1.5MW雙饋型風(fēng)電機組異常響聲分析

文／胡仕明

1.5MW雙饋型風(fēng)電機組異常響聲分析

文／胡仕明

由于風(fēng)電機組的特殊工況，容易造成風(fēng)電機組連接部位松動，固定支架變形，軸承及齒輪箱等部件、葉片局部的損傷，齒輪嚙合間隙變化，螺栓初裝連接應(yīng)力變化，摩擦副出現(xiàn)異常等問題，進而引起風(fēng)電機組出現(xiàn)各種異常響聲。尤其是輪轂里，由于風(fēng)電機組在運轉(zhuǎn)時人無法進入，檢查、排除非常困難。即使有的異響短期內(nèi)不影響風(fēng)電機組運轉(zhuǎn)，但是一個安全隱患，隨著時間延長會加劇隱患擴展，最后引起重大故障發(fā)生，導(dǎo)致大部件的損壞，所以必須找到真正的原因并想法排除。本文對因機組各部套固有頻率、運行頻率等不合理設(shè)計而共振引起異常響動方面沒有做闡述，主要針對后期運行導(dǎo)致的機械故障進行了分析。

風(fēng)電機組異響判別

風(fēng)電機組在正常狀態(tài)下，有葉輪掃風(fēng)、軸承旋轉(zhuǎn)、齒輪副嚙合傳動、電機工作等正常聲響，當風(fēng)電機組運行一段時間后，有時會出現(xiàn)不同于上述的、異常的響聲。異響發(fā)出的部位有：葉片、輪轂、主軸、齒輪箱、發(fā)電機、偏航剎車器等；有的異響發(fā)聲比較清脆，有的比較沉悶；有的在地面能聽清楚，有的在機艙里能辨別清楚；異響在起機階段、并網(wǎng)階段、停機階段都有；有的能分辨出規(guī)律，有的沒有規(guī)律。異響來源通常因氣動面粗糙、氣動不平衡、緊固件松動、動靜干涉引起、異常摩擦、異常變形、碰撞和沖擊等因數(shù)引起。

根據(jù)上述的情況初步判定發(fā)出位置后再詳細檢查不同的部位。

風(fēng)電機組幾個關(guān)鍵部位的檢查分析

（一）葉片

葉片是風(fēng)電機組風(fēng)能吸收部件，持續(xù)旋轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)異響，大致有以下幾種情況：

①氣動面粗糙：葉片外部有表面不平整、邊緣不平滑，雷擊造成葉尖等部損傷，葉尖部位的排水孔堵塞，會發(fā)出類似哨鳴聲。這些異響雖對機組無太大影響，但葉片需做相應(yīng)處理。

②動靜干涉：如圖1，葉片根部的擋雨環(huán)容易出現(xiàn)變形，在變槳過程中會和輪轂罩殼發(fā)生摩擦產(chǎn)生聲音，此類刮擦聲音判斷較為容易，雖不影響機組的正常運行，也需進行處理。

③異物滑動：如果葉片內(nèi)出現(xiàn)脫膠等現(xiàn)象，啟機過程會出現(xiàn)“唰、唰、唰”的聲音，達到一定轉(zhuǎn)速之后聲音減弱，需要對異物進行清理。

④擠壓變形：支撐梁與葉片連接部位、葉片合模縫、葉片隔板部位等出現(xiàn)裂痕、裂縫，會發(fā)出異響，如圖2所示；

這種情況下的風(fēng)電機組運行長時間后由于葉片自重擠壓隔離板變形，壓迫隔板內(nèi)補強，隔板在變形和恢復(fù)的過程中發(fā)出“咚、咚、咚”的聲音，需將葉片的隔板內(nèi)補強布縫隙處完全打磨掉，并在打磨掉的內(nèi)補強區(qū)域重新鋪附纖維布進行增強處理。有時將隔板當中的人孔蓋上的螺栓松一松來卸掉一部份在隔板上產(chǎn)生的擠壓力的方法來處理，異響會有很大程度上緩解。 另外，人孔蓋板上的密封膠條和背帽不能缺失，如果有松動和密封不嚴，也會出現(xiàn)上述類似聲響。

