摘要：变桨轴承作为风电机组中的重要轴承，良好的润滑状态对风电整机的性能有着重要影响。文章针对风机变桨轴承对风电设备的运行特点和润滑剂选择的原则进行了分析。简要介绍了变桨轴承的几种润滑方式，并对其技术特点分别进行了探讨。最后，对当前的废旧油脂清除方法和废旧油脂自动清除系统的工作原理进行了介绍，并对废旧油脂自动清除系统的意义及其优越性进行了分析。
关键词：风电机组；变桨轴承；润滑
Abstract:As an important bearing in wind turbine, the good lubrication condition of variable-pitch bearing has an important impact on the performance of wind turbine. In this paper, the operating characteristics of wind power equipment and the selection principle of lubricant are analyzed according to the variable propeller bearing of fan. Several lubrication methods of pitch bearing are briefly introduced, and their technical characteristics are discussed respectively. Finally, the current methods of removing waste grease and the working principle of the automatic removing system of waste grease are introduced, and the significance and advantages of the automatic removing system of waste grease are analyzed.
Keywords: wind turbine; pitch bearing; lubrication
1 引言
随着全球气候变暖的加剧与化石能源的日趋枯竭，如何高效利用风能这一绿色能源成为各国竞相关注的热点。作为一种清洁可再生能源，风力发电技术在近20年来发展的愈加成熟。但风电机组由于工作环境恶劣，维护成本高昂，对机组轴承的可靠性带来了严峻的挑战。在这其中，变桨轴承这一连接着轮毂和叶片的轴承，由于其需要承载叶片载荷并传递扭矩，其能否安全可靠运行成为保证机组能否正常工作的重要前提。若变桨轴承产生问题需进行维护，则需将叶片连同轮毂一同拆卸，这一繁琐工作为机组维护带来了巨大的工艺和费用负担。[1]
有数据显示，超过半数的轴承失效事故是因为轴承润滑失效或不合理导致的。在这其中，内部沟道与钢球失效、内圈轮齿失效等失效形式是机组变桨轴承最主要的失效形式，故如何选取合理的润滑方案是提高变桨轴承使用寿命的重要课。[2]
2 风电设备运行特点和润滑剂的选择
目前我国的风电场主要集中在冬季气候寒冷的北部地区和夏季高温、海水盐雾大的沿海地区。同时由于风电设备的特殊性，需要将其置于野外、高空等环境中。由于这些特性，在进行风电设备润滑剂选取时，必须考虑以下问题：
润滑剂产品是否具有优良的低温流动性，以满足严寒地区冬季的使用需求。
润滑剂产品是否具有优良的高温稳定性。以满足夏季因为设备运转、高空阳光照射等情况，油品在高运行温度下不会造成使用寿命严重降低的问题。
对于变桨轴承来讲，因为其低速重载的运行特点，故多采用脂润滑方式。由于其工作环境的特殊性，变桨轴承润滑脂需要具备更大的温度范围、优秀的针入度稳定性、抗水性、防腐性以及对特定金属的相容性和良好的低温性能等。Mobil SHC 460wT, Aeroshell Grease 14等润滑脂在变桨轴承中较为常用。[3]
3润滑方式
3.1 手动注脂
在我国风电行业起步阶段，包括主轴轴承在内的机组轴承都是采用手动定期注脂的润滑方式。维护人员通过注脂枪向固定位置的注脂口加注定量的润滑脂。当轴承达到固定的运转时间后需要停机以排出废脂并加注新脂。显然，采用手动注脂的方式会产生相当多的问题，最为重要的一个就是其易受人为因素影响，从而导致过润滑或欠润滑现象。如果发生过润滑，会破坏轴承密封，同时造成浪费并污染机舱环境；若发生欠润滑问题，则又会使接触面发生干摩擦，破坏其内部结构，大大削弱轴承的可靠性。此外，固定口单点注脂的方式易造成注脂区域润滑脂集聚而内部缺少润滑的现象。
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3.2 自动润滑系统
由于人工润滑方式存在诸多弊端，随着风电技术的发展，已不能满足机组的润滑需求，自动加脂润滑系统即应运而生。通过自动润滑系统少量、频繁加脂，可以使机组维持最优润滑状态。
