风电转盘轴承常用密封件的选型与安装

戴天任，赵雁，苏兆力，刘攀，吴朝晖

(洛阳轴承研究所有限公司 重大型事业部，河南 洛阳 471039)

近年来伴随着风电轴承的迅速发展，其制造技术也日趋成熟，但每个单位对风电轴承密封件的选择与安装方法各有不同，甚至差异很大。在此，通过总结吸取经验教训，探索出一个较为科学实用的密封件选择与安装方法，以期提高风电转盘轴承密封件及轴承的使用寿命。

1 密封件材料

轴承密封件所使用的材料常见的有I-3耐油橡胶、丁腈橡胶和氟橡胶等。其中目前比较常见的是I-3耐油橡胶，其适合常温和轴承精度要求不高的工况；丁腈橡胶的综合性能较好，风电行业等对精度要求较高的转盘轴承密封件常选用此种材料制造；氟橡胶耐油、耐热且耐化学性能好，但其价格较高，没有前两种使用普遍。

风电轴承的工作环境温度一般为-40～+50 ℃，要求使用寿命20年。因此，风电轴承对密封件材料的要求为：低温性能好，扯断强力高，耐磨性好且使用寿命较长[1]。为了了解丁腈橡胶的性能是否适合风电轴承的工况，进行了相应试验，结果见表1～表3。

从表中试验数据可以看出[2]，以丁腈橡胶为主要材质的密封件在低温和高温两种情况下，其材质本身的性能变化并不大，表现出较好的稳定性，完全可以满足风电转盘轴承的使用环境要求。不过国内风电轴承行业的发展还未达到20年，所以建议风电轴承的密封件5年更换一次。

表1 密封件常规试验

表2 密封件老化试验(100 ℃，70 h)

表3 密封件耐臭氧试验

2 密封件类型及选型

2.1 类型

风电转盘轴承常用密封件有单唇密封和双唇密封2种。转盘轴承使用的单唇密封通常有3个尺寸，主体厚度为3，5和10 mm，而国内风电转盘轴承多采用厚度为5 mm的单唇密封件。单唇密封件的主体部分设计有均匀分布的多个突起点(图1)，可以增加其与密封槽之间的摩擦力(图2)，防止密封件脱出与打滑。双唇密封件有内唇和外唇，其外唇可以阻挡水分、灰尘及其他有害物质侵入轴承内部，内唇可防止润滑脂泄漏。密封件上的多个半圆形突起可起到定位作用等，这3个点与密封槽配合形成了一个密封闭合回路(图3)，从而使密封效果更好且使用更持久可靠。

图1 厚度为5 mm的单唇密封

图2 单唇密封件与密封槽的配合

图3 双唇密封件与密封槽的配合

2.2 选型

由于风电机组对轴承寿命要求比较长，而且工作环境比较恶劣，大多数位于气温较低(-40 ℃左右)、风沙较大的地区，对密封件的密封效果要求较高。而大多数风电厂家还要求保证轴承滚道内的油脂不外溢，所以风电转盘轴承基本均选用双唇密封件来满足主机的使用要求。但是由于偏航轴承多数为单排四点接触球结构，有时因其外形结构、尺寸无法满足内、外圈均采用双唇密封，这时可根据轴承的具体结构和尺寸选择1个单唇密封+1个双唇密封，以满足轴承的使用要求。

3 密封件对摩擦力矩的影响

由于风电机组对轴承启动摩擦力矩有一定的要求，其启动摩擦力矩是判定产品是否合格的一个重要指标，所以须严格控制。对轴承启动摩擦力矩有较大影响的3个方面是：初始摩擦扭矩、润滑脂和密封件。尤其是双唇密封件对启动摩擦力矩有较大的影响，表4给出了1.5 kW风机用Φ1 900 mm轴承安装密封件前、后试验(转速1 r/min)的力矩变化对比。

表4 风电轴承安装密封件前、后的磨擦力矩对比

从表4密封件安装前、后的磨擦力矩变化对比可知，轴承密封件对风电轴承的启动摩擦力矩影响较大。所以密封件的好坏及选用对于风电轴承也是一个重要考察指标。

4 安装方法及注意事项

4.1 安装

密封件安装是否得当对轴承的使用及其寿命有着较大的影响。如果安装方法合理，不仅可以提高工作效率，还能显著降低劳动强度。下面介绍转盘轴承密封件比较通用的安装过程。

(1)首先由设计人员计算轴承所用密封件的长度，并将其标注于图纸上；装配人员根据图示，用剪刀按照计算出的长度剪下对应的密封件，然后用专用的黏合剂将其粘接起来，并确认粘接牢固。

(2)在密封件2个密封唇口之间涂少量润滑脂，即图4中内唇处(单唇不需要涂)，并在密封槽选择8个等分点，将粘接好的密封圈先置入这8个点内，然后从2个相距180°的定位点两侧开始向中间安装，用胶木棒或气动锤慢慢将粘接好的密封件完全嵌入密封槽内。

图4 双唇密封件安装示意图

(3)按顺时针或逆时针方向检验密封件整圈是否压实，有无不平整或凸、凹等缺陷。

4.2 注意事项

(1)密封件按所计算的长度剪下后需要将其接头处修剪平齐，这样便于接口的粘接，并保证其粘接的牢固性。

(2)使用8等分点的方法安装密封件是要控制密封件的拉伸和挤压量，尽量让其在安装后保持自然平整的状态，这样可以减少密封件在轴承工作中的受力，保证其正常使用寿命。

(3)涂抹少许润滑脂可以使安装更加容易，且安装后必须保证整个密封件压实、平整，否则容易出现溢脂、漏脂现象。

4.3 其他类型密封件的安装

除了长条剪裁型的密封件还有一种整体型的密封件。整体型密封件是根据要求的使用长度直接做成密封圈的形式，其具有无接头、尺寸精确和可以有效避免安装过程中过量拉伸等优点。整体型密封件安装方式与长条剪裁型是一样的，采用8点等分法进行安装。整体型密封件长度须按需求定制，有一定局限性，而且其造价较高，所以目前国内企业通常不予选用。

5 结束语

密封件对风电轴承的使用性能和寿命起到至关重要的作用，所以根据轴承的结构尺寸、使用场合及工况选择材料、结构合适的密封件就显得尤为重要。密封件的正确安装同样重要，不但可保证风电轴承的精度和性能，更利于保证风电轴承的正常使用寿命。