关于风力发电机主轴承的润滑案例分析

　　内容摘要：风力发电机主轴轴承润滑效果的好坏对其寿命至关重要，本文拟就风场的一起润滑案例现象分析，来阐述润滑脂的工作原理以及润滑脂是如何对风电机组主轴轴承起到润滑作用的。

　　风力发电机主轴轴承是风力发电机的核心备件之一，其寿命关系到整台风电机组的寿命，且一旦失效，更换非常困难，并且费用昂贵。目前兆瓦级风电机组的主轴轴承多采用双列调心滚子轴承, 其同时要承受轴向及径向的负载，其优点是对主轴的偏斜具有适应性，不会卡死。

　　风电机组主轴轴承润滑效果的好坏对其寿命至关重要。目前市场上风电机组主轴轴承的润滑方式主要有两种：润滑脂润滑及润滑油润滑，其中润滑脂润滑占的比例比较高，它适用于安装在机座上的独立主轴承座。由于风电机组主轴轴承的润滑脂更换困难、而且要在极低的环境温度下运行，对润滑脂的选择就非常重要。综合以上润滑要求，我们选择了Mobil SHC Grease 460WT 合成润滑脂(埃克森美孚公司生产)，这种润滑脂是专门为风电机组轴承开发的合成润滑脂产品，它具有寿命长以及良好的低温性能，能够在-40℃的环境温度下，为风电机组主轴轴承提供良好的润滑保护。

　　下面就我公司处理的一起现场案例，来阐述风电机组主轴轴承润滑脂润滑的原理。

　　背景说明：

　　2011 年9 月2 日，某风电机组制造商主持召开关于“3.0MW 主轴轴承投产及后续检测”会议，会议中提到其在某风场现场使用的瓦轴主轴轴承滚子上未附有润滑脂，担心影响主轴轴承的润滑效果，并希望瓦轴派技术人员前往风场查看分析。

　　现场观察：

　　该风电机组开始运行时间为2011 年5 月3 日(总运行时间4 个月)。2011 年9 月7 日，我们同风电机组制造商相关人员一同前往风电机组现场，查看滚子润滑情况，现场拆下了四块主轴承密封端面挡板，并对主轴承滚子润滑情况进行了观察与分析。

　　观察现象：

　　主轴轴承上方腔体内润滑脂很少，轴承内圈滚道上有润滑脂，而滚子可见的非工作面有红色润滑脂，而工作表面局部区未见红色润滑脂(Mobil SHC Grease 460 WT 为红色润滑脂)，在滚子表面没有红色润滑脂的区域用手触摸，感觉有一层粘粘的无色油膜。如图1 所示。

　　情况分析：

　　通过现场观察后，拟从以下的几方面原理进行分析：

　　(1)润滑脂的组成

　　润滑脂是由润滑油(基础油+添加剂)与稠化剂调和而成的。稠化剂的结构是三维纤维或颗粒网状结构，具有很多的孔隙，润滑油就充斥于这种结构当中，因此可以把润滑脂看成是一块充满润滑油的海绵。

　　(2)润滑脂的润滑原理

　　当润滑脂在受到外力时，其中的润滑油会在润滑点负载区域释放出来，即析出，而起到润滑作用;当外力消失的时候，析出的润滑油会有一部分重新吸收回润滑脂中，还会有一部分留在润滑点负载区。真正起到润滑作用的润滑脂中的润滑油，而不是润滑脂本身。

　　(3)润滑脂对轴承的润滑保护

　　润滑脂析出的润滑油可以使轴承滚动面及滑动面间形成一层薄薄的油膜，以防止金属与金属直接接触，从而减少轴承内部摩擦及磨损，防止烧粘，其主要作用如下包括：减少摩擦及磨损、延长疲劳寿命、冷却、密封、防锈等等。

　　(4)润滑脂的沟流特性(成沟性)

　　成沟性是指润滑脂在轴承中连续工作是形成沟槽的趋向，这样滚道旁一部分未工作的润滑脂构成沟槽的槽壁而形成油池，同时也起到一定的密封作用。

　　主轴轴承垂直于地面工作，直径为2.3m， 满发时的转速为18rpm，因而具有很大的线速度为2.35m/s，滚子在不断地旋转过程中，润滑脂受高频剪切，不断地析出润滑油，该油在滚子表面负载区域形成油膜，并起主要的润滑作用，这就是我们所触摸到的无色油膜;同时基础油会降低油脂对滚子的粘附能力，在重力的作用下，滚子表面的红色润滑脂会滑落，这就是我们所观察到的滚子端面(有少量润滑脂)及其工作面为光亮金属色的原因;

　　在主轴轴承中的绝大多数润滑脂相对于主轴轴承处于相对静止状态，是通过润滑脂的析油和少量润滑脂的流动向润滑点补充新脂。多数情况下一定稠度的润滑脂能够在轴承中形成沟流状态，有利于轴承的密封(润滑脂沟槽槽壁)和降低轴承温升(析出的润滑油形成油池)，每当主轴承滚子经过油池时，析出的润滑油都会附着在滚子的表面，而润滑脂过大的粘附性反而会增加轴承温升和功率消耗，不利于轴承润滑。

　　轴承上方滑落下来的润滑脂均沉积在轴承的下半部，打开轴承右下方端面挡板，润滑脂便会成块状下掉，这就是我们所见到的轴承上方润滑脂少而下方润滑脂多的原因。沉积的润滑脂也反映了润滑脂的沟流特性，有利于形成密封和油池，为轴承提供更好的润滑保护。图2为重直轴的1/2 处的润滑脂的分布情况。

　　结论：

　　综合上述润滑脂现象与分析，已与风电机组制造商沟通，他们认可以上的分析。为可靠起见，我们特在轴承上取下润滑脂800g 左右，打包后随飞机带回分析，以确保润滑脂工作的稳定性和轴承运转的可靠性。

　　对所带回来的已工作4 个月的润滑脂的主要特性指标进行检验，检验结果见附表。从检验结果看，润滑脂剪切安定性较好，其主要特性指标没有发生改变。通过检验得知该润滑脂的工作性能稳定，能够保障试验风电机组主轴承润滑。

来源：《风能产业》

更多资讯，欢迎扫描下方二维码关注中国润滑油信息网微信公众号（sinolub）