Page 107 - 新能源风力发电技术与自动化技术研究

第三章 风力发电机组设计与优化

提前失效导致风机停机造成的经济损失，需要厘清风机不同部位轴承的主要失效
形式和失效原因，有针对性的提供润滑解决措施来保障风机的平稳运行。
（一）轴承摩擦学问题和润滑脂研究进展

1. 微剥落问题和润滑脂的研究
风机的主轴轴承对于传动系的平稳运行至关重要，然而普遍的情况是主轴承
发生故障的时间要远早于其设计使用寿命，这导致了高昂的停机时间和维修的成
本，更换主轴承的费用可能高达 200 万元。为了适应轴和轴承箱之间的错位，主

轴承最常使用的是球面滚子轴承，影响球面滚子轴承寿命的磨损并不是典型的滚
动接触疲劳，而是微剥落。原因主要是由于滚子在不稳定运行过程中在滚道上滑
动而产生局部高应力。此外，主轴极低的转速（25~35r/min）也是导致微剥落的
原因，因为低速无法形成足够的油膜来分离滚子和滚道之间的接触凸起。目前，

主轴承微剥落问题的设计解决方案主要是通过使用预加载的圆锥滚子轴承来消除
滚子和滚道间的滑动，然而圆锥滚子端面的滑动程度很高，滑动导致更大的牵引
力，从而降低了滚子的转速，再加上此部位的润滑膜厚度较小，也会导致微剥落
和微裂纹。此外，也有使用表面涂层处理的球面滚子轴承，来提高金属表面的摩

擦学性能和轴承使用寿命。主轴承中的润滑脂在提高轴承可靠性方面发挥着重要
作用，这类润滑脂应当具有微动磨损防护和防腐蚀性能，以及优异的低温泵送性
能，润滑脂配方需要考虑其他环境因素，例如潮湿和降水的水汽进入轴承，以及
海上风机中空气和水中的盐分，这些因素可能会干扰润滑脂膜的形成，并导致较

高的磨损率和腐蚀率。
目前，主流的观点是主轴承应当使用由高粘度基础油生产的润滑脂进行润滑，
以形成比较厚的油膜来应对微剥落问题。然而，日本油脂公司的研究者却有不同
的看法，认为低粘度基础油生产的润滑脂具有更好的流动性，更容易回流到摩擦

面进行润滑。近年来，风机原始设备制造商和风场运营商为了简化和便于管理，
尝试将主轴承和变桨轴承的润滑脂进行统型，两者虽然有一样的润滑需求，但两
者的失效模式不同，壳牌公司对比分析了不同工作温度下 ISO150 和 ISO460 脂
在重载低速工况的油膜厚度和润滑脂寿命，认为选择润滑脂首要考虑的是环境温

度和对应轴承温度下的基础油的粘度，其次才是润滑脂的其他性能，主轴承需要
高粘度基础油提供高承载和冲击负荷要求，与变桨轴承需要低粘度提供良好抗微
动磨损的要求相矛盾，配方师折衷选择会损失二者的最佳性能。

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