风力发电机组渗漏油原因分析及解决方案研究

李学文

摘要：

近年来随着风电的不断发展，风电场安装的风力发电机组类型和数量也不断增加。有关风电机组的安全运行问题越来越多，尤其是风电机组漏油问题，一直得不到彻底解决。润滑油泄漏后不但会使风电机组的齿轮箱损坏而且对机组和环境会造成严重的污染，其他油脂的泄漏同样对机组会造成严重的危害，轻则损坏设备部件，重则引起火灾等。本文从风电机组的各个部位分析讨论一下渗漏油的主要原因和预防及处理方法。我国高度重视可再生能源开发利用 ，风力发电作为可再生能源中最具有经济开发价值的清洁能源，是我国能源发展战略和调整电力结构的重要措施之一。2013年底全国风电累计装机达9174.46万千瓦，风电上网电量将达到1371亿kW·h。风力发电机组一旦发生火灾，可能会面临设备的损坏和因电力供应中断而产生的巨大经济损失。

关键词：齿轮箱； 液压系统； 漏油； 密封圈

1.齿轮箱渗漏油原因分析及处理方法

1.1 .风电机组所使用的的齿轮箱结构类型大同小异，但渗漏油的部位一般是齿轮箱高低速轴、齿轮箱盖、齿轮润滑油管、箱体结合部位这几个部位。先来分析一下高低速轴渗漏油的原因，一般风电机组齿轮箱高低速轴密封多使用接触式和非接触式两种密封形式。接触式密封，密封材料应能适应长期浸泡在润滑油中和剧烈摩擦的工作条件， 如氟橡胶制作的密封件，但是， 这种材料在不同的环境下其使用寿命也大不相同，尤其是在高海拔、沙尘和极端温差变化的地方，这种密封一般两三年就会老化损坏，且跟装配工艺有很大关系，目前风电机组齿轮箱已很少用到这种密封方式，多都采用非接触式密封中的迷宫密封，迷宫密封是靠迷宫槽之间的微小间隙， 给泄漏的润滑油造成阻尼，通过多级迷宫槽逐步减小泄漏油的压力。当泄漏油的压力减小到小于大气压力时， 润滑油则被外部大气压回齿轮箱。当润滑油中的杂质颗粒过多对迷宫槽造成磨损后，间隙过大无发对泄漏的润滑油造成阻尼时或外部粉尘进入迷宫槽润滑油就会流出齿轮箱造成泄漏。

预防及处理方法：一定期对油品做油样检测，如杂质含量超标及时更换润滑油。二定期对高低速轴端部的防尘圈进行检查，如有老化或破损应及时更换。

1.2. 观察孔盖处渗漏油，多属盖板面与齿轮箱面结合密封措施不当或材料等原因造成，也有因齿轮箱铸件存在缺陷引起渗漏的现象，修复该部位一般先观察盖板漏油情况，可以帮助初步判断漏油位置，作好记录在打开观察口进行问题排查。观察口盖有防渗漏垫、密封胶圈或密封胶，如果胶垫有缺陷，密封胶圈有损坏或规格有误，齿轮箱体结合面加工精度不足，密封不严，密封胶操作不当，未做到全封闭，或密封胶本身质量不好，都会造成观察口渗漏油。齿轮箱铸件存在缺陷，一般多会造成观察口局部渗漏。

预防及处理方法：观察孔是经常要拆装的部位，打开观察孔是避免硬物划伤或砸伤观察孔盖板和接触面。观察口盖密封不严。可考虑使用硅橡胶平面密封剂解决密封问题，该种材料使用方便，不受异形结构影响，耐油性、耐温性、耐候性、都有很好表现。可使用1596或1587 硅橡胶平面密封剂进行密封，在清理干净盖版面与齿轮箱观察孔结合面后，将硅胶挤在该板面或齿轮箱观察孔一面。注意硅胶条线不要有断点，施胶后平放盖板时将螺栓孔对正（或销钉定位）后落下，紧固螺栓。

