風力發電機組主傳動系統的軸對中問題分析

龍源（北京）風電工程技術有限公司 周世東

風力發電機組主傳動系統的軸對中問題分析

龍源（北京）風電工程技術有限公司 周世東

風力發電機組的軸對中是風力發電機組安裝和維護工作中的一項重要工作。目前，風力發電機組的軸對中工作主要指的是高速軸對中。風力發電機組的低速軸對中往往被人們忽視，并且低速軸對中偏差還會對高速軸對中產生一定的影響，因此對低速軸對中也應采取一定的措施。

高速軸對中；低速軸對中；平行偏差；角度偏差

引言

風力發電機組的主傳動系統由主軸、齒輪箱、聯軸器和發電機組成。我們通常說的風力發電機組的軸對中指的是機組主傳動系統的高速軸對中，即齒輪箱高速軸與發電機的對中。機組的軸對中工作在安裝和維護過程中都是一項非常重要的工作，如果軸對中超標會造成聯軸器斷裂，發電機或齒輪箱軸承損壞等故障。對中找正工作所用的時間中占整個機組維護工作時間的很大比例。機組維護工作過程中常常出現軸對中質量嚴重不合格等問題。

1 軸對中對風力發電機組的影響

幾乎所有的旋轉機械設備都有一根軸，如鼓風機、電機、壓縮機、齒輪箱、泵等。不管這些軸的幾何形狀如何，在旋轉過程中，總能產生一條回轉中心線。所謂軸對中，就是主動設備和從動設備的回轉中心線重合。風力發電機組主傳動系統中的主軸與齒輪箱低速軸之間、齒輪箱高速軸與發電機軸之間也同樣存在著軸對中問題。軸不對中分為平行不對中和角度不對中兩種類型（如圖1所示），通常的不對中為兩種類型不對中的組合形式。

通過對運轉機組的軸對中找正，使機組的各軸旋轉中心線達到同軸的要求，消除各軸在聯軸器處不應有的機械應力。使機組安裝、檢修后，各軸運轉時仍能保持合理的對中狀態，從而保證機械設備能長期、平穩地連續運轉。實踐證明，軸對中找正的質量，直接影響機器效能的發揮和使用壽命。如果機械設備各軸對中不合理，設備投產運轉時會引起機器的振動以及軸承、聯軸器等轉動部件的磨損。風力發電機組的對中找正工作在機組安裝、檢修過程中占有非常重要的地位，是風力發電機組安裝、檢修工作的關鍵點之一。

2 風力發電機組軸對中的測量方法

圖1 平行不對中和角度不對中

圖2 機械法測量軸對中

風力發電機組中的軸對中，通常指齒輪箱高速軸與發電機旋轉軸線的對中，對中的測量是在軸和聯軸器上進行的，常用的測量方主要有以下三種：

圖3 ： 使用對中工裝測量軸對中

圖4 百分表法測量軸對中

2.1 機械法

通常采用鋼板尺和塞尺配合測量軸對中。用鋼板尺邊緣和塞尺配合測量兩個半聯軸器的高度差，確定平行偏差的方向和數量（見圖2中1）；分別測量兩個半聯軸器之間180°方向兩點間隙，確定角度偏差的方向和數量（見圖2中2）。

在風力發電機組的軸對中過程中，由于兩個聯軸器法蘭之間的距離較遠，因此用此方法測量比較困難，誤差也較大。因此設計專用工裝，安裝在齒輪箱側半聯軸器上，將齒輪箱高速軸延長，再用塞尺等量具測量工裝與發電機軸之間的偏差。采用這種工裝能減小測量難度及測量誤差（如圖3所示）。

2.2 百分表法

通過安裝在主動端聯軸器上的找正支架以及徑向和軸向兩塊百分表，同時轉動齒輪箱高速軸和發電機軸，從兩塊百分表分別讀出平行偏差和角度偏差（如圖4所示）。由于這種方式測量方便，精度高，在沒有發明激光對中儀前，在機械行業被認為是軸對中的首選方法。

