风电转盘轴承常用密封件的选型与安装.docx

专题综述风电转盘轴承常用密封件的选型与安装戴天任，赵雁，苏兆力，刘攀，吴朝晖( 洛阳轴承研究所有限公司 重大型事业部，河南 洛阳471039)摘要: 风电转盘轴承密封件的正确安装与使用对风电转盘轴承滚道内部保护和自身的使用寿命非常重要。介绍了风电转盘轴承密封件的选用、安装方法及其对风电转盘轴承寿命的影响。关键词: 风电转盘轴承; 密封件; 选型; 安装中图分类号: th133 33文献标志码: b文章编号: 1000 3762( 2012) 08 0056 03近年来伴随着风电轴承的迅速发展，其制造技术也日趋成熟，但每个单位对风电轴承密封件 的选择与安装方法各有不同，甚至差异很大。在此，通过总结吸取经验教训，探索出一个较为科学 实用的密封件选择与安装方法，以期提高风电转盘轴承密封件及轴承的使用寿命。表 2 密封件老化试验( 100 ，70 h)试验项目检测标准试验结果拉伸强度变化率扯断伸长率变化率硬度变化率+ 3 5% 15%+ 4%astmd5732004表 3密封件耐臭氧试验试验条件检测标准试验结果 61密封件材料轴承密封件所使用的材料常见的有 i 3 耐臭氧浓度 25 10% ，astmd11492007表面无裂纹温度 40 ，湿度 50% rh，伸长量 20% ，时间 48 h 油橡胶、丁腈橡胶和氟橡胶等。其中目前比较常见的是 i 3 耐油橡胶，其适合常温和轴承精度要 求不高的工况; 丁腈橡胶的综合性能较好，风电行业等对精度要求较高的转盘轴承密封件常选用此种材料制造; 氟橡胶耐油、耐热且耐化学性能好， 但其价格较高，没有前两种使用普遍。主要材质 的 密 封 件 在低温和高温两种情况下，其材质本 身 的 性 能 变 化 并 不 大，表 现 出 较 好 的 稳定性，完 全 可 以 满 足风电转盘轴承的使用环 境要求。不过国内 风 电轴承行业的发展还未达 到 20 年，所以建议 风 电轴承的密封件 5 年 更 换一次。风电轴承的工作环境温度 一 般 为 40 +50 ，要求使用寿命 20 年。因此，风电轴承对密封件材料的要求为: 低温性能好，扯断强力高，耐 磨性好且使用寿命较 长1。为了了解丁腈橡胶 的性能是否适合风电轴承的工况，进行了相应试验，结果见表 1 表 3。从表中试验数据可以看出2，以丁腈橡胶为22 1密封件类型及选型类型风电转盘轴 承常用密封件有单唇密封 和 双唇密封 2 种。转盘 轴承使用的单唇密封通常有 3 个尺寸，主 体 厚 度 为 3 ，5 和 10 mm，而 国 内 风 电转盘轴承多采用厚度为 5 mm 的单唇密封件。 单唇密封件的主体 部 分 设 计有均匀分布的多个 突起点( 图 1 ) ，可以增加其与密封槽之间的摩擦力( 图 2 ) ，防止密封件脱出与打滑。双唇密封件 有内唇和外唇，其 外 唇 可 以 阻 挡 水 分、灰 尘 及 其他有害物 质 侵 入 轴 承 内 部，内唇可防止润滑脂 泄漏。密封件上的 多 个半圆形突起可起到定位 作用等，这 3 个 点 与密封槽配合形成了一个密 封闭合回路( 图 3 ) ，从而使密封效果更好且使用 更持久可靠。表 1密封件常规试验试验项目检测标准试验结果拉伸强度扯断伸长率astmd4122006ae219 9 mpa252%邵氏硬度邵氏硬度( 30 )astmd2240200676 hsa83 hsa低温测试( 40 ，3 min)astmd21372005无脆裂收稿日期: 2012 02 03; 修回日期: 2012 03 05戴天任，等: 风电转盘轴承常用密封件的选型与安装57表 4 风电轴承安装密封件前、后的磨擦力矩对比试验项目数值 / ( nm)轴承空载摩擦力距密封件产生的摩擦力距 安装密封件后总的力距1 000 3 0002 500 4 0003 500 7 000从表 4 密封件安装前、后的磨擦力矩变化对比可知，轴承密封件对风电轴承的启动摩擦力矩 影响较大。所以密封件的好坏及选用对于风电轴 承也是一个重要考察指标。图 1 厚度为 5 mm 的单唇密封44 1安装方法及注意事项安装密封件安装是否得当对轴承的使用及其寿命有着较大的影响。如果安装方法合理，不仅可以提高工作效率，还能显著降低劳动强度。下面介 绍转盘轴承密封件比较通用的安装过程。( 1) 首先由设计人员计算轴承所用密封件的 长度，并将其标注于图纸上; 装配人员根据图示， 用剪刀按照计算出的长度剪下对应的密封件，然 后用专用的黏合剂将其粘接起来，并确认粘接牢固。( 2) 在密封件 2 个密封唇口之间涂少量润滑 脂，即图 4 中内唇处 ( 单 唇 不 需 要 涂) ，并 在 密 封 槽选择 8 个等分点，将粘接好的密封圈先置入这8 个点内，然后从 2 个相距 180 的定位点两侧开 始向中间安装，用胶木棒或气动锤慢慢将粘接好 的密封件完全嵌入密封槽内。