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摘要：社会经济的迅速发展离不开化石燃料的支持，但是随着化石能源逐渐枯竭，开采力度变得越来越困难，国家迫切需要新的能源来补给化石能源的不足。这时，风电能源成为能源补给的最优选择，其不仅能弥补化石能源所造成的环境污染问题，且在价格上、能源安全上都能满足国家相关需求。风电机组能将自然风电转换为人们所需要的能源，其技术的关键在于风轮（轮毂和叶片组成），而风轮轴（主轴）作为风轮的重要组成部分，其轴承密封性的好坏将影响风电机组运行。本文主要分析风轮轴（主轴）的轴承橡胶密封。
关键词：风电机组；主轴轴承；橡胶密封
据2016年的“中石油报告”显示，我国石油的需求量每年以2%的速率增长，11年后将增至6.7亿吨；我国天然气的需求量到2050年将增至7100亿平方米。但是我国的石油产量和天然气产量分别将在2030年和2035年见顶，之后的能源供给主要依靠进口。在这样的情况下，绿色环保的风电能源就受到了国家重视。风电机组能将自然风电转换为风电能源，而实现风能到机械能转换的关键部件是风轮。轮毂和叶片组成风轮，风轮轴（主轴）固定风轮位置，在支撑风轮重量的同时，起着保障风轮正常运转，将力矩传递给增速器的作用。
由此看出，风轮轴（主轴）在风电机组中占有十分重要的位置，其轴承良好的使用会直接影响整个风电机组的正常运行。而风轮轴（主轴）轴承的工作条件是在良好的润滑系统里，因此，为了保证风轮轴（主轴）轴承工作条件的良好性，必须对风轮轴（主轴）轴承进行合理密封。据调查显示，在我国的风电行业中，大部分厂商对风轮轴（主轴）轴承的密封都是采用的橡胶密封。在本文中，笔者将从风轮轴（主轴）轴承橡胶密封的胶料特性出发，进一步分析研究风电机组的风轮轴（主轴）轴承橡胶密封。
1、风轮轴（主轴）轴承橡胶密封的胶料分析
夹布油封对风轮轴（主轴）轴承有着良好的密封性，大部分风电机组生产厂商都是使用的夹布油封。橡胶作为夹布油封的唇口材料，在温度和压力一定的情况下，不同的橡胶材料对流体介质有不同程度的敏感。但是把它们浸润在润滑脂时，受分子与分子间的引力影响，橡胶在充满润滑脂的同时，还会硫化橡胶中的其它物质，并将其析出，比如：增塑剂、防老剂以及硫化促进剂等等。当析出的油的可溶成分小于渗入的油时，橡胶就会膨胀，而当析出的油的可溶成分大于渗入的油时，橡胶就会收缩。
据调查显示，我国目前大部分风轮轴（主轴）轴承在进行夹布油封时，其介质大都为MOBIL SHC460WT和KLUBER BEM41-141油脂。且风轮轴（主轴）轴承的工作环境十分恶劣，比如臭氧、沙尘、低温等等。长此以往，不仅会影响风轮轴（主轴）轴承的使用寿命，还会影响整个风电机组的正常运行。因此，为了最大限度的延长风轮轴（主轴）轴承的使用，夹布油封的唇口需选用合理的橡胶材料。比如：进口的风轮轴（主轴）瑞士SKF选用的橡胶为AU（聚氨酯橡胶）、进口的英国JAMES WALKER选用的橡胶为NBR（丁腈橡胶）、国内的广研选用的橡胶也为NBR（丁腈橡胶）、进口的日本NOK选用的橡胶为HNBR（氢化丁腈橡胶）。
