仝晓亮
大唐山西新能源公司 山西太原 030000
摘要：随着风力发电机组单机容量逐步提升，对风机主要零部件的安全性和可靠性提出了更高要求。主轴轴承做为双馈型风机的核心部件，承受径向力和风轮加给主轴的轴向力。受风向的瞬时多变性影响，主轴轴承的受力较为复杂，特别是遇到湍流风况，还将发生主轴总成振动。因此，主轴轴承一直是风力发电技术发展的主要研究对象。基于此，本篇文章对风电场风机主轴轴承保持架失效原因进行研究，以供参考。
关键词：风电场；风机；主轴轴承保持架；失效原因
引言
风机的主轴对于风机作为能量转换的重要传输装置的运行至关重要。一般来说，主轴在高速运转过程中受到扭转和振动等外力作用时会产生疲劳，因此轴断裂形式主要是金属疲劳断裂。某风力发电场风机主轴运行过程中，突然发生破裂事故，迫使风机停机，切断处轴直径测量为160mm，从宏观角度来看相对平坦，且没有疲劳带痕迹，这种对设备和用户具有非常严重影响的非常规断裂方式，是分析断裂的主轴的主要方向，以确定原因并防止事故再次发生。
1主要故障现象和质量损失情况
风机运行时，故障的主轴承如下所示:轴承温度高或轴承内有异常噪音，温度升高和异常噪音同时存在于某些故障轴承中。由于轴承生产线众多，材料类别复杂，运输、使用和维护等因素使得分析轴承故障的原因非常困难。当发生轴承故障时，应使用吊车将主轴承和主轴一起吊到地面上进行整体更换。如果轴承发生故障，迫使主轴轴承发生变化，将导致设备损失尽十余倍价格，其费用包括：（1）主轴轴承本身的成本。因主轴轴承和主轴为红套连接，无法拆卸轴承，只能通过破坏性拆卸轴承，保证主轴再次修复使用。破坏拆卸的主轴轴承已无法修复，轴承本体费用将纳入质量损失。（2）主轴修理费用。更换轴承费用，以及由于轴承故障，拆下轴承后必须先修理主轴，方能再次投入使用。如果修复过程管理不当，甚至导致无法使用，会造成更大的损失。（3）其他费用。更换主轴承，必须将它吊在地面上，并租用大型吊车来完成，将会产生较高的成本。（4）返厂修理运输成本。因轴承故障，更换下来可以修理的轴承等设备必须从现场返回机组装配车间修理，长途运输将导致运输费用高昂。
2风电场风机主轴轴承保持架失效原因分析
2.1风机轴承磨损形式及主要原因
根据轴承摩擦表面的机理和破坏特性，轴承磨损类型可分为疲劳磨损、粘接磨损、研磨颗粒磨损和腐蚀磨损4种。（1）疲劳磨损是两个相对的或滑动的摩擦表面，由于循环的接触效应，导致材料疲劳减弱，从而形成坑，这是轴承磨损的主要形式。（2）粘着磨损又称咬合磨损，是指摩擦副接触面在滑动时局部发生金属粘着，在随后相对滑动中粘着处被破坏，轴承表面被擦伤的磨损形式。（3）磨粒磨损是由于外界硬颗粒或是硬凸起导致的表面材料脱落；（4）腐蚀磨损是摩擦副表面受润滑油氧化产生的酸性物质腐蚀，或与其他介质产生化学反应形成的表面损伤。风机轴承磨损除设计制造不当、材质缺陷、设备劣化引起外，70%表面失效是由于润滑油脂的失效引起的设备磨损与腐蚀。风机轴承运转过程中各部件承载往往是靠摩擦副通过建立润滑油膜达到隔离摩擦副、支撑运动部件，所以，设备润滑方式不合理、润滑系统是否工作正常、油品污染、油品氧化导致的润滑失效是设备故障的重要原因。
2.2正常情况下失效的主要原因
（1）MW功率级风力机主轴承采用双柱旋转辊轴承，必须承受轴向和径向载荷，因此缺陷数量也相对较多。这是因为具有较大间隙的两列旋转滚子轴承、风向顶部的轴承承受较低的负载，而风向底部的轴承承受许多径向负载和轴向力，因此如果润滑不充分，则会导致滚子过度滑动。并且基础圆、滚子和支撑的力变形不均匀会导致基础圆和轴承支撑之间缺乏协调，从而导致常见的缺陷，例如位移和锁定。（2）在设计新的传动系统时，很少使用中心轴承作为销轴承。通常建议使用径向和轴向负载较大的圆锥滚子轴承。预加载使得可以均匀地加载滚轮，而加载滚轮则不容易滑动和摩擦。但是，由于安装精度和技术要求，轴承间隙可能导致在安装过程中产生半干轴承摩擦，从而导致轴承故障。（3）采用热装配方法进行轴承装配。由于加热装置的大小限制，只能进行局部加热，导致加热不均匀和轴承变形。（4）风力发电机组多处山地，路况复杂，在运输过程中，因需固定主轴及轴承致使主轴长期处于载荷状态，轴承路径也可能部分改变形状。（5）目前市场内多数的风力发电机，主轴承处一般采用压力润滑，也称强制润滑。风轮转子转速一般为10～20rpm，这导致轴承转速低，不易形成支撑轴承的轴承油膜。压力润滑方法可以有效改变轴承的工作状态，除了形成油膜以保护滚子时，对热量和磨粒也可以有效清理，延长其使用寿命。