图 2单唇密封件与密封槽的配合图 3双唇密封件与密封槽的配合2 2选型由于风电机组对轴承寿命要求比较长，而且工作环境比较恶 劣，大多数位于气温较低 ( 40 左右) 、风沙较大的地区，对密封件的密封效果要求较高。而大多数风电厂家还要求保证轴承滚道内的油脂不外溢，所以风电转盘轴承基 本均选用双唇密封件来满足主机的使用要求。但是由于偏航轴承多数为单排四点接触球结构，有 时因其外形结构、尺寸无法满足内、外圈均采用双唇密封，这时可根据轴承的具体结构和尺寸选择1 个单唇密封 + 1 个双唇密封，以满足轴承的使用 要求。图 4 双唇密封件安装示意图( 3) 按顺时针或逆时针方向检验密封件整圈 是否压实，有无不平整或凸、凹等缺陷。3密封件对摩擦力矩的影响由于风电机组对轴承启动摩擦力矩有一定的注意事项( 1) 密封件按所计算的长度剪下后需要将其 接头处修剪平齐，这样便于接口的粘接，并保证其粘接的牢固性。( 2) 使用 8 等分点的方法安装密封件是要控 制密封件的拉伸和挤压量，尽量让其在安装后保 持自然平整的状态，这样可以减少密封件在轴承 工作中的受力，保证其正常使用寿命。4 2要求，其启动摩擦力矩是判定产品是否合格的一个重要指标，所以须严格控制。对轴承启动摩擦 力矩有较大影响的 3 个方面是: 初始摩擦扭矩、润滑脂和密封件。尤其是双唇密封件对启动摩擦力矩有较 大 的 影 响，表 4 给 出 了 1 5 kw 风 机 用1 900 mm 轴承安装密封 件 前、后 试 验 ( 转 速1 r / min) 的力矩变化对比。58轴承2012 8( 3) 涂抹少许润滑脂可以使安装更加容易，且安装后必须保证整个密封件压实、平整，否则容 易出现溢脂、漏脂现象。4 3 其他类型密封件的安装除了长条剪裁型的密封件还有一种整体型的 密封件。整体型密封件是根据要求的使用长度直 接做成密封圈的形式，其具有无接头、尺寸精确和 可以有效避免安装过程中过量拉伸等优点。整体 型密封件安装方式与长条剪裁型是一样的，采用8 点等分法进行安装。整体型密封件长度须按需 求定制，有一定局限性，而且其造价较高，所以目 前国内企业通常不予选用。5结束语密封件对风电轴承的使用性能和寿命起到至关重要的作用，所以根据轴承的结构尺寸、使用场合及工况选择材料、结构合适的密封件就显得尤 为重要。密封件的正确安装同样重要，不但可保 证风电轴承的精度和性能，更利于保证风电轴承 的正常使用寿命。参考文献:1 铁岭五星油膜橡胶密封研究所 风电轴承密封制品 手册m 20102德 国 simrit 风电轴承密封制品 用 户 手 册m2010( 编辑: 赵金库)( 上接第 31 页)佳热处理工艺获得的数值。渗碳钢 g20cr2ni4 采用正常渗碳淬火，高温回火，二次淬火及 180 回 火工艺处理试样，渗碳深度为 1 mm。拉伸试样为 10 mm。试验结果见表 8。抗拉强度比较为了对比几种钢材的抗拉强度，高 碳 铬 轴 承 钢( gcr15，gcr18mo) 和 g8simnmovre 均 采 用 最5表 8 几种钢材的抗拉强度序号钢种热处理工艺表面硬度 / hrc抗拉强度 / mpa马氏体分级淬火( 810 ，170 淬火，170 回火)12345g8simnmovreg8simnmovre gcr15gcr18mog20cr2ni462 62 561 6261 6261 6261 622 3302 1351 9752 0701 600贝氏体分级淬火( 850 ，230 ( 1 + 3)贝氏体淬火( 870 ，230 4 h) 贝氏体淬火( 870 ，230 4 h)930 渗碳 1 mm，两次淬火，180 回火h)注: 工艺见本文 2 2 节从表 8 看出，g8simnmovre 的抗拉强度均高 于高碳铬轴承钢和渗碳钢。合力学性能及寿命可靠性上都优于原用材料，且降低了制造成本( 材料成本、加工成本能降低 15% 20% ) ，延长了使用寿命。由此可见，用新材料g8simnmovre 替代渗碳钢材料是可行的。6实用效果根据以上试验结果，按原轴承设计结构，在不7结论( 1 ) g8simnmovre改变任何设计参数的情况下，只对材料进行变更，将原用 材 料 g20cr2ni4 用 新 材 料 g8simnmovre 替代进行了轴承在机试验。共投入 4 套轴承在线 跟踪，按实际在线轧制时间与原用轴承作对比，结 果见表 9。的冲击韧度比渗碳钢 g20cr2ni4 高，比高碳铬轴承钢高 3 倍多。( 2) g8simnmovre 的强度略高于渗碳钢和高 碳铬轴承钢。( 3) g8simnmovre 的 淬 透 性 好，有 效 淬 透 厚 度大于 70 mm。( 4) g8simnmovre 的热处理工艺可与高碳铬 轴承钢基 本 相 同。只是马氏体淬火温度低一些， 淬火加热温度范围为 780 830 。贝氏体淬火 温度也低一些，应为 850 。( 5) g8simnmovre 取代渗碳钢制作承受冲击 载荷较