淺談風力發電機主軸軸承失效分析及解決辦法

沈坤

摘要：通過對風電機組主要零部件的可靠性研究表明，在風電機組的故障中電氣和控制系統故障率最高，傳動系統故障率相對較低。但通過進一步的研究表明，電氣和控制系統的故障很容易排除，停機時間短，也不需要大型起吊工具。從機組故障引發的停機時間、維護費用和是否容易造成的繼發故障等角度分析，對機械傳動系統尤其是軸承方面的狀態監測與維護反而更為重要。

關鍵詞：風電機組；軸承；監測與維護

風力發電機組中主軸連接輪轂和齒輪箱，是低速重載軸承，可靠性方面要求較高，也極易出現故障。為了解決故障多發現象，需要系統的對現場軸承運轉狀況及失效形式進行分析和研究。

1 軸承失效理論體系

首先建立軸承失效的壽命分析體系，包括軸承的載荷分布，潤滑油膜建立條件及軸承的潤滑狀態，軸承的壽命計算方法及影響因素。

分析軸承載荷，需建立如下傳動鏈幾何模型。

軸承的潤滑理論中，以Dowson提出的最小油膜厚度公式應用較為普遍，其表述的油膜最小厚度計算公式為：

h=2.65U-0.7η0.54RQz0.13

對于特定軸承而言，軸承的尺寸和材料都是固定的，公式中每個參數，U-是與接觸面運動速度、油脂運動粘度相關的物理量，η是與油脂運動粘度，Q-z是與載荷相關的物理量，R是滾動體運動半徑。

由于軸承運轉時內圈旋轉外圈不動，滾子與內圈接觸位置線速度相同，假定軸承轉速為n r/min，在可以求得滾子的轉動角速度為：

ω=2πn60Rir

其中Ri是內圈接觸位置半徑，r是滾子半徑。

通過滾子速度可以計算得到U-，油膜厚度與其表面粗糙度的均方根值的比值決定了軸承的潤滑狀態，即令：

軸承的壽命模型可根據損傷理論建立。通過軸承壽命計算方法可計算出當前工況下軸承的壽命Li以及當前工況下軸承的轉數ni，于是當前工況下軸承的損傷量Di也可以計算得到，對損傷進行累計就可得到軸承的總損傷。

D=∑Di=∑niLi

計算結果應滿足D <1，若D >1，則軸承壽命不滿足使用要求。

2 現場故障調查

與此同時，風場技術人員對現場故障機進行了問題排查，現場主要故障形式分析如下：

a、軸承轉動困難、發熱；b、軸承產生振動，運轉發出異響；c、內座圈剝落、開裂；d、外座圈剝落、開裂；e、軸承滾道和滾動體產生壓痕。

3 通過對現場考察及對多臺失效機組主軸軸承進行拆解分析，得到如下結論

在滾道組織或熱處理硬度不均勻處，表面基體發生分層變形，造成表層疲勞開裂而脫落，而脫落物混入油脂中進一步加速滾道面磨損。表面硬度偏低區域，無法承受長時間壓力和磨粒磨損，最終造成內外圈大面積碾壓剝落，此時，軸承出現持續異常升溫現象。

在進行現場考察過程中，同時還會發現軸承座安裝孔部位有較為嚴重都螺栓壓痕和銹痕，而且基本朝向一側。軸承座底部安裝面也會有異常銹蝕的現象發生。由此而知，軸承發生擠壓變形的原因很大程度來自于軸承座的偏移，使得軸承無法同心而出現最后的損壞情況。

針對以上問題，可以考慮在軸承座特定位置加裝測位移裝置，實時監測軸承座位移情況。利用程序判斷位移量及位移方向。

其次，對主軸軸承進行多點溫度信號采集。通過特定程序判斷計算軸承運轉情況。同時，增加主軸部位都自動潤滑系統，通過定期的油脂加注，改善軸承內部運轉情況。

參考文獻：

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