风力发电机主轴轴承润滑方式的改进

陈建民

(中国明阳风电集团有限公司 综合工艺部，广东 中山 528437)

风力发电机(以下简称风机)主轴轴承的寿命关系到整台风机的寿命，且一旦失效，更换非常困难，并且费用昂贵。目前兆瓦级风机的主轴轴承多采用双列调心滚子轴承，其优点是对主轴的偏斜具有适应性，不会卡死。主轴轴承的固定方式和润滑方式有2种：(1)独立轴承座安装在机座上，该种结构中轴承采用脂润滑；(2)主轴、主轴轴承与齿轮箱集成为整体，该种结构中轴承采用油润滑。

采用独立轴承座的结构在实际运行中有部分轴承因润滑不良而过早失效，其主要原因是轴承润滑方式设计不佳，因此，需对其润滑方式进行改进。

1 脂润滑存在的问题

(1)更换润滑脂、清洗轴承比较困难。

(2)工作温度变化范围较大(-30～50 ℃)，低温状态下润滑脂的流动性非常差，轴承中被挤出的润滑脂将很难再回到滚道中参与润滑。

(3)排废脂困难，新的润滑脂经过半年的运转即变成废脂，若不及时将其清除，废脂将对新加入的润滑脂产生污染，轴承运转中产生的磨损物将大大降低润滑脂的润滑功能，对轴承的寿命产生极大影响。

2 改进设计

2.1 润滑系统特点及各部件的选取

针对上述问题，对主轴轴承的润滑系统进行改进，采用油润滑系统，原理如图1所示。其工作原理为：电动机带动油泵转动，油泵吸入油箱中的润滑油并给润滑油加压，加压后的润滑油经过过滤器和阻尼阀被输送到轴承外圈的润滑油槽中，并经润滑油槽的小孔进入轴承滚道对轴承进行润滑。未消耗的润滑油从轴承座端盖上的回油孔流回油箱循环使用，该回油孔所处位置低于外滚道的滚道面。轴承座端盖与轴承座之间采用聚氨酯密封胶来密封。阻尼阀(阻尼阀的压降设为1 MPa)的作用是稳定润滑油的压力，使润滑油的输送平稳(若没有阻尼阀，润滑油从油泵直接到达轴承，润滑油的供给会因为油泵的工作压力波动较大而不稳定)。使用压力表检测润滑系统，不仅方便，而且比使用流量仪经济。压力表开关用来控制该系统的压力为0.5～3 MPa(即系统的最高压力P=3 MPa)，低于0.5 MPa或高于3 MPa将断电并报警。油泵的工作状态可以在中控室监控。

1—油箱加热器；2—油泵；3—压力表开关；4—过滤器；5—阻尼阀；6—主轴轴承；7—压力表；8—电动机；9—油位油温传感器

该系统的优点为：

(1)适时润滑，保证轴承有充足的润滑油(此系统为常闭状态)；(2)能将轴承运转过程中产生的杂质颗粒(磨耗材料)和热量及时带走；(3)环境温度范围广，可以在-30～50 ℃下正常工作；(4)系统出现故障可自动报警。

油泵选用MARZOCCHI 1PD2ST齿轮泵，排量为p=1.2 mL/r，油泵流量[1]Q=29 mL/s；选用四极电动机，功率为250 W[2]，转速n=1 450 r/min。

流量-压降特性方程为[3]

(1)

式中：Q为流经阻尼阀的流量(该系统中即为油泵的流量)；a为阻尼阀孔面积；Cd为流量系数，通常取0.75；ρ为润滑油的密度，润滑油选用Shell OomalaHD320[4]，ρ=883 kg/m3；ΔP为阻尼阀压降，设ΔP=1 MPa。则由(1)式得a=0.812 mm2，阻尼阀孔径d=1 mm。

2.2 轴承自储油

图2 轴承240/530 B.MB安装后局部剖面图

2.3 系统运行状态

2.3.1 低温启动

低温(-15 ℃以下)启动风机时，由于油温过低，油泵不能启动，加热器启动，当油温升达-15 ℃以上时油泵启动，风机可以正常启动。

2.3.2 油路高、低压报警

当回油管路堵塞，油液不能回油箱，使得油箱油位降低，油位开关动作；当阻尼阀或过滤器堵塞，压力开关的压力升高，压力升高至3 MPa时压力开关动作，油泵电动机停机，同时报警，而风机仍然可以正常工作。

2.3.3 故障停机

当报警过去5天后仍没有关闭该报警，风机将停机，并通知中控台。

该系统被应用在1.65 MW风机上运行近一年时间，主轴轴承运转正常，润滑系统工作正常。虽然该系统运行时间不长，但相似的润滑方式却有比较成熟的经验，例如：主轴、主轴轴承与齿轮箱集成结构就是采用一个油润滑系统进行适时润滑，是一个成熟的结构，已经有多年风场运行经验。

3 结束语

风机主轴轴承的可靠性对风机至关重要，为了提高主轴轴承的可靠性，轴承的润滑采用油润滑比采用脂润滑有明显的优势，油润滑能够解决主轴轴承的润滑问题。但该系统的不利方面就是增加了成本，并须定期对控制系统进行检查和维护，以保证系统能够正常工作。