風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承精細(xì)化運(yùn)行維護(hù)

【摘要】雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)是早期應(yīng)用最廣泛的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用雙軸承結(jié)構(gòu)，即發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端、非驅(qū)動(dòng)端各有一個(gè)軸承。隨著投運(yùn)年限的增長(zhǎng)，機(jī)組出現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸承溫度高、振動(dòng)異常、異響等問(wèn)題并呈劣化趨勢(shì)，成為困擾風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)的難題。本文結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行維護(hù)情況開(kāi)展具體分析，研究雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承損壞的原因，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)工作上制定精細(xì)化措施，使發(fā)電機(jī)軸承發(fā)揮最佳性能，延長(zhǎng)使用壽命?！娟P(guān)鍵詞】雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)軸承運(yùn)行維護(hù)1.發(fā)電機(jī)軸承常見(jiàn)問(wèn)題由于發(fā)電機(jī)軸承位于發(fā)電機(jī)內(nèi)部，通常無(wú)法直接觀察到軸承運(yùn)行情況，一般風(fēng)機(jī)檢修和巡檢也無(wú)法直接檢查發(fā)電機(jī)軸承情況，在日常運(yùn)維中可借助風(fēng)機(jī)后臺(tái)監(jiān)控、在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)手段進(jìn)行判斷。一般發(fā)電機(jī)軸承異常情況有：軸承溫度高告警：風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)在軸承端裝有溫度傳感器，通過(guò)風(fēng)機(jī)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)軸承溫度，可發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸承溫度變化趨勢(shì)，掌握軸承運(yùn)行情況。當(dāng)溫度超過(guò)限值，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出軸承溫度高告警。軸承異常振動(dòng)預(yù)警：通過(guò)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)情況，定期進(jìn)行振動(dòng)曲線分析，可發(fā)現(xiàn)軸承存在的異常情況。軸承異響缺陷：在風(fēng)機(jī)定檢、登機(jī)巡檢過(guò)程中，設(shè)定發(fā)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，通過(guò)較高轉(zhuǎn)速，測(cè)試查看發(fā)電機(jī)軸承在運(yùn)行過(guò)程中異響情況。2.發(fā)電機(jī)軸承異常案例與分析2.1發(fā)電機(jī)軸承欠潤(rùn)滑損壞案例打開(kāi)發(fā)電機(jī)端蓋檢查發(fā)電機(jī)軸承、軸承滾道內(nèi)潤(rùn)滑油脂已消耗干凈，僅在滾動(dòng)體保持架表面附著一層油脂，并且油脂有氧化干涸現(xiàn)象，如圖1-1、1-2所示。將發(fā)電機(jī)軸承拆下觀察，內(nèi)面與外面一致，油脂已消耗殆盡。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，滾動(dòng)體與內(nèi)外圈干磨，失去潤(rùn)滑導(dǎo)致軸承異響、軸承溫度高，加速軸承損壞。圖1-1圖1-22.2發(fā)電機(jī)軸承過(guò)潤(rùn)滑損壞案例打開(kāi)發(fā)電機(jī)端蓋，可發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸承周圍覆蓋一層油脂且呈褐黑色，說(shuō)明油脂已變質(zhì)失效，如圖2-2所示。將軸承表面油脂擦干凈，在保持架表面和滾動(dòng)體周圍有油脂凝固、板結(jié)現(xiàn)象，如圖2-1所示。發(fā)電機(jī)過(guò)潤(rùn)滑會(huì)導(dǎo)致軸承溫度過(guò)高，從而影響潤(rùn)滑脂的特性及質(zhì)量，導(dǎo)致其流動(dòng)性改變，最終可能出現(xiàn)凝固、板結(jié)，降低軸承的使用壽命。圖2-1

