風(fēng)電場風(fēng)機(jī)主軸軸承保持架失效原因分析

李俊超

（廣州發(fā)展新能源股份有限公司，廣東廣州 510623）

0 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[1]。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[2]。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。本文分析一起風(fēng)機(jī)主軸軸承保持架失效原因，提出預(yù)防措施，避免此類故障再次發(fā)生。

1 事件概況

2020 年2 月16 日，21#風(fēng)機(jī)主軸軸承B 端溫度高（達(dá)55 ℃）報警。根據(jù)值班記錄，檢修人員現(xiàn)場清理舊油脂，加注460 g 新油脂。

2020 年2 月27 日，21#風(fēng)機(jī)主軸軸承B 端溫度高高（達(dá)60 ℃）報警。根據(jù)值班記錄，檢修人員現(xiàn)場清理舊油脂，加注500 g 新油脂。

2020 年3 月7 日下午14:20，21#風(fēng)機(jī)人工停機(jī)。風(fēng)電場月度巡檢人員登機(jī)巡檢，發(fā)現(xiàn)21#機(jī)組主軸B 端軸承的保持架兜孔多處斷裂，滾動體打橫。將21#風(fēng)機(jī)由停機(jī)狀態(tài)切至維護(hù)狀態(tài)。

2 設(shè)備概況

某風(fēng)電場21#風(fēng)機(jī)型號為MY1.5SE，三葉片水平軸式變槳距變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。軸承為瓦房店軸承集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，內(nèi)擋圈直徑530 mm，雙列調(diào)心滾子軸承。主軸輪轂側(cè)軸承為自由端，齒輪箱側(cè)為固定端，采用兩點支撐布置形式。主軸軸承的定位結(jié)構(gòu)，從輪轂側(cè)向齒輪箱側(cè)依次為主軸軸肩、擋圈、軸承、擋圈和鎖緊螺母。最后通過主軸與齒輪箱的脹緊套結(jié)構(gòu)，將風(fēng)力傳遞至齒輪箱。MY1.5SE 風(fēng)機(jī)動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 MY1.5SE 風(fēng)機(jī)動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 檢查情況

3.1 21#風(fēng)機(jī)主軸B 端軸承檢查

3.1.1 潤滑油脂密封圈檢查

軸承端蓋未見明顯滲漏潤滑油脂，拆除端蓋板，檢查軸承V型密封圈完好，無斷裂、破損現(xiàn)象。

3.1.2 軸承檢查

軸承滾子無規(guī)則排列并有打橫情況，表面已出現(xiàn)疲勞剝落，無金屬光澤（圖2）。軸承保持架兜孔大部分?jǐn)嗔?，現(xiàn)場清理出大量保持架碎塊（圖3）。軸承內(nèi)外圈滾道存在磨損，表面呈凹凸不平的鱗狀，手感粗糙，已無金屬光澤。外滾道11 點鐘位有一道約70 mm 長崩邊。

圖2 軸承滾子受擠壓打橫

圖3 軸承保持架斷裂碎片

3.1.3 軸承潤滑油脂檢查

軸承及軸承底座空腔內(nèi)部油脂發(fā)黑明顯，油脂內(nèi)有大量干結(jié)塊狀，油脂已為潤滑失效狀態(tài)。判斷軸承在運行中，基本處于半干磨或干磨狀態(tài)。

3.2 主軸A 端軸承檢查

拆除同軸A 軸軸承端蓋，發(fā)現(xiàn)潤滑油脂不足，潤滑油脂同樣存在發(fā)黑現(xiàn)象，失效老化明顯。檢查內(nèi)外圈軸承滾道、滾動體、保持架，暫未見明顯磨損。

3.3 軸承運行溫度曲線檢查

調(diào)取2019 年3 月—2020 年2 月，21#風(fēng)機(jī)主軸B 端軸承運行溫度曲線（圖4）。發(fā)現(xiàn)2019 年11 月，B 端軸承存在異常溫升，最高溫度達(dá)52 ℃。2020 年1 月以后，B 端軸承持續(xù)升高，最高溫度達(dá)66 ℃。

圖4 21#風(fēng)機(jī)主軸B 軸承溫度曲線

調(diào)取21#風(fēng)機(jī)主軸A、B 端軸承溫差曲線（圖5），發(fā)現(xiàn)2019年11 月，A、B 軸溫差同樣存在異常變大，最高溫差達(dá)21 ℃。2019 年11 月前，兩軸承正常溫差保持在10 ℃左右。

