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风能专委会:风电机组轴承“跑圈”问题的分析及建议

北极星风力发电网  来源:风能委员会  作者:风能专委会  2018/2/7 10:03:58  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2017年3月7日,针对风电机组轴承突出的故障“轴承跑圈”问题,中国风能协会名誉主任贺德馨先生邀请了几位目前已经退休,与企业没有直接利益关系的风电行业的老技术专家,在中国船级社认证公司召开风电轴承“跑圈”故障研讨会。出席此次研讨会的资深专家还有:风能协会资深委员姚小芹、华能新能源公司原副总工程师王斯永、杭州前进齿轮箱集团股份有限公司原总工程师宣安光、南京高速齿轮箱集团公司原副总工程师郭宝霖、中国轴承工业协会顾问、原西北轴承公司总工程师何加群、河南科技大学教授叶军等。在结合专家现场讨论及后期资料整理的基础上形成了该报告,现对外发布。

与会专家一致通过成立“风电技术˙专家研讨”平台,该平台是一个非盈利的风电技术研讨公共平台,常设在中国船级社认证公司,会议推选王斯永为“风电技术˙专家研讨”主任委员,姚小芹为副主任委员,秘书处设在中国船级社认证公司,联络人为陈鸿雁。今后将定期召开技术研讨会,聚焦风电行业高发故障,并形成成果报告,供风电行业内各有关方面和政府决策机关参考。

一、轴承“跑圈”问题的现状

所谓轴承“跑圈”,就是轴承的外圈与轴承座或者内圈与轴产生了相对运动。变速箱的行星齿轮发生跑圈,会对变速箱产生不可修复的损毁。

从2015年年初开始,运行的风电机组逐渐暴露出变速箱轴承“跑圈”的问题。根据不完全统计,近年来我国装机运转的十万多台机组中,发生“轴承跑圈”故障占10%以上,不仅是轴承应用较多的双馈电机型机组,就是主传动系统轴承较少的直驱机组也发生了类似的故障,其总数也超过了1000台。根据一个电力设备研究机构的人员最近抽测一批在运机组的结果,振动频谱显示相当高比例的机组存在跑圈的问题(按照他们的说法是几乎百分之百)。国外厂商的部分机组也存在轴承跑圈问题。从发现的轴承“跑圈”的总体情况看,变速箱高速端比例较高,行星齿轮轴承“跑圈”的比例较低。但是在个别几个厂家的产品中,行星齿轮轴承“跑圈”的比例比较高,出现批量故障。

轴承跑圈造成的损失会大大提高风电机组的运维成本,对未来保险公司保费费率也可能产生影响。

目前,国内多数发生轴承跑圈的整机厂家、开发商、保险公司并不了解这个情况,故障都是由变速箱厂自己处理,并未如实告诉客户变速箱损毁的原因。这种情况,导致这种高风险、高成本的故障成为风电运行和保险行业巨大的潜在风险。

对于变速箱高速端轴承“跑圈”故障的处理多数是在故障发现后,采用镶套或使用聚合物粘结剂的方法解决。这两种方法在地面设备上有比较成熟的经验,但是对于风电机组变速箱高速端轴承,是否可以保证修复后长期使用,目前尚无成熟经验。

对于行星齿轮轴承“跑圈”,目前国内还没有提前发现“跑圈”故障的成熟技术,而且由于机组形式和运行环境的差异导致轴承“跑圈”的频谱的差异,因此绝大多数行星齿轮轴承“跑圈”故障是在变速箱损毁后确认的。

对于直驱机组主轴承跑圈,在轴承未发现明显损伤的情况下,采取再调整轴承游隙的办法处理;若轴承损伤,则更换主轴承。

二、轴承“跑圈”问题的分析

究其根本是由于轴承选型不当、结构设计和载荷设计不当、制造过程中工艺控制不当、轴承游隙调整不当、轴承润滑不当、设备储存或运输不当等原因,使得轴承滚子和轴承滚道发生比较严重的滑动半干摩擦,最终导致轴承“跑圈”。

1. 主轴轴承

(1)采用双列调心滚子轴承的兆瓦级风电机组的主轴轴承,同时承受轴向及径向的载荷,失效的概率较高。这是由于双列调心滚子轴承的游隙较大,上风向侧的轴承承受载荷很小,大部分径向载荷和轴向力由下风向轴承承受,造成滚子过多的打滑,加上润滑不良使材料发生从点蚀到粘附剥落,座圈和滚子以及保持架受力不均发生变形,改变了座圈与轴承座的配合,出现“跑圈”、卡死等常见故障。

(2)新的传动系统设计时,主轴轴承已很少选用调心轴承,推荐选用圆锥滚子轴承,径向和轴向承载能力强,可通过预紧使滚子均匀受载,滚子不易产生滑动摩擦。但是,由于安装工艺对装配工人的经验和技术要求比较高,轴承游隙调整不当依然可以引发半干滚动摩擦,继而出现跑圈故障。

(3)轴承装配采用热装法。由于没有足够尺寸加热装置,而采用局部加热法,加热不均匀,造成轴承变形。

(4)运输过程中机组减震措施不当,或轴承某一部分长时间承重,造成滚道局部变形。

(5)目前在运的风电机组主轴轴承的润滑方式主要有两种:润滑脂润滑及压力润滑油润滑,其中使用润滑脂润滑比例较高。风轮的转速一般在10-20转/分,低转速导致主轴轴承和行星架支撑轴承的油膜形成往往比较难。若油膜厚度不足以隔开两个金属表面,则润滑没有达到预定的效果,轴承就会发生早期磨损,产生材料剥落的损伤,发生半干滑动摩擦,继而导致轴承跑圈。压力润滑方式对改善轴承的工作条件十分有利,除了及时形成油膜保护滚道滚子之外,还能带走热量和磨粒,延长使用寿命。推荐有条件的情况下,主轴轴承也使用压力油润滑。

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