圖1 葉片外形

圖2 葉片隔板

⑤導(dǎo)線松動：檢查接地導(dǎo)線是否有松動、脫落，如圖3，這種情況葉片在運轉(zhuǎn)過程中會發(fā)出“嗒嗒”的聲音。

⑥氣動不平衡：如果葉片出廠時零刻度標識不準或程序調(diào)零不準，出現(xiàn)三支葉片氣動不平衡，會導(dǎo)致傳動鏈振動過大，相關(guān)部件如主軸軸承、彈性支撐、聯(lián)軸器的損壞，偏航剎車器不能正常制動，從而帶來異響。零刻度的標識與合模縫有關(guān)，不同廠家生產(chǎn)的葉片零刻度標識位置不盡相同，具體檢查方法需參考制造廠家葉片根部設(shè)計圖紙。

如果三支葉片零刻度標識有差異或調(diào)零不準，會導(dǎo)致掃風(fēng)面不一致，葉片會發(fā)出哨鳴聲。當發(fā)現(xiàn)有上述情況時，需左右進行調(diào)整零刻度標識，再調(diào)整限位開關(guān)板位置，最后葉片重新調(diào)零。

（二）輪轂部分

輪轂是持續(xù)旋轉(zhuǎn)部件，要求各零部件聯(lián)接可靠，不能有松動。如果出現(xiàn)異響，一般有以下兩種情況：

①緊固件松動：所有連接、固定螺栓力矩松動會出現(xiàn)金屬件撞擊聲、磕碰聲。對于導(dǎo)流罩支架固定螺釘緊力檢查，緊固過程中可先松后緊，釋放應(yīng)力。

變槳軸承集油袋處鋁合金盒有無松動，如果松動會發(fā)出輕微的嗒嗒聲。

②沖擊：如果輪轂里發(fā)出類似“嘭”的金屬撞擊聲，一般是由于變槳齒輪側(cè)隙不在設(shè)計值內(nèi)造成的，這種異響比較沉悶。對于1.5MW機組變槳齒輪副側(cè)隙設(shè)計要求為：036mm－0.54mm。其由于機組長時間的運行，導(dǎo)致變槳傳動機構(gòu)發(fā)生了微量的變形、松動等異常，從而偏離了最初的裝配值。

重新調(diào)整三面葉片變槳齒輪齒側(cè)間隙方法：松開變槳齒輪箱與輪轂的連接螺栓，慢速短行程變槳，當箱體轉(zhuǎn)動到合適位置（利用變槳齒輪中心與箱體中心偏心制造，改變齒輪副中心距來達到改變側(cè)隙的目的）時，立即停止變槳，再把緊螺栓，并采用鉛絲法（或塞尺）重新測量間隙，如圖4所示，直到達到要求。可能需要多次調(diào)整。

如果上述檢查調(diào)整仍不能消除輪轂異響，就考慮將葉輪所有連接固定螺栓先松掉，釋放在安裝、運行過程中產(chǎn)生的不當應(yīng)力，再重新按力矩要求緊固。

（三）傳動鏈

傳動鏈包括主軸系、主齒輪箱，這里重點闡述聯(lián)接部位，后面單獨分析軸承和齒輪箱。

①緊固件松動：主軸軸承鎖緊螺母松動，也會造成風(fēng)電機組在低轉(zhuǎn)速時異響，隨著轉(zhuǎn)速的提高響聲有所減弱。用千斤頂緊固鎖緊螺母，異響會消除。

