風(fēng)電場風(fēng)機(jī)主軸軸承保持架失效原因分析

風(fēng)電場風(fēng)機(jī)主軸軸承保持架失效原因分

析摘要：近年來，我國的綜合國力的發(fā)展迅速，風(fēng)能是一種綠色、可再生能源，在很大程度上可以解決發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，風(fēng)電機(jī)組作為風(fēng)電場運(yùn)行的核心裝置，由于通常地處沿海區(qū)域或惡劣環(huán)境、交通不便的偏遠(yuǎn)郊區(qū)，且機(jī)艙一般位于離地面上百米的高空，因此，給風(fēng)電機(jī)組日常運(yùn)行維護(hù)造成一定難度。為盡量避免風(fēng)電機(jī)組故障造成停機(jī)，而帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失，迫切需要提高風(fēng)電機(jī)組尤其是核心設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性，控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行維護(hù)成本。本文在分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具有針對性地提出運(yùn)行維護(hù)策略。關(guān)鍵詞：風(fēng)電場風(fēng)機(jī)主軸；軸承保持架；失效原因分析引言隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量逐步提升，對風(fēng)機(jī)主要零部件的安全性和可靠性提出了更高要求。主軸軸承做為雙饋型風(fēng)機(jī)的核心部件，承受風(fēng)輪加給主軸的軸向力和彎矩載荷。受風(fēng)向的瞬時(shí)多變性影響，主軸軸承的受力較為復(fù)雜，特別是遇到湍流風(fēng)況，還將發(fā)生主軸總成振動。因此，主軸軸承一直是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要研究對象。1風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見故障特點(diǎn)1.1葉片風(fēng)電機(jī)組中葉片作為風(fēng)電機(jī)組感應(yīng)風(fēng)能的重要構(gòu)件，葉片往往承受較大風(fēng)能應(yīng)力，且所處環(huán)境極其惡劣，即使風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行，也會出現(xiàn)一些設(shè)備故障，如：葉片結(jié)構(gòu)松動造成雨水通過裂紋進(jìn)入葉片內(nèi)部，引起葉片不平衡；環(huán)境污染等原因增加葉片表面粗糙程度；長期受到風(fēng)能應(yīng)力導(dǎo)致葉片變形、葉片結(jié)構(gòu)裂紋、槳距控制失效而造成空氣動力不平衡。由于葉片受力出現(xiàn)形變或裂紋時(shí)，會釋放時(shí)變的、高頻的、瞬態(tài)的聲發(fā)射信號，風(fēng)電機(jī)組葉片損傷探測與評估常使用聲發(fā)射檢測技術(shù)，考慮到葉片故障引發(fā)的轉(zhuǎn)子葉片受力不均會傳導(dǎo)到機(jī)艙上而造成機(jī)艙晃動，可在機(jī)艙主軸上安裝多個(gè)振動傳感器，通過傳感器采集低頻振動信號，分析葉片轉(zhuǎn)動空氣動力不平衡等故障。1.2齒輪箱齒輪箱通常由一級行星齒輪、兩級平行齒輪傳動組成，是連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)電機(jī)組主軸的重要構(gòu)件，通過齒輪結(jié)構(gòu)可使主軸上低轉(zhuǎn)速變?yōu)檩^高轉(zhuǎn)速，以此滿足風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速需要，由于風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的工作運(yùn)行環(huán)境非常惡劣、傳輸功率較大、工況較為復(fù)雜，齒輪箱的高速軸側(cè)軸承、行星齒輪、傳動側(cè)軸承、中間軸軸承等發(fā)生故障的幾率較大。由于齒輪受沖擊載荷、交變應(yīng)力等作用影響，很容易出現(xiàn)齒面擦傷、磨損、斷齒等問題，造成滾道滑傷、軸承磨損、外圈跑圈、滾子打滑等故障。由于齒輪箱故障所需的部件維修時(shí)間較長，維修費(fèi)用相對較高，對于齒輪箱故障診斷可利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法分析其振動信號，還可檢測分析潤滑油溫度、油液磨粒、軸承溫度等信息，對齒輪箱故障進(jìn)行診斷。1.3電動機(jī)現(xiàn)階段風(fēng)電機(jī)組通常采用永磁同步發(fā)電機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)是直接耦合電機(jī)轉(zhuǎn)子，通常使用永磁同步電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速一般較低，電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩較大，定子繞組經(jīng)全功率變流器接入電網(wǎng)，相對于雙饋發(fā)電機(jī)其運(yùn)行范圍較寬，但直徑較大、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，設(shè)備成本較高。相對于永磁同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相對較高，會存在一定的噪音污染，且風(fēng)電機(jī)組對應(yīng)需要增速齒輪箱，因此機(jī)組整體重量較重。雙饋發(fā)電機(jī)為異步發(fā)電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，由于變流器連接轉(zhuǎn)子，可實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動，確保發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速70-105%范圍內(nèi)的恒頻變速運(yùn)行，以此獲得穩(wěn)定的輸出功率。風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的電動機(jī)故障有機(jī)械故障、電氣故障，機(jī)械故障主要表現(xiàn)為軸承損壞、過熱，轉(zhuǎn)軸形變磨損、轉(zhuǎn)、定子間隙異常等；電氣故障主要表現(xiàn)為繞組斷路、短路、過熱等。電動機(jī)故障通常分析電動機(jī)的溫度、電流、振動等信號完成相應(yīng)檢測。2風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)維策略分析2.1完善風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)體系風(fēng)電場需要基于自身經(jīng)營戰(zhàn)略以及發(fā)展情況，制定合理的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)制度，制度需要明確以下內(nèi)容。