圖5 21#風(fēng)機(jī)主軸A、B 端軸承溫度差曲線

3.4 典型機(jī)位相關(guān)運行參數(shù)對比

選取風(fēng)場具有代表性的10#、14#機(jī)位，與21#風(fēng)機(jī)進(jìn)行運行參數(shù)對比。10#風(fēng)機(jī)運行相對穩(wěn)定，14#風(fēng)機(jī)因附近有山脈遮擋，存在湍流，振動較大易造成停運。從集控中心調(diào)取2020 年2 月1 日—3 月7 日，B 端軸承溫度和Y 向振動值，作為參數(shù)比對，見表1～表3，從中得出以下結(jié)論。

表1 10#風(fēng)機(jī)參數(shù)

表2 14#風(fēng)機(jī)參數(shù)

表3 21#風(fēng)機(jī)參數(shù)

（1）21#風(fēng)機(jī)B 端軸承溫度在高溫區(qū)出現(xiàn)概率明顯較其他風(fēng)機(jī)高。說明在同風(fēng)速時段，21#風(fēng)機(jī)B 端軸承溫度高為異?，F(xiàn)象。

（2）發(fā)生軸承溫升與在垂直方向上振動無關(guān)聯(lián)性。21#風(fēng)機(jī)B 端軸承振動在正常值，說明軸承座地腳螺栓無松動，主軸安裝不存在偏心，軸承游隙（安裝預(yù)緊力）正常，可排除因安裝不當(dāng)造成軸承溫度升高。

3.5 檢查和維護(hù)記錄檢查

從2019 年1 月至今，2#1 風(fēng)機(jī)共有9 次巡檢記錄，最后一次在2019 年12 月25 日。最近一次全年檢在2019 年4 月7 日，主軸總成的年檢記錄：密封圈完好，加注潤滑油脂溢出油色為褐色，未見異常。

4 原因分析

（1）21#振動值未見超限值，未見周期性跳動突變，可排除安裝因素造成軸承溫升。也基本可排除突變風(fēng)況對軸承造成的沖擊損傷。

（2）全風(fēng)場22 臺風(fēng)機(jī)均采用瓦房店軸承集團(tuán)生產(chǎn)的軸承作為主軸軸承。2013 年投運至今，首次發(fā)生主軸軸承失效，軸承批次存在質(zhì)量問題的可能很小。

（3）根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，軸承座端蓋、軸承潤滑油脂密封圈未見損壞，未見潤滑油脂滲出現(xiàn)象。排除因運行漏油導(dǎo)致潤滑油脂不足的情況。

（4）按《MY1.5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)維修手冊》要求，主軸軸承加油間隔為3 個月。21#風(fēng)機(jī)主軸軸承自2019 年風(fēng)電場完成風(fēng)機(jī)全年檢后，直至2020 年2 月才有第一次加油脂記錄，加油間隔遠(yuǎn)超3 個月，造成軸承和軸承座空腔內(nèi)的潤滑油脂長期無補(bǔ)充、置換，油脂質(zhì)量劣化。

（5）按照《MY1.5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)維修手冊》要求，主軸B端軸承的最少加脂量為1200 g，最大加脂量為1800 g。軸承底座空腔上的油量約占空腔體積的1/3～1/2 為最佳狀態(tài)。21#風(fēng)機(jī)2020 年2 月兩次加注油脂量分別為460 g 和500 g，并且每次加新油脂前均清理過舊油脂，補(bǔ)充油脂總量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)總量，造成軸承和軸承座空腔內(nèi)的潤滑油脂嚴(yán)重不足。

（6）按照《MY1.5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)維修手冊》要求，同一風(fēng)機(jī)主軸A、B 端軸承溫差大于15 ℃，需檢查軸承的油脂量、油脂顏色、油的金屬含量、磨損、密封圈等五大情況。2020 年2 月的兩次軸承高溫報警的檢修記錄，只對軸承做了簡單清理和補(bǔ)加油脂，未見具體相關(guān)的檢查記錄。

（7）由21#風(fēng)機(jī)B 端軸承溫度曲線可知，2019 年11 月開始出現(xiàn)異常溫升，且從2020 年1 月起，軸承溫度已出現(xiàn)持續(xù)溫升趨勢。軸承溫度參數(shù)的異常變化，未能提前發(fā)現(xiàn)或引起重視。

5 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10 kg，潤滑油脂型號為Shell Stamina HDS。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)到報警值，應(yīng)提前分析并采取糾正、補(bǔ)救措施。

（6）運行人員處理重要缺陷，應(yīng)簡要記錄檢修人員的檢查情況和檢修內(nèi)容，對關(guān)鍵檢修工序要求檢修人員拍照留證，或由場站技術(shù)管理人員在現(xiàn)場旁站監(jiān)督。

（7）運維人員對主軸軸承溫度變化判斷，應(yīng)配合主軸A、B軸承溫度差變化值作綜合分析。