圖2-22.3發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑脂質(zhì)量差導(dǎo)致?lián)p壞案例某風(fēng)電場(chǎng)2022年7月完成發(fā)電機(jī)軸承更換工作，2022年11月通過(guò)在線振動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)異常告警。打開(kāi)發(fā)電機(jī)端蓋檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸承滾動(dòng)體和保持架覆蓋一層赤黃色油脂，油脂有干涸粉末狀的現(xiàn)象，說(shuō)明油脂已變質(zhì)，如圖3-1所示。將軸承拆下，發(fā)現(xiàn)在軸承內(nèi)面潤(rùn)滑脂加脂口附近有金黃色潤(rùn)滑脂，質(zhì)量正常，是自動(dòng)潤(rùn)滑裝置加注的油脂，如圖3-2所示。鑒于該軸承僅更換4個(gè)月，所加新潤(rùn)滑脂呈干涸粉末狀的現(xiàn)象，說(shuō)明該潤(rùn)滑脂質(zhì)量不合格。圖3-1圖3-2

3.發(fā)電機(jī)軸承異常問(wèn)題的產(chǎn)生原因3.1發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑不良原因分析（1）軸承潤(rùn)滑油脂加注量不合適：發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑脂加注方式有兩種，潤(rùn)滑油脂泵定時(shí)定量注入和定期手動(dòng)定量注入。軸承油脂加注量一般風(fēng)機(jī)廠家在維護(hù)手冊(cè)都給予詳細(xì)說(shuō)明，但在軸承更換后首次潤(rùn)滑量較少說(shuō)明。在實(shí)際維護(hù)中，定期手動(dòng)定量注入，一次性注入潤(rùn)滑脂量多，容易造成軸承過(guò)潤(rùn)滑，導(dǎo)致軸承溫度高，潤(rùn)滑油脂氣化出現(xiàn)油脂分離，潤(rùn)滑油脂流動(dòng)性改變，最終可能出現(xiàn)板結(jié)，影響潤(rùn)滑脂的特性及質(zhì)量。潤(rùn)滑油脂泵定時(shí)定量注入則由于發(fā)電機(jī)軸承自動(dòng)潤(rùn)滑裝置故障并且未接入風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，造成長(zhǎng)時(shí)間不注油，導(dǎo)致軸承欠潤(rùn)滑。發(fā)電機(jī)自動(dòng)潤(rùn)滑裝置損壞未及時(shí)修復(fù)，采用手動(dòng)注入潤(rùn)滑油脂，又造成潤(rùn)滑油脂加注過(guò)量。（2）軸承潤(rùn)滑廢油脂未及時(shí)排出：在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸承廢油排出口容易堵塞，廢油脂未及時(shí)排出，廢油槽內(nèi)只有油液。在高溫條件下油脂分離，油液滲出，油脂中添加劑、稠化劑殘留在軸承內(nèi)，失去潤(rùn)滑作業(yè)，降低軸承壽命。（3）軸承潤(rùn)滑油脂質(zhì)量不達(dá)標(biāo)：國(guó)內(nèi)潤(rùn)滑油脂質(zhì)量參差不齊，同一廠家同一型號(hào)潤(rùn)滑油脂由于供貨渠道不同，質(zhì)量相差較大。潤(rùn)滑油脂質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，軸承潤(rùn)滑不足，引起軸承溫度高，加速軸承損壞，而高溫又加速油脂失效。（4）軸承潤(rùn)滑油脂加注周期不合適：由于潤(rùn)滑油脂受溫度影響大，風(fēng)電機(jī)組由于安裝地理位置不同，工作環(huán)境溫度不同，軸承潤(rùn)滑脂加注周期也不同，需及時(shí)跟設(shè)備廠家溝通，調(diào)整油脂加注周期。3.2發(fā)電機(jī)軸承電腐蝕損壞原因分析雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行工況下出現(xiàn)電磁不平衡，產(chǎn)生軸電壓。