1.3. 油路分配器各管接头渗漏油，油路分配器由油路集成块（也称油排）、丝堵及多组锁母扩口式接头与油管组成，接口较多，装配不慎，容易造成渗漏，锁母扩口式接头一端通过丝扣与油路集成块连接，另一端通过锁母扩口与油管圆锥面形成胀管配合以保证密封。

预防及处理方法：在拆卸安装油管接头时尽量将管接头对正，不要强行拉拽油管，以防止接头处受伤或变形。处理方法照图3 用1755EF清洗剂清洗螺栓及螺栓孔。对于①、②点的渗漏，检查胀管挤压不好的可重新制作，再装时油管前端部位①和螺纹接口②缠绕生料带，紧固后可以解决①、②部位的渗漏。对于③处渗漏，可选择厌氧型螺纹锁固密封剂1243 均匀涂敷在管内接头上，管口让出1～2 扣，涂胶3～5 扣后进行组装，丝堵部位渗漏油可同样处理。

1.4.箱体结合部位渗漏油，大多是结合面的加工光洁度不高，壳体螺栓紧固力不均匀以及壳体翘曲变形是结合面漏油的主要原因。 由于风电机组的齿轮箱都是安装在高空，并且在运行的工况比较复杂，发生渗漏后难以彻底处理，如果吊至地面维修成本较昂贵。

1.5. 风力发电机组成

1.5.1.风轮。大型风力发电机为保证发电的强度以及效率，一般来说，都是要由水平轴、垂直轴和扩散体三个部分组成。风轮叶片通常是三片，叶片材料主要是增强型树脂玻璃纤维、增强型聚酯玻璃纤维和碳纤维，表面涂层为浅灰色以防光反射。风轮的运行是全自动的。风速达到切人风速3—4m/s时，风轮起动。发电机通过控制器软切换并网。

1.5.2.齿轮箱。齿轮箱是驱动发电机的主要装置，现阶段我国风力发电机主要采用直接驱动齿轮箱的装置进行发电。多级齿轮箱的第一级是结构紧凑且坚固的高转矩行星齿轮，第二和第三级为旋转级。齿轮箱内的冷却油与发电机冷却系统的热交换器相连。系统监控油温以确保冷却油保持恒定或最佳温度值。

1.5.3.发电机。发电机。当前，随着发电机的不断改进，相应的发电机种同样在不断的更新中。其使用的寿命比传统的发电机更加长久，性能趋于多样化。对于绝缘层的使用采用了当今先进的技术，安装在塔底的发电机空气上的流通更加顺畅。

1.5.4.偏航系统。偏航系统。操作的流程中，要注意发电机的驱动作用，将其风轮的正确安装位置进行考察。在较大的电力的驱动下，使得偏航齿轮的负荷保持平衡。偏航制动由六个液压制动器控制的大盘制动，且每一个偏航齿轮独立制动，整个系统保证偏航控制平滑。偏航系统有两个独立的风向标检测风速并送达主计算机，保证风能最佳利用且驱动链应力最小。

1.5.5.雷电保护。为了应对雷电天气，保护风力发电机，一般来说，其装置一定要具备圆锥形和梯形栅格两种。塔架基础采用地下钢筋混凝土结构。随着塔身高度增加，风轮叶片遭受雷击的概率也大副增加，设计防雷系统是相当必要的。

1.5.6.控制器。大型风力发电机为调整通风流量，一般来说，必须要使用可以逆变控制器。包括源滤波和无功补偿。信号处理通常包括两个独立的计算机或高速数字信号处理芯片。主机保存在地面控制室的开关柜内，从机保存在机舱内。风力发电机完全使远程监控实现，从远程计算机可获取所有风轮数据。

2.液压系统渗漏油原因分析及处理方法

液压系统的渗漏会照成液压系统容积效率下降和液压能的损失，总的效率降低或者达不到要求的工作压力。损失的液压能转换成为热能，是液压油温度升高，影响设备的工作精度和性能。其系统渗漏油一般出现于接头处、管路和缸、泵等处。

