浅谈风电机组主轴轴承橡胶密封

尚庆花 赵海龙

摘 要：主轴轴承是风电机组中的重要组成部分，为使得风电机组性能得到完善，要对主轴轴承进行橡胶密封。在这一过程中，需要对胶料特性对风电机组主轴轴承橡胶密封的影响、设计参数对风电机组主轴轴承密封的影响、过盈量大小产生的影响、腰部厚度与腰长影响等相关内容有正确认识。这样才能尽量避免各类因素的影响，确保风电机组自身的安全稳定运行。

关键词：风电机组;主轴轴承;橡胶密封

在如今社会快速发展背景下，我国很多化石燃料、绿色资源以及能源等出现持续枯竭情况，自然环境的恶化，使得国家在发展过程中能够给予绿色环保、节能减排工作等更多的重视与关注。这也使得绿色环保能源风电，受到更多人的重视与关注。在十三五能源规划，以及2022年北京冬奥会举行背景下，风电市场迎来更好发展。风电可以促使气候变化问题、空气污染问题以及能源安全问题等得到更好解决。风电机组在使用过程中，主轴轴承需要承受巨大荷载，而且容易受到自然环境影响。为避免这一情况出现，会使用橡胶密封，从而将风电机组优势与价值发挥出来。

1 胶料特性对风电机组主轴轴承橡胶密封的影响分析

在温度一定与压力一定情况下，橡胶品种不同，那么流体介质的敏感度也存在不同。但无论是使用哪一种类型的橡胶，将其作为夹布油唇唇口材料，被浸入到润滑脂中时，会受到分子间引力影响，使得橡胶被润滑脂充满[1]。在这一过程中，硫化橡胶中存在的不同物质会直接从橡胶中析出，比如，防老剂、增塑剂等。如果渗入的油，相较于橡胶内部析出油的可溶成分多时，橡胶材料会出现膨胀现象。如果渗入的油，相较于橡胶内部析出的油少，那么橡胶材料会产生收缩问题。从当前风电机组主轴轴承夹布油封的使用中不难看出，通常情况下会将，Mobil SHC460WT等不同类型油脂作为主要介质。并且此类油脂需要长期处于复杂环境中，比如，臭氧环境、多盐环境、低温环境以及腐蚀环境等。基于此，在油封唇口橡胶材料的选择中，要在最大程度上保证其科学性与合理性，这样才能延长使用寿命。进口主轴油封瑞士SKF通常情况下选择的是聚氨酯橡胶、英国选用的是丁腈橡胶、日本选用的为氢化丁腈橡胶，而我国国内往往选用的是丁腈橡胶。

2 设计参数对风电机组主轴轴承密封的影响分析

从当前我国风电机组的使用中不难看出，大部分风电机组主机厂商的主轴轴承密封，往往选用的是主副唇形式的夹布油封，主轴轴承在工作过程中，可能会产生不同心度，该心度最大为1.5mm，该种油封具备良好的随动性特点。而随动性的优劣，会受到腰部设计影响。如果腰部设计较薄，那么随性性也相对较好，在此期间，对于主轴轴承能够产生紧固力，实现对瞬间密封失效的补充。除此之外，油封密封效果还会受到不同因素影响，比如，腰部薄厚影响、腰长影响、主軸轴承避免粗糙程度影响等。对于具体影响，主要从以下几点进行阐述：

2.1过盈量大小产生的影响分析

过盈量通常情况下主要是指，在自由状态之下唇口直径与轴径之间存在的差距，该自由状态主要是指在未安装弹簧的状态。唇口在无弹簧时的径向密封力会增大，实现对因为轴偏心形成的相对尺寸差进行补充。在过盈量过小情况下，可能会因为偏心、轴跳动量较大，出现密封力失效情况，一旦出现这一问题，会造成泄漏。如果过盈量较大，唇口与轴会过度相贴，唇轴之间的间隙太小，从而产生干接触情况。在此背景下，风电机组在运行期间，高温环境会出现在唇与轴表面之间，使得唇口老化龟裂速度较快，严重情况下会烧坏密封唇，无法将密封效果发挥出来[2]。因此，对于过盈量的选择要给予更多重视，避免过盈量过高或者过小情况出现。在实际过盈量大小设计工作开展中，需要结合橡胶材料弹性恢复速度、几何精度情况展开。一般而言，如果橡胶材料弹性恢复较快，那么轴承几何精度相对较差，因此，过盈量在设计期间可以小一些。唇口过盈量，与轴径之间成正比关系。