②制造原因：軸承與軸的配合太松（軸的直徑偏小或緊定套未旋緊）、軸承的游隙太小，旋轉(zhuǎn)時過緊（緊定套旋緊得太緊）也會造成異響。

（四） 軸承

風(fēng)電機組上大型軸承有變槳軸承、主軸軸承、偏航軸承，其他小軸承主要分布在齒輪箱、發(fā)電機、電動機內(nèi)部，除齒輪箱內(nèi)軸承為稀油潤滑外，其他均為油脂潤滑。滾動軸承處于正常工作狀態(tài)時，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快，無停滯現(xiàn)象，發(fā)生的聲響和諧而無雜音，可聽到均勻而連續(xù)的“嘩嘩”聲，或者較低的“轟轟”聲。若在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)下列現(xiàn)象，則為潤滑不良或故障所致，為不正常聲響。

①軸承發(fā)出均勻而連續(xù)的“咝咝”聲，這種聲音由滾動體在內(nèi)外圈中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，包含有與轉(zhuǎn)速無關(guān)的不規(guī)則的金屬振動聲響。一般表現(xiàn)為軸承內(nèi)加脂量不足，應(yīng)進行補充。若設(shè)備停機時間過長，特別是在冬季的低溫情況下，軸承運轉(zhuǎn)中有時會發(fā)出“咝咝沙沙”的聲音，這與軸承徑向間隙變小、潤滑脂工作針入度變小有關(guān)。應(yīng)適當調(diào)整軸承間隙，更換針入度大一點的新潤滑脂。

②軸承在連續(xù)的“嘩嘩”聲中發(fā)出均勻的周期性“嗬羅”聲，這種聲音是由于滾動體和內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)傷痕、溝槽、銹蝕斑而引起的。聲響的周期與軸承的轉(zhuǎn)速成正比。應(yīng)對軸承進行更換。

圖3 葉片內(nèi)部接地導(dǎo)線

圖4 塞尺法或鉛絲法測量齒側(cè)間隙

③軸承發(fā)出不連續(xù)的“梗?！甭暎@種聲音是由于保持架或內(nèi)外圈破裂而引起的，必須立即停機更換軸承。

④軸承發(fā)出不規(guī)律、不均勻的“嚓嚓”聲，這種聲音是由于軸承內(nèi)落入鐵屑、砂粒等雜質(zhì)而引起的。聲響強度較小，與轉(zhuǎn)數(shù)沒有聯(lián)系。應(yīng)對軸承進行清洗，重新加脂或換油。

⑤軸承發(fā)出連續(xù)而不規(guī)則的“沙沙”聲，這種聲音一般與軸承的內(nèi)圈與軸配合過松或者外圈與軸承孔配合過松有關(guān)系。聲響強度較大時，應(yīng)對軸承的配合關(guān)系進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時修理。這種情況主要在主齒輪箱中會出現(xiàn)。

⑥軸承發(fā)出連續(xù)刺耳嘯叫聲，這種聲音是由于軸承潤滑不良或缺油造成千摩擦，或滾動體局部接觸過緊，如內(nèi)外圈滾道偏斜、軸承內(nèi)外圈配合過緊等情況而引起的。

對于因潤滑不良造成異響的如變槳軸承、偏航軸承，需檢查變槳軸承潤滑情況，如圖5，分別對三支葉片進行手動變槳，并且一邊變槳一邊對變槳軸承進行手動注油，確保軸承潤滑充分，然后以不同速度對葉片全行程變槳，觀察軸承是否還存在異響。

而主軸軸承是風(fēng)電機組非常重要的部件，是風(fēng)力載荷的支撐點，其狀態(tài)好壞直接影響到風(fēng)電機組正常運行，且損壞后更換非常麻煩，所以對于主軸軸承要特別關(guān)注。如果該部位出現(xiàn)上述異常響聲時，在輪轂與機艙連接處容易聽清，因為軸承無法直接觀察，還可通過其他間接的方式進行判斷：

·主軸軸承是否出現(xiàn)溫升過高現(xiàn)象。

·此處是否有異常振動。

·軸承部位油脂檢查：一般顏色為淺黃色較正常，用白紙檢查油脂里是否含有硬塊、金屬粉末等異物，如圖6。

·軸承有否異常竄位檢查：測量動靜油封端面尺寸，如圖7，判斷與設(shè)計值的差別。如果是風(fēng)電機組在運行過程中，傳動鏈逐漸向后移位，會加速主軸軸承的損壞。