2.1.液压系统的渗漏的原因分析

2.1.1.接头处渗漏油

液压设备系统的各个液压元件之间均有油管路通过接头来完成整个的系统连通，接头成为最容易出现渗漏油的地方。一是安装不当引起渗漏油。该液压设备金属管路的连接多采用球头连接，球头密封考内、外圆锥度气密封作用，球头连接一般不会渗漏油，原因是管路安装时方向不正或受力过大造成咬死，造成接头磨损。二是加工超差引起渗漏油。管路和阀体一般采用端面密封，阀门与管接头间靠O型密封圈密封，这种密封性能很好。随着温度的升高达到60℃时，当安放密封圈槽的深度加工太大，端面与密封圈压缩率太小，当温度下降时；安放在密封圈槽的数独较小会把O型密封圈压缩变形，加快磨损或扭曲破坏，同意导致漏油。三是冲击和振动引起渗漏油，风电的液压系统工作的环境较为恶劣，冲击和振动频繁，容易引起接头松动，造成渗漏油，尤其是与液压泵连接的金属管路接头，因冲击和振动大，出现渗漏油甚至接头磨损的情况比较频繁。

2.1.2.管路弯曲不良。管路安装时因按照规定的弯曲半径，否则产生不同的弯曲内应力，在液压油的作用下逐渐产生渗漏。硬管路弯曲半径过小，导致管路外侧壁变薄，内侧管壁存在皱纹，使管弯曲处内应力很大，强度大大减弱，在强振动或压力冲击时，管路易产生横行裂纹而漏油。管路疲劳破坏或老化，当系统工作时管路要承受较高的压力，再加上压力不稳产生的交变力，风电机组振动产生的振动应力，装配应力等作用下，使管路在材料缺陷处、腐蚀点或损伤处产生应力集中的现象。造成疲劳破坏断裂而渗油。对于橡胶软管会从高温、高压、弯曲、扭曲严重的地方老化，变脆和龟裂，最后油管爆裂；管内外污染，管内液压油收到污染，会使油管收到磨损和腐蚀，加速油管破裂。含有固体污染物的液压油类似研磨工艺的研磨剂，使管内壁受到冲击而削落。

2.1.3.缸、泵的液压元件渗油。设计缺陷导致渗油；装配不当导致漏油；密封件的磨损或老化，液压系统的运动主要是液压油缸，泵，电磁阀与运动之间的长时间摩擦，会使密封件造成磨损。特别是污染的油液，会使密封件加大磨损而造成漏油。

2.2.预防及处理方法：正确选用和装配密封件。密封件选用不当，会造成液压油的泄漏。密封件的质量差， 那么其耐压能力就低，使用寿命短，同时密封性能差，密封件使用不久就会产生泄漏。密封件装配不当，也会导致泄漏的发生。正确地安装密封件，是预防漏油的重要措施之一。安装O 形圈时，不要将其拉到永久变形的位置， 也不要边滚动边套装， 否则可能因密封圈扭曲而造成漏油。安装Y 形和V 形密封圈时， 要注意安装方向，避免因装反而漏油。对Y 形密封圈而言，其唇边应对着有压力的油腔；此外，对Y 形密封圈还要注意区分是轴用还是孔用，不要装错。V 形密封圈由形状不同的支承环、密封环和压环组成，当压环压紧密封环时，支承环可使密封环产生变形而起密封作用， 安装时应将密封环开口面向压力油腔； 调整压环时，应以不漏油为限，不可压得过紧，以防密封阻力过大。密封装置如与滑动表面配合， 装配时应涂以适量的液压油。拆卸后的O 形密封圈和防尘圈应全部更新。另外，保证密封沟槽的尺寸和加工精度，也是防止液压油泄漏的措施之一。

