风机变桨轴承废脂自动收集装置的设计与试验

引言

风电机组运行的可靠性与各关键部件的协同运作密切相关。变桨系统负责调节叶片角度以适应风速变化，其核心部件变桨轴承需定期注入润滑脂以保持良好运行状态。润滑过程中产生的废脂若未及时收集，不仅污染轮毂内部环境，还可能腐蚀电缆和其他精密部件，影响机组安全。当前多数风电设备仍采用人工清理或简易集脂方式，存在效率低、操作难、安全风险大等问题，已不适应风电智能化、自动化的发展趋势。为此，设计一种结构紧凑、自动运行、适应风电环境的废脂收集装置，成为提升设备运维质量的重要方向。

一、风机变桨轴承润滑与废脂排放问题分析

风力发电机组在运行过程中，其变桨系统需不断调整叶片角度以适应风速变化，从而实现输出功率的优化控制。变桨轴承作为关键连接部件，其润滑状态直接影响系统的运行效率与结构寿命。** 变桨轴承的作用是旋转安装在轮毂上的叶片，其外圈通过螺栓与轮毂连接，内圈与叶片连接。** 在运行中，由于负载大、频率高，润滑脂易受到剪切、压缩、温升等多重因素影响而劣化，因此需定期注脂维护。随着润滑脂的更新，劣化废脂会从轴承边缘被排出，尤其在高温运行或过注脂的情况下，废脂外溢现象更加严重，对设备运行环境带来不容忽视的影响。

废脂中不仅含有老化油脂，还夹杂金属颗粒、灰尘等污染物，若不及时清理，将逐步堆积在轮毂内部，对电子元器件、电缆、紧固结构等造成腐蚀与污染。同时，废脂残留也可能阻碍新润滑脂的充分分布，进一步降低润滑效果和轴承使用寿命。目前多数风机制造商未对废脂收集系统进行标准化设计，运维人员常需通过人工方式在轮毂内部擦拭、清理，既增加了工作强度，也难以保障清洁彻底。部分风机虽配有简易收集盒，但容积小、布置不合理，收集路径不畅，导致废脂溢出率依然偏高，清理难度和频次居高不下，严重制约了风电机组的智能化、自动化发展进程。

当前随着风电智能运维水平的提升，部分机组已陆续配置变桨轴承自动加脂装置，可根据设定周期或温度、压力等传感器参数，自动补充新脂，以保障润滑状态稳定。这种连续注脂机制虽然提高了润滑效率，但也带来更频繁的废脂排出。因此，仅靠人工清理或简易收集方式难以适应持续运行的废脂排放节奏，亟需建立与之配套的自动化废脂收集系统，实现注脂—排脂—收集的闭环控制，从而全面提升润滑系统的智能化管理水平。

二、废脂自动收集装置的结构设计与工作原理

针对风电机组轮毂空间有限、环境复杂、运行震动频繁等特点，本装置采用模块化设计理念，整体由集脂引导组件、收集管路、负压驱动系统及储脂容器四部分组成。其中，集脂引导组件布置在变桨轴承废脂排出口处，通过不锈钢滑道和柔性导脂罩，将外溢废脂快速汇集并引入管路。收集管路采用耐高温耐腐蚀软管连接至轮毂低位区域的储脂容器，利用高度差实现重力自然流动。

为提升在高寒地区或角度不利工况下的流动效率，系统引入负压辅助驱动模块。当传感器检测到集脂罩内有脂液堆积时，启动微型真空泵，形成轻度负压吸力，将废脂抽吸入容器中。该容器设有液位感应与密封防溢设计，保障在高振动条件下脂液不倒灌、不泄漏。此外，整个系统采用免维护元件，连接处可快速插拔，便于安装与更换。为了实现智能化监控，系统还预留传感接口，可接入 SCADA 系统实现远程状态反馈与报警功能。

该设计充分考虑风电机组轮毂内部空间受限和远程作业环境，通过无源引导与智能抽吸结合，不依赖外部能源即可实现日常废脂引导收集，在部分极端工况下，系统可通过负压辅助提高废脂引流效率，增强在特殊环境下的适应能力，但其全程稳定性仍受运行温度、结构布置等因素影响，需在实际应用中进一步验证与优化。