自动润滑系统以电动润滑泵单元作为润滑脂储油器使系统自动完成润滑部位的润滑。依靠自动润滑系统，可以使轴承多点自动润滑成为现实。
对于变桨轴承来讲，由于其内外圈分别与轮毂和叶片相连，同时在0~90°范围内旋转，这就要求其必须具备承受交变载荷的能力。而通过自动润滑系统，轴承滚道内可以得到定期定量润滑，从而降低交变载荷带来的损伤，提高轴承的可靠性和使用寿命。
3. 3 集中润滑系统
主流的风电机组集中润滑系统通常为递进式集中润滑系统，通过单一润滑供给源，经油量计量后通过分配器、分送管道定时定量的将润滑油脂供给各润滑点。集中润滑系统有诸多优点，例如降低维护成本，节省人力;合理定量润滑，减少润滑剂的浪费和污染；更好的对难接触点进行润滑等。
基于这些特点，集中润滑是对滚动轴承多点润滑的最好方式。通过集中润滑可以使机组轴承的润滑更为合理充分，同时避免浪费，维护也更加简便。针对变桨轴承的集中润滑系统，可以通过一套系统对变桨轴承滚道与齿圈进行集中润滑，或利用两套系统分别进行润滑。
4 废旧油脂的清除方法
4.1 现行清除方法及其缺陷
对于风电机组轴承的废旧油脂清除，目前主流的方法是在轴承圆周的小孔处安装集油瓶收集。在注脂时，由于新油脂的挤压作用，废油脂会从轴承内腔排出并进入集油瓶，然后定期对集油瓶进行集中清理。这种方法在实际维护过程中存在一定问题。设备出厂投运初期，注入的新油脂粘稠度适中，集油瓶尚能收集到一定量的废油脂。但随着运转时间的增长，润滑脂中的基础油会逐渐析出，导致油脂粘稠度增高并粘附于内腔之上，并且阻塞甚至堵死了排油通道。当其内部压力超过轴承油封的密封能力时，就会导致油封涨破，新油脂注入时不会对废油脂产生挤压作用，废旧油脂难以排出。此外，新注入的油脂还会溢出并污染主机。如果对刹车盘造成污染，可能导致刹车失效；若覆盖电器散热器，会导致其超负荷工作，带来火灾隐患。
粘附于轴承内腔中的废油脂失效变硬之后还会和磨损产生的碎屑混合并堵塞滚道，加速轴承的磨损，造成滚道和滚珠的损伤，从而导致二者之间的摩擦阻力矩增大，为风电机组的安全性和经济性带来影响。这种情况下，无论是手工注脂方式还是自动集中注脂方式，由于上述原因，润滑脂难以有效充填滚道润滑点，达不到预定润滑效果的同时还会对机舱环境造成污染。
4.2自动清除系统工作原理及意义
轴承废油脂自动清除与集中回收系统可以较好地解决上述问题。通过与集中润滑系统的联合作用，在集中润滑系统向润滑点注入润滑脂的同时，自动清除及集中系统会从轴承内腔中吸出等量的废旧油脂。
轴承废油脂自动清除与集中回收系统的工作模式与集中润滑系统类似，按照控制器的指令定期对废油脂进行清除和回收。当系统收到指令启动废旧油脂清除回收程序后，液压泵开始运行输出指定的液压力，吸排脂器在电磁换向阀和动力油管的作用下开始运行。动力油管共有两路，当其中一路受到液压泵油压时，另外一路即导通油箱泄压。此时第一路动力油管中的液压力将油缸活塞推向右端，油缸活塞以铰接的方式将柱塞泵柱塞拉至其左极限位置，柱塞泵工作腔产生真空吸力并导通轴承内腔从中吸出废旧油脂。当动作完成后，电磁换向阀改变方向，第二路动力油管中的液压力将油缸活塞推向右端并将柱塞泵柱塞压至右极限位置，这样就把已经吸入塞泵工作腔中的废旧油脂排入到回收器中并进行集中处理。
轴承废旧油脂自动清除与集中回收系统能够定时对轴承内腔进行清理，通过将变质油脂与磨屑的混合物吸出轴承内腔，起到降低摩擦阻力、减缓轴承磨损、消除内腔压力、保证良好散热的作用。使得自动集中润滑系统能够顺畅的将新润滑脂注入轴承内腔，同时稳定了内腔压力水平，避免油封发生涨破产生漏油现象。通过两个系统的联合作用，使轴承内润滑脂的量保持在适度水平，更好的促进了润滑油膜的形成和维持，提高了轴承的可靠性和使用寿命。同时也使舱内环境得到保障，易于工作人员维护和检修。
5 小结
变桨轴承作为现代主流风力发电机组中的重要轴承之一，其使用性能的优劣、寿命长短与风电机组能否正常、经济的运行有着直接关系。重复全面的了解风力发电机变桨轴承的润滑现状并做好对其的润滑维护工作，有利于保证风电机组的可靠性、延长其使用寿命、降低运护费用，从而降低事故隐患、及时处置故障萌芽。充分了解润滑对设备的重要性，最大可能满足风电机组20年全寿命周期的润滑要求。
参考文献
[1]陈龙,杜宏武,武建柯,王玲. 风力发电机用轴承简述[J]. 轴承,2008,12:45-50.
[2]徐斌,王志德. 电动变桨轴承故障原因分析及改进措施[J]. 煤矿机械,2008,10:139-140.
[3]宣小平,杨搏,余晓莺. 风电机组润滑产品解决方案[J]. 风能,2011,02:65-69.
论文作者:张荆
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：轴承论文; 油脂论文; 润滑脂论文; 系统论文; 机组论文; 风电论文; 废旧论文; 《电力设备》2018年第24期论文;