活塞杆或密封导向套的磨损及解决方法。活塞杆的损坏或密封导向套的损坏是导致杆密封失效的两个最常见的原因。通常情况下， 这种损坏是由于负载运动方向与液压缸不同轴造成的。液压缸在负载作用下做直线往复运动的液压机构， 如果活塞杆和密封导向套互相偏心， 就会对导向套形成侧向负载， 导致导向套表面的过度磨损， 进而损坏密封并产生泄漏。此外， 对于行程较长， 活塞杆直径过小的液压缸，由于刚性不足， 在推力的作用下， 活塞杆易发生挠曲而造成导向套承受侧向力。液压缸活塞杆直径及其行程决定了它工作的最大容许推力， 因此在使用长行程液压缸时， 应注意选择足够大的活塞杆直径， 并在活塞杆上加止动管和液压缸中间加支承以保证必要的抗弯强度， 减小侧向力。

解决密封导向套和密封件单边磨损的方法。首先要保证活塞杆的直线度， 加工时注意活塞杆与活塞的同轴度以及密封沟槽的加工尺寸； 其次在安装时要避免液压缸轴心线与负载运动方向的偏离。在某些应用场合， 使用联轴器、关节轴承或杆端浮动法兰可以起到一定的补偿作用， 但是， 这类安装方式导致活塞杆与负载之间连接的紧定性丧失， 通常要求更大的活塞杆直径或者活塞杆上加止动管来补偿。此外， 密封导向套的材料也决定它所能承受的负载， 硬度较高的材料承载能力较强， 但对活塞杆的损坏也比硬度低的材料要大。因此， 在零件加工时， 尽可能的采用先进的工艺方法以保证各个零件的同轴度要求； 而且， 在液压缸的装配时， 也应尽量保证缸筒与导向套， 导向套与活塞杆的同心， 防止密封件的偏磨。这对防止液压缸的泄漏是非常有效的， 也是非常必要的。在液压缸实际加工过程中， 由于机床精度， 零件加工装夹定位， 分工序加工等的影响， 导向套与活塞上密封沟槽和螺纹的同轴度很难保证， 致使液压油缸在装配时， 缸筒、导向套、活塞杆及活塞也很难保证同心。偏心会导致密封元件的偏磨， 使密封件的密封效果急剧下降而失效， 致使通过间隙泄漏的泄漏量增大。

油管及管接头在使用中经常会出现漏油现象. 不同类型的管路在不同的使用状况下发生泄漏的原因也是不同的，液压管上常用的接头， 在工作过程中， 由于球面磨损密封不严， 出现漏油，一般维修处理中使用密封胶的效果不是很好，而且容易将固化的胶粒掉进油管内造成油路堵塞，有效的方法，第一，若接头锥面无明显损伤，这时的应急办法是， 在高压油管锥面配合处垫一段长l一2 毫米，直径约为5 毫米的塑料管， 或垫一小片直径略大于油管内径的紫铜垫片，拧紧螺母即可。第二，先加工一个外径略小于螺纹内径，内孔等于接头孔径厚约0.5一1mm 的扁平紫铜垫圈， 经退火处理后将它放在接头上，取一直径略小于或等于}接头螺纹内径的钢球放在紫铜垫圈上，再用手锤轻轻敲几下即可成球形紫铜垫。将其放在两接头之间，再用板手拧紧，即可防止泄漏。

液压油的污染，液压油在不同的环境中使用，受到的污染会有所不同，定期的对液压油进行检测，及时了解液压油的污染程度，和性能指数。做到及时更换滤芯或不好的液压油，尽量减少各密封部位和各部件因油液中的颗粒造成无法修复的磨损。在跟换液压油时因注意冲洗出油泵、油管和油缸内的旧液压油，防止新旧液压油的混用加速新液压油的变质。