首先，明確風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作流程，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作的順序、內(nèi)容以條文形式一一列出，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作有條不紊開展。例如，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)流程是從局部故障一線路檢測一檢修方案的制定一檢修工作開展一質(zhì)檢一投入使用的順序一步步開展的。以制度條文形式明確后，要求檢修人員嚴(yán)格按照流程，開展部件檢修養(yǎng)護(hù)工作。其次，明確風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作的周期。風(fēng)電場需要根據(jù)實(shí)際情況確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定期維護(hù)時(shí)間，要求工作人員按照短期、長期計(jì)劃設(shè)計(jì)合理的檢修維護(hù)時(shí)間。例如，風(fēng)力發(fā)電機(jī)有高出力季節(jié)和空閑期，不同時(shí)期內(nèi)的維護(hù)時(shí)間、頻率有一定差別，工作人員在合適時(shí)間內(nèi)有計(jì)劃進(jìn)行維護(hù)工作，可以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠在運(yùn)行期間內(nèi)穩(wěn)定安全。最后，明確風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維護(hù)方案。要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作人員按照維護(hù)方案開展維護(hù)工作，方案中需要包含時(shí)間、項(xiàng)目、結(jié)果、質(zhì)檢評測等內(nèi)容。工作人員需要做好相關(guān)記錄并保存，確保后續(xù)維護(hù)工作的條理性。2.2引入先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，提升運(yùn)維水平風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)維體系是確保運(yùn)維工作有序開展的基礎(chǔ)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)則是運(yùn)維工作開展不可缺少的條件。因此，風(fēng)電場需要加強(qiáng)技術(shù)投入，引入先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，結(jié)合自身的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作，提升運(yùn)維水平。具體包括以下內(nèi)容。首先，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作開展前期，工作人員需要通過全面細(xì)致的觀察，初步判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在故障問題的部件。例如，通過觀察判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部電纜線是否存在老化、移位、松動的問題，通過聲音辨別風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部控制柜部件是否存在放電、接線端接觸不良的問題。根據(jù)初步觀察，大體判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障部位后，再進(jìn)行下一步深入檢查，從而制定對應(yīng)維修方案。其次，目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作除了故障排除以及維修外，還包含風(fēng)力發(fā)電機(jī)潤滑系統(tǒng)維護(hù)工作。風(fēng)力發(fā)電機(jī)不同部件的潤滑維護(hù)方式有一些差別。例如，稀油潤滑的維護(hù)方式主要應(yīng)用于齒輪箱、偏航減速齒輪箱。軸承過熱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行常見故障，針對容易出現(xiàn)過熱、高溫的軸承，例如，偏航軸承、偏航齒輪等部件，具有合格資質(zhì)與性能的專用潤滑脂能夠更好解決其過熱、高溫的問題。最后，風(fēng)電場需要針對技術(shù)部門設(shè)定專門的技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新經(jīng)費(fèi)，鼓勵(lì)技術(shù)部門創(chuàng)新技術(shù)，不斷提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)水平。3糾正及預(yù)防措施（1）維護(hù)單位須盡快開展風(fēng)機(jī)設(shè)備潤滑油脂專項(xiàng)檢查，對設(shè)備潤滑油脂劣化失效、不足的設(shè)備，先檢查設(shè)備是否已造成損傷，再對潤滑油脂進(jìn)行清理、置換或補(bǔ)充。（2）維護(hù)人員須熟悉《MY1.5風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)維修手冊》各項(xiàng)條款要求。嚴(yán)格按照手冊對風(fēng)機(jī)設(shè)備開展維護(hù)、保養(yǎng)，未得到業(yè)主方同意不得擅自變更或降低維護(hù)維修要求。（3）組織21#風(fēng)機(jī)主軸總成（含軸承）更換工作，回裝過程注意主軸中心找正、各連接螺栓打緊力矩、各間隙配合等關(guān)鍵安裝工藝控制。做好齒輪箱脹緊套與軸承座鎖緊螺母端面、發(fā)電機(jī)與齒輪箱對中平行偏差、角度偏差等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄。（4）按照《MY1.5風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)維修手冊》要求，B端軸承新加油脂量為10kg，潤滑油脂型號為ShellStaminaHDS。采用其他替代潤滑油脂品牌，必須經(jīng)過風(fēng)機(jī)廠家同意。首次所加潤滑油脂品牌必須做好記錄，后續(xù)補(bǔ)加油脂必須使用同一品牌。（5）運(yùn)行人員需加強(qiáng)對設(shè)備重要參數(shù)的敏感性，當(dāng)參數(shù)發(fā)生異常變化趨勢，即使未達(dá)到報(bào)警值，應(yīng)提前分析并采取糾正、補(bǔ)救措施。結(jié)語隨著我國能源部門出臺加快推進(jìn)風(fēng)電開發(fā)意見建議，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組擴(kuò)容需求不斷上升，風(fēng)電