由此看出，在风电行业中，大部分风电机组生产厂商在进行夹布油封时，所使用的橡胶品种主要分为三种，一种是AU（聚氨酯橡胶），这种橡胶材料的拉伸强度较高，在臭氧的环境下也能很好的工作，且具有较强的抗老化和耐油性能，其耐磨程度是所有橡胶品种之中最好的一种。但是，它的耐水性、耐温性却是最差的，比如：当温度过高时，它会更快的水解。因此，它的使用温度一般为-20摄氏度至+80摄氏度之间；一种是NBR（丁腈橡胶），这种橡胶材料的耐温程度一般，包括高温和低温，其耐腐蚀性、臭氧性以及耐磨性都属于中等程度，但是它的耐油性却是最好的，使用的温度一般为-45摄氏度至+100摄氏度之间；一种是HNBR（氢化丁腈橡胶），这种橡胶材料属于高度饱和的一种橡胶，它与AU（聚氨酯橡胶）一样都能在臭氧的环境下工作，并且耐油、耐低温、耐磨，但是价格十分昂贵，它的使用温度一般为-50摄氏度至+120摄氏度。
2、影响风轮轴（主轴）橡胶密封的因素分析
据调查显示，大部分的风电机组厂商在进行风轮轴（主轴）密封时选用的夹布油封形式一般为主副唇形式（如图2-1）。因为在实际的风轮轴（主轴）运行时，可能产生的最大不同心度为1.5mm，这种夹布油封形式随动性良好，会对风轮轴（主轴）形成一定的固紧力，补偿因心度的不同所造成的密封性瞬间失效。总之，影响风轮轴（主轴）橡胶密封的因素主要分为三种，分别是在过盈量大小，即没有安装弹簧时，唇口直径和轴径的差值、腰部的厚度以及风轮轴（主轴）轴承套表面的粗糙程度。
图2-1 主副唇夹布油封结构
首先，风电机组厂商在设计过盈量大小时，需要根据所选橡胶品种弹性的恢复速度和风轮轴（主轴）的几何精度进行设计，因为如果风轮轴（主轴）的几何精度相对较差，可以通过减少过盈量来达到提高风轮轴（主轴）橡胶密封力的效果，一般情况下，唇口过盈量和风轮轴（主轴）轴径呈正比关系。其次，还要注意腰部厚度的设计，风电机组厂商在设计腰部厚度时，要根据径向力的大小来进行设计。因为腰部的厚度与唇口对轴跟随性有直接关系。比如：当腰部过厚时，唇口对轴的跟随性就会下降，容易引起泄漏，严重情况下还会让风电机组无法正常运行。当腰部过薄时，虽然唇口对轴跟随性较好，但是腰部却容易凸出变形。因此，可以适当的增加腰部厚度来提高唇口与轴接触时的稳定性。
最后，还要注意风轮轴（主轴）轴承套的表面粗糙度，因为风轮轴（主轴）轴承套的表面粗糙度不仅会影响风轮轴（主轴）轴承的油封性能，还会影响风轮轴（主轴）轴承的使用寿命。比如：当风轮轴（主轴）轴承套的表面粗糙度过低时，油容易溢出，引起油封唇口发热，严重情况下还会让油封唇口烧化。当风轮轴（主轴）轴承套的表面粗糙度过高时，风轮轴（主轴）轴承在运转过程中会刮伤油封唇口，增大摩擦力矩，从而造成油的泄漏。因此，为了保障良好的油封密封性能，风电机组厂商在设计风轮轴（主轴）轴承套的表面粗糙度时，要选择合理的风轮轴（主轴）轴承套表面粗糙度。
结束语：
综上所述，受社会经济等各方面因素影响，国家加大了对风电能源的开发，风电机组能将自然风电转换为人们所需要的风电能源。其中，风轮轴（主轴）轴承作为保障风电机组正常运行的关键所在，为了延长风轮轴（主轴）轴承的使用寿命，需保证风轮轴（主轴）轴承拥有良好的密封性。我国目前在进行风轮轴（主轴）轴承橡胶密封时，所采用的橡胶品种主要有AU（聚氨酯橡胶）、NBR（丁腈橡胶）HNBR（氢化丁腈橡胶）三种，风电机组厂商在进行风轮轴（主轴）轴承橡胶密封时需根据实际情况，选用合适的橡胶品种。除此之外，还要注意设计参数。
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论文作者:王建
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/28
标签：风轮论文; 主轴论文; 橡胶论文; 轴承论文; 风电论文; 机组论文; 油封论文; 《基层建设》2017年第36期论文;