2.2腰部厚度与腰长影响分析

腰部厚度的影响，主要体现在夹布油封唇口对主轴轴承的跟随性当中。如果腰部较薄，那么跟随性较好，但产生的压力较大，腰部位置容易出现突出变形情况;腰部过厚会造成跟随性能下降情况，从而引发泄漏问题。偏心运转过程中，会引发唇口波动问题出现，使得腰部位置需要承受唇口与轴之间产生的摩擦阻力，摩擦阻力还会造成扭矩变形情况产生。基于此，在实际唇口与抽接触状态稳定性的改善中，不仅是采用增加油封腰部刚性方式，还是采用提升橡胶耐老化能力方式，都可以结合实际情况，适当增加腰部厚度。油封腰部可以使得油封径向力得到保障，在实际腰长的设计中，要结合径向力情况展开。

2.3主轴轴承套表面粗糙程度影响分析

油封性能以及油封的使用寿命，会受到风电机组主轴轴承套表面粗糙程度影响。如果风电机组主轴轴承套表面粗糙程度较低，那么油封很容易从密封接触面之间被挤出，这一情况的出现，会造成油膜变薄情况，或者油膜破裂情况出现，而油封唇口位置会发热，严重情况下会被烧化[3]。如果风电机组主轴轴承套表面粗糙程度较大，那么轴承在运转过程以及运转完毕后，会刮伤油封唇口，密封面变毛，造成油封唇口磨损速度加快，从而产生泄漏问题。基于此，为使得油封密封性能得到保障，要将其表面粗糙程度控制在有效范围内。

3 新型结构夹布油封研制分析

从目前国内市场发展中可以看出，在风电机组中的主轴轴承，仍然以单轴承为主，单轴承在实际应用中，占据较大比例。单轴承风电机组在运行期间，相较于双轴承主轴会产生较大偏心量。如果在这一过程中，受到自然环境的影响，那么会出现轴向微小倾斜情况、径向跳动情况等。由于受到不同因素影响，如果单纯使用主副唇结构主轴承夹布油封，可能会出现无法更好满足工况条件情况，严重情况下会造成漏脂问题出现。基于此，为使得此类问题能够得到更好解决，要加大新型结构夹布油封研制力度，例如，我国铁岭五星针对单轴承风电机组，进行一新型结构夹布油封的设计[4]。该种夹布油封设计采用的主要为双主唇结构方式，这样可以在原本的密封空间中，实现两个密封条件与密封效果。加之该密封腰部结构较为特殊，因此，具备较强的抗偏心能力、补偿轴向窜动能力等。新型结构夹布油封，能够实现对以往主轴轴承发生的径向位移情况、轴向位移情况在最大程度上得到弥补，这样可以达到更好密封效果，从而防止大量漏脂情况产生。

结束语：

综上所述，针对风电机组主轴轴承橡胶密封问题，需要相关工作人员能够明确不同影响因素的具体影响情况，包括腰部厚度与腰长影响、主轴轴承套表面粗糙程度影响等。针对影响因素给出相应调整措施，这样能够避免各类问题的出现。实现风电机组的安全稳定运行，促使风电机组在节约更多能源、保护环境中将自身优势与价值发挥出来。在这一过程中，还要做好新型结构夹布油封研制工作，促使主轴轴承橡胶密封能够满足相应需求，实现风电机组自身的安全稳定运行，为节约能源、推动社会更好发展打下良好基础。

参考文献：

[1]姜宏伟.过盈配合下风电机组主轴轴承寿命研究[J].重型机械，2021（01）：73-76.

[2]李达，姜宏伟，宁文钢，王岳峰.风电机组调心滚子主轴轴承匹配设计技术研究[J].机械管理开发，2020，35（10）：1-3.

[3]梁培沛，肖剑.风电机组轴承磨损的油液监测技术研究与应用[J].能源与节能，2020（05）：37-40.

[4]凌永志，鲁纳纳，孙启涛，银磊.风电机组主轴轴承故障的分析与预测[J].风能，2020（04）：74-78.

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