大，密封性能也得到提升，密封唇口磨損增加，密封壽命減少?？拷X輪箱側(cè)的主軸密封在軸向竄動(dòng)的影響下，作為主密封的迷宮密封間隙增大，密封性能下降，潤(rùn)滑脂泄漏量增大；輔助密封在軸向竄動(dòng)的影響想，密封唇口壓縮量減少，密封性能下降，防污性能下降，進(jìn)一步增大潤(rùn)滑脂泄漏量。在以上兩種密封的性能下降影響下，主軸承密封處潤(rùn)滑大量溢出，影響了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與維護(hù)。另外，根據(jù)安裝地點(diǎn)的不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)不同程度地受到臭氧、紫外線、沙粒、灰塵和咸水的侵蝕，并且溫度極限差較大，導(dǎo)致其輔助密封壽命縮短，出現(xiàn)泄漏不良出現(xiàn)的從幾天到5年不等，進(jìn)一步增大了計(jì)劃性維修或預(yù)測(cè)性維修難度。在以上因素的影響下，主軸密封的污染與不確定性嚴(yán)重影響運(yùn)維工作的統(tǒng)籌安排。因此，采用新型密封有效根治其潤(rùn)滑脂滲漏成為緊迫任務(wù)。三、主軸承密封失效的危害主軸密封失效會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑脂滲漏，直接影響軸承潤(rùn)滑與污染機(jī)艙環(huán)境等多個(gè)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維要素，不利于風(fēng)電機(jī)組的安全穩(wěn)定的運(yùn)行，其危害性必須引起足夠的重視。主軸密封的失效首先會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑脂泄漏，流淌到風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)，污染環(huán)境，甚至造成安全隱患。2011年內(nèi)蒙古自治區(qū)某風(fēng)場(chǎng)曾經(jīng)因?yàn)橹鬏S密封漏油流到機(jī)艙內(nèi)，導(dǎo)致維護(hù)人員摔倒發(fā)生人員摔傷安全事故。泄漏的潤(rùn)滑脂不僅導(dǎo)致安全事故，而且難于清理干凈，會(huì)堆積到機(jī)艙各個(gè)不易清理的角落，存在極大可能進(jìn)入電氣控制系統(tǒng)，引發(fā)電氣故障，甚至是火災(zāi)。同時(shí)，大量的泄漏潤(rùn)滑脂會(huì)導(dǎo)致其流向塔筒，污染塔筒內(nèi)外環(huán)境，影響其美觀。其次，主軸密封失效會(huì)導(dǎo)致大量潤(rùn)滑脂泄漏，潤(rùn)滑脂不能發(fā)揮其潤(rùn)滑作用就溢出，造成潤(rùn)滑脂的浪費(fèi)。另外，潤(rùn)滑脂的的泄漏導(dǎo)致軸承內(nèi)潤(rùn)滑要素變化，引起主軸承潤(rùn)滑不良，增加主軸承潤(rùn)滑原因的失效幾率，影響風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)部件正常運(yùn)轉(zhuǎn)，形成為運(yùn)維費(fèi)用激增的潛在因素。由于機(jī)艙環(huán)境狹小，泄漏的潤(rùn)滑脂無(wú)法進(jìn)行機(jī)械作業(yè)，只能采用人工清理，耗時(shí)長(zhǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度大，增加了運(yùn)行維護(hù)成本，影響發(fā)電量，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行產(chǎn)生風(fēng)場(chǎng)大的影響。主軸密封泄漏四、改善主軸承密封的措施針對(duì)主軸受力特點(diǎn)與運(yùn)行工況的技術(shù)特點(diǎn)，其密封必須滿足以下兩個(gè)特點(diǎn)：a對(duì)軸向竄動(dòng)敏感即密封必須是徑向密封，密封性能不受軸向竄動(dòng)量的影響。B材料適應(yīng)寬溫影響，耐紫外線、臭氧、砂礫、灰塵和咸水的侵蝕，安裝方便。4.1新型密封設(shè)計(jì)根據(jù)主軸受力特點(diǎn)與運(yùn)行要求，將原來(lái)的軸向密封變更為徑向密封，密封的靜止部件借住密封端蓋的緊固螺釘與密封端蓋固定，與主軸旋轉(zhuǎn)套形成密封組件的徑向密封圈密通過(guò)密封限位環(huán)被定位塊用固定螺釘固定，實(shí)現(xiàn)整個(gè)密封的固定與密封。徑向密封圈和密封限位環(huán)均為剖分結(jié)構(gòu)封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不用拆卸主軸零部件，就可以直接安裝的設(shè)計(jì)，使整個(gè)密封方便安裝，減少安裝環(huán)節(jié)，縮短安裝時(shí)間，提高改造效率。密封的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示，采用類似于油封的設(shè)計(jì)，密封唇口增加彈性恢復(fù)結(jié)構(gòu)，保持密封唇口與主軸旋轉(zhuǎn)軸套足夠的接觸面積與摩擦阻力，阻止?jié)櫥纱艘绯?。彈性恢?fù)結(jié)構(gòu)徑向密封使密封唇口始終保持密封與主軸旋轉(zhuǎn)套保持接觸，保證密封性能。為了滿足密封對(duì)環(huán)境情況的要求，密封材料采用氫化丁晴添加新型添加劑的配方，使密封滿足防腐、磨損和寬溫要求。新型密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示：1、徑向密封圈