三、系统试验与性能评估分析

为验证装置在实际运行条件下的收集能力与稳定性，选取一台2.5MW 级风电机组作为测试对象，搭建废脂收集系统样机。测试周期为连续运行 90 天，涵盖夏秋季风速波动与温差变化较大的典型工况。试验中通过在线传感器与人工巡检结合方式，对废脂流动路径、收集效率、装置密封性等参数进行监测与记录。

结果显示，本装置日均废脂收集量在 22～30g 之间，较传统集脂盒提高约 45% ，且容器液位变化规律与注脂频率高度吻合，未出现脂液回流或泄漏现象。通过红外监测仪采集变桨腔体内部热分布情况，发现该系统未对风机运行温升产生不利影响。对储脂容器定期分析发现，废脂中杂质含量与人工收集结果基本一致，表明装置收集的脂液代表性良好。

在多次运行停机维护过程中，运维人员反馈该装置结构紧凑、安装简便、便于拆卸，并能显著减轻人工清理负担，提升维护效率与清洁质量。综合运行成本测算，该系统年化维护成本仅为人工清理方式的32% ，具备良好的经济性。变桨轴承是风力发电机组中的重要组成部件，其寿命对于保障风力发电机组安全可靠运行意义重大。通过建立完整的废脂收集路径，不仅提升了运行可靠性，也为风电机组润滑健康管理提供了可量化的数据支撑。

四、工程应用前景与优化方向探讨

本装置虽属辅助系统，却在风机维护管理中起到“润物细无声”的作用。变桨轴承对于风电系统的正常运行及可靠性有着重要的作用。润滑健康是确保变桨系统正常工作的前提，而废脂的有效清理则是闭环管理的重要一环。通过该自动收集装置的应用，风电场可实现对废脂生成规律的长期跟踪与趋势分析，判断轴承运行状况与润滑有效性，进而优化注脂周期与润滑策略。

在数字化转型背景下，该系统有望与风电智能运维平台深度融合，通过边缘计算与云端数据交互，实现对润滑状态的预测性分析与健康评估。例如可将收集脂液中的杂质成分作为故障预警指标，配合轴承温度、转速、振动等数据，构建多因子判据模型，推动智能维保向前迈进。

下一步工作可围绕以下方向展开优化：其一，进一步 mini 化装置体积，适配更多轮毂结构型号，提升通用性；其二，优化导脂结构材料与涂层，提升在寒区运行的流动性与抗冻性；其三，引入低功耗无线通讯模块，实现远程数据采集与状态报告。通过上述技术迭代，将推动风机润滑管理从经验型向数据驱动型转变，提升整体系统运行效能与智能化水平。

结论

风力发电系统中变桨轴承的润滑维护是保障机组安全高效运行的重要环节，而废脂问题的存在长期影响着轮毂环境与设备健康。本文所提出的自动收集装置通过集脂引导、负压辅助与智能监测相结合，实现了对废脂的高效回收与安全储存。试验结果表明，该系统具备良好的收集效率、密封性与运行适应性，能够显著减轻维护压力，提高清洁水平。该装置在风电运维领域具有推广价值，并为后续智能化润滑管理与预警体系建设奠定了技术基础。未来在材料优化、信息融合与结构通用性方面仍有进一步提升空间。

参考文献

[1] 吴仕明 , 吴思宇 , 陈希 , 等 . 风机变桨轴承超低频振动信号理论分析研究 [J]. 中国设备工程 ,2024,(24):93-95.

[2] 高龙 , 王晓彬 . 三排柱风机变桨轴承滚道感应淬火技术研究 [J].装备维修技术 ,2024,(03):69-71.

[3] 潘梦琪 . 风机变桨轴承系统的振动特征分析与剩余寿命预测方法研究 [D]. 景德镇陶瓷大学 ,2024.

[4] 常庆东 , 王斌 , 高磊 . 风机变桨轴承失效原因分析 [J]. 电力科技与环保 ,2023,39(05):443-449+464.