3纠正及预防措施
（1）风电机组长期运行过程中，主轴轴承需进行有效维护，以保障风机安全稳定的运行。通过专业、系统检查，可以发现风机潜在的故障隐患，及早发现、及早处理，避免风机出现灾难性的损坏，有效延长风力发电机组使用寿命。通过故障评估分级，也可以提前进行计划，安排合适的时间进行批次集中处理，可以尽可能的减少发电量的损失。所以，定期对风机进行运行状态及出力性能专业检查和评估，能更准确的掌握风机运行状态，更好的确保风机的安全性、稳定性、经济性。
（2）对风机进行大部件状态巡检，专业技术人员对收集整理的风机体检数据进行分析，评估出每台机组主轴运行状态，制定针对每台风机主轴的防护治理方案，以便对风机主轴进行专项治理，解决其疑难、多发、潜在问题。维护单位须定期开展风机设备润滑油脂专项检查及化验工作，对设备润滑油脂劣化失效、不足的设备，先检查设备是否已造成损伤，再对润滑油脂进行清理、置换或补充。
（3）维护人员须熟悉《风力发电机组维护维修手册》各项条款要求。严格按照手册对风机设备开展维护、保养，不得擅自变更或降低维护维修要求。
（4）组织风机主轴总成（含轴承）更换工作，回装过程注意主轴中心找正、各连接螺栓打紧力矩、各间隙配合等关键安装工艺控制。做好齿轮箱胀紧套与轴承座锁紧螺母端面、发电机与齿轮箱对中平行偏差、角度偏差等关键数据的记录。
（5）按照《风力发电机组维护维修手册》，轴承新加油脂量为10kg，润滑油脂型号为ShellStaminaHDS。采用其他替代润滑油脂品牌，必须充分清洗内腔。首次所加润滑油脂品牌必须做好记录，后续补加油脂必须使用同一品牌。
（6）运行人员需加强对设备重要参数的敏感性，当参数发生异常变化趋势，即使未达到报警值，应提前分析并采取纠正、补救措施。
（7）运行人员处理重要缺陷，应简要记录检修人员的检查情况和检修内容，对关键检修工序要求检修人员拍照留证，或由场站技术管理人员在现场旁站监督。
4其他措施
（1）改善主轴承室密封情况，更换为耐磨性强的密封圈唇口材料；
（2）确定负责人参与制造商轴承故障的技术分析，组织专业人员参与所有轴承的检查，及时记录检查结果；
（3）建立风机故障管理系统和设备故障文件，实施责任跟踪系统，明确各级管理职责，加强分工，各级实施；
（4）提高风电场工作人员的理论和技能，帮助提高风机故障处理、问题分析和风机维护能力。
5优化改进润滑技术
润滑系统是风电机组的重要组成部分，而各润滑油泵（主轴油泵、变桨油泵、发电机油泵）是机组润滑系统的关键设备，其是否正常工作关系着各轴承（主轴轴承、发电机轴承、变桨轴承）是否能正常运行。润滑油泵损坏后，轴承将无法得到充分有效的润滑，长此以往，轴承将受到不可逆损坏，最终导致下架更换，造成高额的更换费用和长时间的停机。润滑系统的维护难点在于缺少相应的故障点位，即便润滑系统发生了相应的故障，也不能及时通知运维人员进行有效的处理。在对风电场内风电机组进行了详细的研究和讨论后，结合风电场的实际情况，应逐步开发在线式润滑监测系统，以实现对主轴系统、变桨系统和发电机系统的润滑监测。
结束语
总而言之，风电场风机主轴轴承保持架是贯穿始终的工作，需要具体的各类技术来展开检测、维护、更换等工作，这些工作质量自然而然关乎提质增效的成绩，这就意味着，培养高能力的工作团队是提质增效的关键。
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