·將軸承的靜止端蓋油封拆卸，如圖8，對軸承內(nèi)部的滾柱、滾道進行粗略檢查，看有否出現(xiàn)磨損、剝落、裂紋等異常。

從以上幾個方面綜合分析，可判斷軸承是否受損。

主軸軸承受損初期出現(xiàn)的比較清脆的金屬磕碰聲，是因為當保持架出現(xiàn)變形，軸承的擋邊與滾子端面的間隙消失后，滾子的長度總是存在加工偏差，于是總有某個滾子比其他滾子長。在軸承受到軸向力時，該長滾子的兩端承受較大作用力，從而引起異響。由于風(fēng)速風(fēng)向的不穩(wěn)定，加上軸承的上下半圈受力不等，這種異響有時有規(guī)律，有時無規(guī)律。

圖5 變槳軸承手動加注油脂

圖7 主軸軸承裝配圖 圖8 主軸軸承滾道檢查

該種異響是由于軸承質(zhì)量、潤滑不良、初次裝配不當、本身結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致，所以不易排除，只能通過改善潤滑、保證傳動鏈力矩正常來觀察能否消除異響，如果嚴重的話只有更換主軸軸承。

（五）主齒輪箱

主齒輪箱潤滑方式為稀油潤滑，如果齒箱內(nèi)發(fā)出不是軸承轉(zhuǎn)動、齒輪嚙合的正常聲音，一般情況是內(nèi)部的軸承、齒輪失效造成。

①軸承引起：如發(fā)現(xiàn)有上述異常聲響，則可通過開蓋目視或內(nèi)窺鏡檢查齒箱內(nèi)部，是否出現(xiàn)軸承內(nèi)外圈跑圈、滾子破裂、擋圈邊緣破損、保持架損壞等現(xiàn)象。

②齒輪失效引起沖擊：當齒輪出現(xiàn)點蝕、齒面剝落、凹坑、齒面異物壓痕、齒面變形、齒部碎裂、斷齒、過熱燒壞等，均可很直觀發(fā)現(xiàn)，那么這些異常會導(dǎo)致各種各樣的異響，需立即進行更換處理。

圖6 主軸軸承開蓋檢查

出現(xiàn)這些異常原因有：潤滑不良、潤滑系統(tǒng)維護不當，制造質(zhì)量、裝配質(zhì)量差，瞬間沖擊載荷，軸系不對中，傳動鏈力矩異常，彈性支撐、聯(lián)軸器損壞等等。

③潤滑油泵引起：如果該處發(fā)出刺耳的噪聲，需檢查、排除整個潤滑管路系統(tǒng)的空氣；檢查吸油處濾網(wǎng)是否堵塞；油泵聯(lián)軸節(jié)是否有損壞等。

④齒面微小缺陷：還有一種異響，其聲音類似“鐺鐺”聲，聲音較大、連續(xù)。開蓋檢查不易發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，但通過仔細檢查會發(fā)現(xiàn)個別齒面有如圖9所示情況。這種痕跡有凹陷，但很難用手觸摸感覺出來。痕跡方向與齒向有一定夾角，在齒高方向分布有大半以上。當該齒嚙合時，由于漸開線被破壞、此點出現(xiàn)瞬間周節(jié)突變，不能平穩(wěn)嚙合造成沖擊、產(chǎn)生異響，當載荷越大、轉(zhuǎn)速越高時響聲就越大。這種情況一般出現(xiàn)在中速軸和輸出軸齒輪上的個別齒部。

（六）發(fā)電機部分

該部分在工作時，聲音很大、很雜，若出現(xiàn)異響，一般很難辨別清楚，需對比好壞兩種狀態(tài)下的聲音。可按兩類分析：

①機械故障：如前后軸承有受損、內(nèi)部支架斷裂損壞、定轉(zhuǎn)子摩擦等。需打開端蓋進一步檢查，如果是軸承原因可通過改善軸承潤滑來減弱異響。出現(xiàn)這種情況原因有：電機軸制造精度差，軸承裝配精度不夠、軸承質(zhì)量差，潤滑不良、電腐蝕等。從使用維護上需重點恢復(fù)完好潤滑系統(tǒng)、接地系統(tǒng)。