控制液压系统内油液温度，防止密封件老化、变质。所以在系统中要尽可能的采取措施，降低工作温度。

3.叶根和其他部位润滑泄漏原因分析及处理方法

在风电机组中，一般低速润滑的部位使用都是唇式密封或O型密封圈，但他们都属于橡胶密封圈的一类，橡胶由于其弹性大而可以在较大的公差范围内仍能保持密封不漏， 且制造容易。当采用不同的橡胶品种，配方设计， 混炼的硫化工艺时， 可制得各种性能的制品而分别满足于不同温度、不同化学物质的腐蚀和溶解、溶胀等要求。但橡胶密封圈的缺点是摩擦系数比较大， 弹簧向前推进时阻力较大， 在高温时易产生粘着或老化，所以在使用过程中易损坏。损坏原因有：第一，密封面之间的间隙过大。在有相对移动的密封面之间都留有一定的间隙S。工作中， 橡胶密封圈在油压或气压作用下， 有一部分被挤入间隙， 被挤入间隙的橡胶圈， 在拉伸和剪切作用下， 其表面容易产生切割作用。当工作压力一定时， 密封面之间的间隙S越大， 橡胶密封圈被挤入的部分就越多， 承受的剪力就越大， 也就越容易被“撕裂” 。第二，工作压力过大或压力脉动加剧。工作压力过大， 将使橡胶密封挤入的更多， 从而加剧了对橡胶圈的磨削和切割作用. 压力脉动的加剧， 将使橡胶圈被切割的频率增加， 因而容易损坏橡胶密封圈。第三，工作温度过高或过低。工作温度过高橡皮变软， 弹性变差， 不仅使密封圈与密封面之间的接触压力减小， 密封性变差， 而且又因其强度下降易于变形， 而容易发生损坏。更何况温度升高会大大加速橡胶圈的老化过程， 使它的弹性及强度又进一步下降， 更容易出现橡胶密封圈破裂现象。工作温度过低， 橡胶变硬发脆， 在外力作用下容易产生裂纹， 尤其在剪力作用下易出现掉块现象， 导致破裂.第四，密封面不光滑。密封面的光洁程度对橡胶密封圈的影响很大。密封面越粗糙， 橡胶圈磨损就越快， 密封面不光滑的原因除工作质量问题外， 主要是系统内部不清洁， 含有水份和杂质而使密封面划份或腐蚀等。第五，材质、尺寸不合要求。橡胶密封圈的材料不同， 其特性也不尽相同， 如有的怕热、有的怕油、有的怕冷等， 如果在使用时互相混用， 就会使橡胶圈因处于不利的环境中工作而提前损破。橡胶密封圈的大小也符合一定的标准， 过大， 会使其摩擦力额外增大而易于损坏； 过小， 会使密封性差。橡胶制品本身存放过程中， 就很容易在氧气、日光中的紫外线以及高温等因素的作用下， 产生老化、变质、使其弹性和强度显著下降。如果装用了已经老化的橡胶密封圈， 则势必会引起橡胶圈破裂。

预防及处理方法：目前最有效的预防方法就是减小油仓内的压力从而减小密封圈所受的压力，一般叶根部位的唇式密封圈，在给叶根轴承加注润滑脂时，将叶根的排油口全部打开，一边变桨，一边缓慢的将油脂注入叶根的润滑槽。注完油脂后，不要急于盖上排油口，继续让变桨动作，让尽可能多的叶根轴承内的旧油排除，以减小新旧油对密封圈的冲压。其他加注润滑脂的部位也一样，加注前一定要先打开排油或排气孔，加注完成后继续让设备运转一段时间后在盖好排油排气孔。如若像偏航减速器或其他一些需加注润滑油液的部位，一般这些部位都安装有透气塞在每次加注完润滑油液或点检、维护后都要对透气塞检查，看是否有堵塞现象。防止透气孔堵塞，使油仓内的压力大于油仓外的气压，造成密封圈受压损坏。

4. 结束语

风电机组渗漏油会造成相关系统效率下降或达不到工作的要求，影响设备的寿命和安全稳定运行，此文章针对使用维护过程中的渗漏油问题，着重从安装，减少泄露环节、严格控制装配过程的密封方式的正确实施、正确使用设备定期维护等方面作出了相应的解决措施；大大减少了风电机组的渗漏油问题 ，受到了良好的效果。

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