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淺析兆瓦級風電機組潤滑油脂泄漏問題

2020-03-11
2016年1月17日,中國風能協會(CWEA)在北京舉行的中國風能新春茶話會上公布了2015年中國風電新增裝機容量及累計裝機容量的初步統計數據。2015年風電新增裝機容量同比增長31.5%達到 30.5GW。2015年底累計裝機容量突破145GW,對應按年升幅26.6%累計裝機容量145GW 已大幅超出風電“十二五”規劃制定的100GW的裝機容量目標。隨著風電行業的高速發展,風電機組的一些問題日漸突出。

油脂泄露問題

隨著風電機組大功率化的發展,越來越多的機組采用加壓式集中潤滑系統,該系統結構簡單,自動化程度高,能有效解決風電機組轉動部分的潤滑問題,系統結構如圖 1 所示。
圖1 集中潤滑系統結構

但目前風電機組大多存在偏航、變槳軸承潤滑廢油脂泄露,只有少量廢油脂從設計管道流向集油瓶,大部分廢油脂從偏航軸承密封圈、變槳軸承密封圈流向結構件外表。在機位附近觀察不難發現很多風機葉片、塔筒、直驅式發電機表面都覆蓋有一層黑色油脂,風機基礎周圍地面上也能發現溢出的成團廢油脂。

油脂泄露的危害

這些溢出油脂的排出方式有以下危害:

(1)破壞軸承內部的密封性。密封圈損壞后空氣、水分進入軸承內部將影響軸承的壽命。

(2)密封圈損壞以后導致軸承內部壓力不均, 因此軸承內部將不能均勻潤滑, 某些部位甚至得不到潤滑,嚴重影響軸承壽命和風電機組的安全穩定運行。

(3)廢油脂若從軸承內圈溢出則影響機組的防火性能, 臟滑的工作面也不利于運維人員作業。

(4)如為直驅機組,油脂覆蓋在發電機外表將影響發電機外部散熱筋的散熱性能。

(5)影響機組外觀,正常機組從葉尖到塔基均為白色。

(6)不利于環保,廢棄油脂溢出到機組周圍, 將在一定程度上影響機組周圍的生態環境。

泄漏原因分析
圖2
圖3

從圖2圖3以及現場實際經驗,總結油脂泄露原因如下:

(1)油脂泵加脂壓力過大。

(2)軸承密封圈抗壓強度不夠,承受壓力小于廢棄油脂排出壓力。
 
(3)廢棄油脂排出通道不順暢。
 
(4)集油瓶內活塞阻力過大。
 
(5)軸承結構設計不合理導致油脂泄露。
 
(6)油脂管道內殘余空氣未排盡,造成局部壓力過大,撐破密封圈。廢棄油脂溢出到機組周圍, 將在一定程度上影響機組周圍的生態環境。

如何改進

針對上述原因,逐項做出改進:
 
(1)潤滑系統選型合適,主要是油脂泵和油脂的選擇。油脂泵的Z大加脂壓力不應大于密封圈能承受的Z大壓力,油脂的稠度事宜太稠會增大加脂壓力,且導致加脂不均, 太稀則油、脂分離快易滲漏且潤滑效果不理想。
 
(2)提高軸承制造工藝。特別是密封圈的制造工藝,要求具有耐低溫、耐高溫、耐磨、抗腐蝕等性能。提高安裝密封條處軸承表面的光滑度, 軸承屬于轉動部位,并且由于風電機組的特殊性,軸承基本處于震動狀態,如果軸承表面不夠光滑,將大大增加密封圈的磨損。
 
(3)提高安裝質量,機組正常運行前務必排盡潤滑系統內部空氣。
 
(4)降低集油瓶阻力。目前采用的集油瓶有兩種,一種是通孔集油瓶,廢脂排出不受阻力。另一種為活塞式集油瓶,廢脂排出需要克服活塞與瓶壁的阻力,而該活塞由于工藝、質量問題很容易卡住,導致廢脂不能或很難排出,因此針對活塞式集油瓶應將活塞推至瓶底。
 
(5)改進目前主流軸承構造。由于風電軸承體積大、運動量少、轉速慢且總處于震動中,因此應有別于常規高速軸承。

結語

本文對風電機組偏航、變槳軸承油脂泄漏問題,從潤滑系統的流程、結構上進行了簡要的說明,同時也提出了一些解決方法,在實際中能到起到一定的指導作用。實踐也證明現場采取降低集油瓶壓力甚至讓集油瓶內為負壓、加裝油脂泵溢流閥等方法能有效解決密封圈漏脂的問題。
 
來源:《機械化工》