當(dāng)軸電壓較高時(shí)擊穿潤(rùn)滑油膜形成軸電流，電流經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)軸承時(shí)產(chǎn)生電腐蝕，在軸承內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體上形成微小凹槽，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)導(dǎo)致軸承失效。4.解決發(fā)電機(jī)軸承問(wèn)題的精細(xì)化運(yùn)行維護(hù)措施4.1確定發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑油脂加注量（1）發(fā)電機(jī)軸承首次潤(rùn)滑油脂加注量通常低速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，其內(nèi)的自由空間在安裝過(guò)程中會(huì)完全充滿潤(rùn)滑油脂。而作為高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)軸承，其內(nèi)的自由空間在安裝過(guò)程中應(yīng)填充部分潤(rùn)滑油脂為宜，具體量應(yīng)根據(jù)軸承自由空間進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于帶金屬保持架的軸承，軸承內(nèi)的自由空間體積約為：（不帶保持架的軸承略低于公式算出值）V=軸承內(nèi)的自由空間體積（cm3）B=軸承寬度（mm）D=外徑（mm）d=內(nèi)徑（mm）M=軸承質(zhì)量（kg）軸承潤(rùn)滑脂填充質(zhì)量約為：m=潤(rùn)滑油脂加注重量V=軸承內(nèi)的自由空間體積（cm3）ρ=潤(rùn)滑油脂密度（g/cm3）以某風(fēng)電場(chǎng)采用的發(fā)電機(jī)陶瓷滾珠絕緣軸承為例，基本參數(shù)：軸承寬度B=65mm，外徑D=320mm，內(nèi)徑d=150mm，軸承重量M=23kg?？捎?jì)算得出軸承內(nèi)的自由空間體積V=1127cm3潤(rùn)滑油脂的密度ρ約為0.8軸承潤(rùn)滑脂填充質(zhì)量m≈900g（100%填充），在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中，軸承首次加注潤(rùn)滑油脂質(zhì)量為675g（即75%填充）時(shí)，效果最佳。（2）發(fā)電機(jī)軸承日常維護(hù)潤(rùn)滑油脂加注量根據(jù)預(yù)期的補(bǔ)充潤(rùn)滑兩種方法：1）從軸承側(cè)面進(jìn)行補(bǔ)充潤(rùn)滑（如圖4-1所示），填充潤(rùn)滑油脂為軸承座內(nèi)自由空間體積的40%；補(bǔ)充潤(rùn)滑量：Gp=0.005DB2）通過(guò)內(nèi)圈或外圈中間的潤(rùn)滑孔補(bǔ)充潤(rùn)滑（如圖4-2所示），填充潤(rùn)滑油脂為軸承座內(nèi)自由空間體積的20%，補(bǔ)充潤(rùn)滑量：Gp=0.002DBGp=補(bǔ)充的潤(rùn)滑脂量（g），D=軸承外徑（mm），B=軸承寬度（mm）圖4-1圖4-2以風(fēng)電場(chǎng)采用的發(fā)電機(jī)陶瓷滾珠絕緣軸承為例，基本參數(shù)：軸承寬度B=65mm，外徑D=320mm，內(nèi)徑d=150mm，軸承重量M=23kg可計(jì)算得出軸承潤(rùn)滑油脂補(bǔ)充質(zhì)量Gp=104g（3）發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑油脂補(bǔ)充周期圖4-3預(yù)估補(bǔ)充周期tf計(jì)算方法為：Ndm系數(shù)乘以相應(yīng)的軸承系數(shù)bf-n=轉(zhuǎn)速（r/min）-dm平均直徑(mm)=(D+d)/2-bf取決于軸承類型和載荷條件下的軸承系數(shù)載荷比C/P以風(fēng)電場(chǎng)采用的發(fā)電機(jī)陶瓷滾珠絕緣軸承為例，基本參數(shù)：軸承寬度B=65mm，外徑D=320mm，內(nèi)徑d=150mm，軸承重量M=23kgNdm系數(shù)=（320+150）*1500/2=352500通過(guò)圖4-3對(duì)比可以看出潤(rùn)滑周期約為3.5至6個(gè)月。補(bǔ)充潤(rùn)滑周期tf是以礦物油為基礎(chǔ)油的高品質(zhì)鋰基潤(rùn)滑脂在70℃的工作溫度下，正常發(fā)揮作用時(shí)估算的正常工作小時(shí)數(shù)。