雙饋風力發(fā)電機軸承的損傷及監(jiān)測

俞磊 彭定杰 陳子根 王維山 何艷秋

東方電氣風電有限公司 四川德陽 618000

發(fā)電機是風力發(fā)電機組的重要部件，對發(fā)電機進行預防監(jiān)測變得非常重要。雙饋風力發(fā)電機組是目前一種主流機型，雙饋發(fā)電機的典型故障部件包括軸承、定轉(zhuǎn)子、集電環(huán)等。其中30～40%的故障是由軸承引起的；隨著風場機艙內(nèi)更換軸承技術(shù)日益成熟，監(jiān)測發(fā)電機軸承早期故障對降低風場成本有重要意義[1]。

1 軸承壽命影響因素

雙饋發(fā)電機軸承主要采用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。一個完整的軸承配置包括軸承、軸、軸承座、潤滑劑和密封件等。

通過機組多年運行經(jīng)驗分析，影響雙饋發(fā)電機軸承壽命原因主要有以下幾點：

（a）選型不當，載荷過低

（b）生產(chǎn)工藝，公差配合和軸承的游隙不當

（c）運輸、吊裝沖擊載荷造成破壞性壓痕

（d）對中誤差、軸向位移

（e）潤滑系統(tǒng)故障未及時排查

（f）油脂不統(tǒng)一、污染

（g）排油不暢

（h）軸電流電蝕

實踐統(tǒng)計，相同的軸承在同樣的工作條件下，仍會達到不同的壽命。在實際使用時軸承出現(xiàn)的故障通常不是疲勞所致，更多是因為缺油、污染、磨損、不對中所致。

2 軸承損傷失效發(fā)展的階段

（a）軸承出現(xiàn)損傷，軸承形成損傷原因有多種，常見如上文說述。

（b）軸承缺油。軸承損傷為不可逆損傷，損傷后，運行過程中發(fā)熱量增大，油脂消耗速度增大，而注油脂量不變，當注脂量不能滿足耗量速度時，軸承磨損加劇，發(fā)熱量加劇，損傷進一步擴大，軸承腔室內(nèi)缺油脂范圍擴大。此時發(fā)電機在運行中會出現(xiàn)異響。

（c）軸承卡澀、磨損，保持架出現(xiàn)磨損。軸承腔室內(nèi)大范圍缺油，滾動體與滾道磨損加劇，滾動體與保持架卡澀、磨損，軸承腔室內(nèi)出現(xiàn)金屬粉塵，油脂變質(zhì)，軸承發(fā)熱量進一步增大，出現(xiàn)油脂分離，油脂板結(jié)；軸承內(nèi)部出現(xiàn)局部干磨，溫度急劇升高，油脂發(fā)黑、液化、汽化。此時發(fā)電機在運行中異響加劇，伴隨振動現(xiàn)象，通常會溫度超限[2]。

（d）軸承抱死階段。隨著軸承滾動體與滾道、滾動體與保持架磨損，滾動體變形，滾動體不受保持架束縛，跑偏、移位，沖擊保持架；滾動體移位跑偏會導致軸承抱死，伴隨保持架散開。

軸承內(nèi)部出現(xiàn)磨損或者干磨現(xiàn)象，軸承溫度會急劇升高，軸承抱死前后一般均會出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。

3 軸承損傷監(jiān)測

3.1 在線振動監(jiān)測

發(fā)電機上加裝在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，能檢測到發(fā)電機產(chǎn)生的各種高次諧波，判斷軸承輕微損傷狀況。

3.2 軸承溫差

分析發(fā)電機前后軸承（雙軸承結(jié)構(gòu)）溫差，前后軸承工況相同，轉(zhuǎn)速、注油相，載荷相近，大量數(shù)據(jù)證明前后軸承溫差超出較大范圍，證明軸承存在損傷[3]。實踐統(tǒng)計全國在運行25個風場MW雙饋風力發(fā)電機2010-2015年運行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示：

（1）發(fā)電機前軸承[1]與后軸承[2]正常運行溫度范圍相近，范圍在0℃-80℃（戶外溫度范圍為-20℃至40℃）。

圖1 發(fā)電機前后軸承溫度隨季節(jié)變化

（2）發(fā)電機前后軸承溫差保持在40℃范圍內(nèi)時，及時對軸承溫度較高一端加注油脂、清理廢油、疏通廢油排泄系統(tǒng)，很大程度上延長軸承使用壽命。

圖2 該風場因軸承抱死而下架2臺電機

圖3 該風場因軸承報高溫更換過軸承

圖4 該風場未出現(xiàn)發(fā)電機故障

3.3 軸承溫升

軸承溫升應滿足設計要求，當軸承溫升達到8～10℃/S時，說明軸承已經(jīng)損傷較大，需要更換軸承，此時發(fā)電機在運行中應存在較大振動和異響。

3.4 機組自身發(fā)電機溫度監(jiān)測系統(tǒng)

雙饋發(fā)電機依據(jù)設計的轉(zhuǎn)速、額定功率、功率因數(shù)等設置各部件溫度參數(shù)，當機組達到觸發(fā)機組報警時，應對發(fā)電機及時進行檢查和隱患排除[4]。

4 結(jié)語

（1）分析了影響發(fā)電機壽命因素。

（2）通過各種監(jiān)控方法，在生產(chǎn)運行中能及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患，及時采取方法措施。

（3）通過對軸承溫差和軸承溫升數(shù)據(jù)監(jiān)測，積累發(fā)電機運行維護經(jīng)驗。

注：

①發(fā)電機前軸承指發(fā)電機驅(qū)動端軸承。

②發(fā)電機后軸承指發(fā)電機非驅(qū)動端軸承。