2、密封限位環(huán)

3、靜密封圈

4、固定螺釘5、定位塊

4.2新型密封的應(yīng)用在某風(fēng)場(chǎng)東汽1.5兆瓦風(fēng)電機(jī)組上，進(jìn)行了新型主軸密封安裝。安裝操作情況如下：4.2.1拆除軸承端蓋外側(cè)原裝VA密封圈

清潔密封溝槽、軸承端蓋、軸承擋環(huán)等打磨密封溝槽（圖a）

用金屬清洗劑和棉布徹底清潔密封溝槽、軸承端蓋、軸承擋環(huán)及周邊部位

距徑向密封開(kāi)口處兩端約300mm的中間段密封唇與副唇之間涂抹適量潤(rùn)滑脂

將密封環(huán)從剖分處分開(kāi)繞軸，按圖c所示①②③粘接密封環(huán)圖a圖b圖c

4.2.2安裝彈簧：將彈簧繞軸后對(duì)接旋緊并移入位于密封環(huán)的彈簧槽中。彈簧聯(lián)接后適度用力拉拽接頭，如拉拽脫落，須重新擰緊后用榔頭適當(dāng)用力將接頭敲擊變形至不會(huì)脫落或直接更換備用彈簧。4.2.3聯(lián)接支撐環(huán)并徑向抱緊密封環(huán)后固定于端蓋上4.2.4將無(wú)排油孔的定位塊與已聯(lián)接為一體的密封限位環(huán)置于旋轉(zhuǎn)軸上方密封環(huán)外圓周上。保證密封限位環(huán)內(nèi)槽圓周上防轉(zhuǎn)凸臺(tái)對(duì)準(zhǔn)密封環(huán)外圓周上防轉(zhuǎn)凹槽。

4.2.5將設(shè)有排油孔的定位塊與已聯(lián)接為一體的定位塊置于旋轉(zhuǎn)軸下方并與上方密封限位環(huán)聯(lián)接為一體。4.2.6將密封限位環(huán)與軸承端蓋上的螺栓孔，并保證密封限位環(huán)下方排油孔對(duì)準(zhǔn)集油盒。4.2.7固定成套新型密封于軸承端蓋上，拆除輔助定位結(jié)構(gòu)、清潔現(xiàn)場(chǎng)，完成安裝（圖d）。圖d4.3新型密封的效果2017年10月安裝新型密封后，運(yùn)行到6個(gè)月后進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，主軸潤(rùn)滑脂泄漏明顯減少，機(jī)艙環(huán)境污染完全避免，未出現(xiàn)潤(rùn)滑脂泄漏到機(jī)艙操作面的情況