高性能潤(rùn)滑油脂可以延長(zhǎng)補(bǔ)充潤(rùn)滑周期和具有更長(zhǎng)的潤(rùn)滑脂壽命。工作溫度高于70℃到最高性能極限（HTPL）之間時(shí)，溫度每升高15℃補(bǔ)充潤(rùn)滑周期減半；低于70℃時(shí)溫度每降低15℃補(bǔ)充潤(rùn)滑周期延長(zhǎng)至兩倍。4.2發(fā)電機(jī)軸承自動(dòng)潤(rùn)滑裝置維護(hù)改造由于發(fā)電機(jī)軸承自動(dòng)潤(rùn)滑裝置故障信號(hào)未接入風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)潤(rùn)滑裝置故障造成長(zhǎng)時(shí)間不注油潤(rùn)滑。風(fēng)電場(chǎng)將發(fā)電機(jī)軸承自動(dòng)潤(rùn)滑裝置故障信號(hào)接入風(fēng)機(jī)PLC輸入模塊，在風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已告警的形式提醒運(yùn)維人員進(jìn)行維修。并根據(jù)泵芯、分配器、油管出油情況，定期進(jìn)行清洗、排堵，清理油脂容器罩老化油脂。4.3清理發(fā)電機(jī)軸承排油口廢油隨著機(jī)組運(yùn)行年限增長(zhǎng)，軸承排油口堆積了大量油脂稠化劑等添加劑容易造成排油口堵塞，廢油無(wú)法排出，影響軸承潤(rùn)滑。風(fēng)電場(chǎng)結(jié)合風(fēng)機(jī)定檢對(duì)排油口、廢油槽進(jìn)行深度清理，陶廢油。4.4清洗發(fā)電機(jī)軸承發(fā)電機(jī)軸承的欠潤(rùn)滑、過(guò)潤(rùn)滑、油脂質(zhì)量不達(dá)標(biāo)都在軸承內(nèi)圈和保持架上殘留已變質(zhì)失效的潤(rùn)滑脂都會(huì)影響軸承潤(rùn)滑。清洗發(fā)電機(jī)軸承，可將軸承內(nèi)潤(rùn)滑油脂徹底清洗干凈，軸承清潔的接觸表面可以增強(qiáng)潤(rùn)滑油膜對(duì)其的附著性，改善軸承潤(rùn)滑。但對(duì)于發(fā)電機(jī)軸承本體已出現(xiàn)損傷的情況，軸承清洗無(wú)改善情況。如圖5-1，2019年2月23日清洗軸承后，軸承未出現(xiàn)改善情況，9月3日，更換軸承后，發(fā)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承溫度趨于正常水平。圖5-14.5優(yōu)化發(fā)電機(jī)軸承安裝工藝自主制作軸承更換工裝，在安裝發(fā)電機(jī)端蓋及油封時(shí)使用專業(yè)工裝平衡推進(jìn)，避免傳統(tǒng)鐵錘敲擊造成端蓋與軸承受力不平衡，如圖5-2所示。在發(fā)電機(jī)軸涂抹抗蠕動(dòng)腐蝕劑，軸承拆裝過(guò)程中避免損傷發(fā)電機(jī)軸及軸承，如圖5-3所示。發(fā)電機(jī)軸承是過(guò)盈裝配，安裝過(guò)程中需要將發(fā)電機(jī)軸承加熱，施工單位更多的使用電阻加熱器，無(wú)溫度控制、加熱不均勻、只加熱軸承內(nèi)圈。使用專業(yè)感應(yīng)式加熱器，當(dāng)軸承與軸的溫差達(dá)到90℃時(shí)，是安裝軸承的最佳溫差，能夠保障軸承的最大使用壽命，如圖5-4所示。從左往右依次為：圖5-2、圖5-3、圖5-44.6采用陶瓷滾珠絕緣軸承代替非絕緣軸承雙饋異步發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行工況下，電磁不平衡，產(chǎn)生軸電壓形成軸電流。在軸電流經(jīng)過(guò)軸承時(shí)，對(duì)軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體產(chǎn)生電腐蝕。采用陶瓷滾珠絕緣軸承，軸承內(nèi)部滾動(dòng)體為絕緣陶瓷材質(zhì)，無(wú)法在軸承上形成電流回路，從而避免軸電流對(duì)軸承的電腐蝕。4.7定期清理發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端、非驅(qū)動(dòng)端接地碳刷雙饋異步發(fā)電機(jī)一般在驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)端均有接地碳刷，定期清理碳刷保障有效接地，可以將發(fā)電機(jī)軸感應(yīng)電流導(dǎo)入大地，減少軸電流對(duì)軸承影響。5.結(jié)語(yǔ)發(fā)電機(jī)軸承故障處理時(shí)間長(zhǎng)、成本高，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)效