②電氣故障：發(fā)電機若出現(xiàn)繞組局部短路，或三相不平衡，也會導(dǎo)致異響，需利用專業(yè)儀器做一些檢測判斷，并相應(yīng)處理。

（七）偏航系統(tǒng)

風(fēng)電機組偏航及制動系統(tǒng)，啟停比較頻繁，也是很容易出現(xiàn)異常響聲的部位：

① 剎車盤精度差：當剎車盤表面精度即粗糙度和平面度不達要求時，會出現(xiàn)輕微振動導(dǎo)致異響。

②剎車器安裝精度差：安裝時偏航剎車器中心不與偏航剎車盤中心一致，會導(dǎo)致剎車片偏磨，產(chǎn)生異響，這時必須用調(diào)整墊片來調(diào)整兩個中心一致來消除異響；

偏航時，剎車片被卡住，摩擦力過大造成異響。判斷方法：將殘壓泄至零，用螺絲刀能否撬動每個剎車片，如果不能則需檢查剎車器的擋塊、活塞等。

③液壓系統(tǒng)問題：檢查偏航殘壓值，對于1.5MW風(fēng)電機組偏航殘壓設(shè)計值為15bar±1bar，如果殘壓過大會發(fā)出尖銳的嘯叫聲，則需重新調(diào)整至要求；如果液壓站管路里存在空氣，也會造成沖擊異響。通過拆卸最后一個剎車器油管，短時間打壓排氣，或者通過多次打開解纜閥排氣解決問題。

④緊固件松動：異常響動周期性發(fā)生，發(fā)出咚咚的搓動聲音，聲音發(fā)出時用手接觸主機架振動較短，需按要求對制動器進行力矩檢查。

⑤維護不當造成：剎車盤表面不清潔，存在油脂、積屑或磨損粉末太多，排泄不暢，也會誘發(fā)異響，需檢查和清理；當剎車片已被全部磨掉，剎車片的鋼背直接摩擦到剎車盤，也會造成異響。應(yīng)加強維護，及時更換剎車片。

⑥偏航軸承部分，可參考前述軸承部分，若有異響，可暫時通過補油脂看能否消除。

⑦材質(zhì)問題：當剎車片材質(zhì)不合理、制造工藝差、摩擦系數(shù)不匹配時會出現(xiàn)不易消除的嘯叫聲，就要考慮更換適合品牌的剎車片。

⑧驅(qū)動電機：檢查偏航時，電機的旋轉(zhuǎn)方向是否正確，電機抱閘工作是否正常；如果驅(qū)動齒輪與齒圈間隙相差過大，電機負載不平衡也會發(fā)出異響。

⑨齒輪副：當風(fēng)電機組沒有偏航時，如果在偏航齒輪部位發(fā)出較沉悶的金屬撞擊聲，則需檢查偏航齒側(cè)間隙，對于1.5MW機組設(shè)計值為：0.54mm－0.98mm。其測試調(diào)整方法類似変槳齒輪，由于塞尺不好操作，可采用壓鉛法。

圖9 中速軸齒輪

圖9 中速軸齒輪

結(jié)語

當風(fēng)電機組出現(xiàn)異常響聲時，由于很難設(shè)置報警環(huán)節(jié)，不易被監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)；并且其不會影響到機組運轉(zhuǎn)，不被重視。但是，如果前期不注意采取補救或維護措施，一定時間后必然會導(dǎo)致大部件損壞，帶來更大的損失。通過上述方法，已在彰武、法庫、長壽山、張北綠腦包、萊州等風(fēng)場解決了多次未能排查的異響問題。該方案可作為風(fēng)電場風(fēng)電機組維護、排查問題的參考。

（作者單位：東方汽輪機有限公司 ）