2.3 激光對中法

由于激光傳輸的直線性好，以及激光測量的精度高，利用激光束代替百分表的原理進行測量，具有測量方便、準確度高的特點。因此，激光對中法逐漸替代了百分表法，是目前風力發電機組軸對中的最常用方法（如圖5所示）。

3 風力發電機組軸對中的調整

軸對中調整通常是通過調整發電機地腳進行調整的。根據測量的平行度和角度偏差值，以及聯軸器和發電機地腳間的距離計算或估算出需要在發電機地腳上的調整量，往往需要經過多次測量和調整。由于激光對中儀測量精度高，并能精確計算出地腳的調整量，因此能明顯提高軸對中的調整效率。

4 風力發電機組的軸對中標準

風力發電機組的軸對中精度要求通常由主機廠制定，不同廠家制定的標準也不盡相同，風力發電機組主要主機廠制定的軸對中標準如表1所示。

風力發電機組的軸對中除了在主機廠進行一次對中調整外，通常在現場吊裝結束后還要重新進行一次對中調整。吊裝后的二次對中是由于主機廠的對中過程中沒有安裝葉輪，現場吊裝安裝葉輪后，由于葉輪的重量載荷，齒輪箱高速軸的位置會發生變化，造成軸對中偏差。調整過程中通常需要將發電機高度調高。

風力發電機組在以后的運行過程中，通常每年檢查一次軸對中，如果對中超過允許偏差值，需要重新調整。

圖5 激光對中儀測量軸對中

表1 主要風力發電機組廠家高速軸對中偏差表

部分主機廠家的對中要求采用非對稱公差要求，這些廠家的主傳動系統（主軸、齒輪箱）采用力矩臂支撐結構，由于力矩臂采用彈性支撐，在機組帶負荷運行過程中，彈性支撐會發生變形。由于葉輪順時針方向旋轉（面對葉輪方向），齒輪箱左部會稍微抬高一點，由于齒輪箱高速軸位于低速軸軸線的左側，也會稍微抬高一點，因此為了保證發電機運行過程中的對中，發電機在調整過程中也會略調高一點。

表2 主要聯軸器廠家對中偏差表

圖6 主軸與齒輪箱對接安裝

圖7 低速軸不對中引起的齒輪箱跳動測量

由于風力發電機組齒輪箱與發電機的連接采用彈性聯軸器，彈性聯軸器能補償由于不對中產生的機械應力，但是聯軸器的補償畢竟是有限的，如果對中偏差過大，超過聯軸器的最大補償量，將首先造成聯軸器的損壞。各種聯軸器廠家對軸對中偏差值的要求，如表2所示。

注：聯軸器廠家提供的角度偏差值單位與主機廠采用的單位不同，需要進行計算，才能進行比較。

通過以上量表可以看出，主機廠家要求的對中偏差比聯軸器廠家要求的對中偏差要高很多。主要是由于主機廠家考慮到其它因素（機艙底盤變形、振動等）對高速軸對中的附加影響。

5 風力發電機組的低速軸對中

風力發電機組很少提到低速軸對中，主機廠也沒有提供相應的低速軸對中檢測要求和標準，由于主軸與齒輪箱通常采用漲緊套連接（屬于剛性連接），靠主軸與齒輪箱軸的加工精度保證對中。但在實際裝配過程中，由于裝配工藝和操作等原因，也會造成較大的對中偏差。某主機廠在主軸與齒輪箱對接裝配過程中，采用手拉葫蘆的拉力將主軸插入齒輪箱低速軸（如圖6所示）。由于采用一個手拉葫蘆在主軸與齒輪箱之間施加了一個偏載的拉力，并且在漲緊套緊固后才松開手拉葫蘆，引起安裝過程中主軸與齒輪箱低速軸的對中偏差，最終造成試車過程中，齒輪箱在機艙上擺動，引起振動。

低速軸不對中引起的齒輪箱跳動，可以在齒輪箱箱體后端徑向位置（見圖7中1）和軸向位置（見圖7中2）分別安裝一塊百分表進行測量。根據實測數據，兆瓦級以下機組跳動量在0.5mm以下，兆瓦級機組在1mm以下為合格。