文／胡仕明

1.5MW雙饋型風(fēng)電機(jī)組異常響聲分析

文／胡仕明

由于風(fēng)電機(jī)組的特殊工況，容易造成風(fēng)電機(jī)組連接部位松動(dòng)，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(jìn)而引起風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)各種異常響聲。尤其是輪轂里，由于風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)人無法進(jìn)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(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，但是一個(gè)安全隱患，隨著時(shí)間延長會(huì)加劇隱患擴(kuò)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(duì)因機(jī)組各部套固有頻率、運(yùn)行頻率等不合理設(shè)計(jì)而共振引起異常響動(dòng)方面沒有做闡述，主要針對(duì)后期運(yùn)行導(dǎo)致的機(jī)械故障進(jìn)行了分析。

風(fēng)電機(jī)組異響判別

風(fēng)電機(jī)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(dòng)、電機(jī)工作等正常聲響，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，有時(shí)會(huì)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(jī)、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(jī)艙里能辨別清楚；異響在起機(jī)階段、并網(wǎng)階段、停機(jī)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(dòng)面粗糙、氣動(dòng)不平衡、緊固件松動(dòng)、動(dòng)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(xì)檢查不同的部位。

風(fēng)電機(jī)組幾個(gè)關(guān)鍵部位的檢查分析

（一）葉片

葉片是風(fēng)電機(jī)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(dòng)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(huì)發(fā)出類似哨鳴聲。這些異響雖對(duì)機(jī)組無太大影響，但葉片需做相應(yīng)處理。

②動(dòng)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(huì)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(jī)組的正常運(yùn)行，也需進(jìn)行處理。

③異物滑動(dòng)：如果葉片內(nèi)出現(xiàn)脫膠等現(xiàn)象，啟機(jī)過程會(huì)出現(xiàn)“唰、唰、唰”的聲音，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速之后聲音減弱，需要對(duì)異物進(jìn)行清理。

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

這種情況下的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行長時(shí)間后由于葉片自重?cái)D壓隔離板變形，壓迫隔板內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)，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(bǔ)強(qiáng)布縫隙處完全打磨掉，并在打磨掉的內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域重新鋪附纖維布進(jìn)行增強(qiáng)處理。有時(shí)將隔板當(dāng)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(huì)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(dòng)和密封不嚴(yán)，也會(huì)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(dòng)：檢查接地導(dǎo)線是否有松動(dòng)、脫落，如圖3，這種情況葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)發(fā)出“嗒嗒”的聲音。

⑥氣動(dòng)不平衡：如果葉片出廠時(shí)零刻度標(biāo)識(shí)不準(zhǔn)或程序調(diào)零不準(zhǔn)，出現(xiàn)三支葉片氣動(dòng)不平衡，會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)鏈振動(dòng)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(dòng)，從而帶來異響。零刻度的標(biāo)識(shí)與合?？p有關(guān)，不同廠家生產(chǎn)的葉片零刻度標(biāo)識(shí)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(jì)圖紙。

如果三支葉片零刻度標(biāo)識(shí)有差異或調(diào)零不準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致掃風(fēng)面不一致，葉片會(huì)發(fā)出哨鳴聲。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有上述情況時(shí)，需左右進(jìn)行調(diào)整零刻度標(biāo)識(shí)，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(dòng)。如果出現(xiàn)異響，一般有以下兩種情況：

①緊固件松動(dòng)：所有連接、固定螺栓力矩松動(dòng)會(huì)出現(xiàn)金屬件撞擊聲、磕碰聲。對(duì)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(dòng)，如果松動(dòng)會(huì)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(jì)值內(nèi)造成的，這種異響比較沉悶。對(duì)于1.5MW機(jī)組變槳齒輪副側(cè)隙設(shè)計(jì)要求為：036mm－0.54mm。其由于機(jī)組長時(shí)間的運(yùn)行，導(dǎo)致變槳傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生了微量的變形、松動(dòng)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(dāng)箱體轉(zhuǎn)動(dòng)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(dá)到改變側(cè)隙的目的）時(shí)，立即停止變槳，再把緊螺栓，并采用鉛絲法（或塞尺）重新測(cè)量間隙，如圖4所示，直到達(dá)到要求?？赡苄枰啻握{(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(yùn)行過程中產(chǎn)生的不當(dāng)應(yīng)力，再重新按力矩要求緊固。

（三）傳動(dòng)鏈

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

①緊固件松動(dòng)：主軸軸承鎖緊螺母松動(dòng)，也會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組在低轉(zhuǎn)速時(shí)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(huì)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(shí)過緊（緊定套旋緊得太緊）也會(huì)造成異響。

（四） 軸承

風(fēng)電機(jī)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(jī)、電動(dòng)機(jī)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(dòng)軸承處于正常工作狀態(tài)時(shí)，運(yùn)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(yùn)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(dòng)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(dòng)聲響。一般表現(xiàn)為軸承內(nèi)加脂量不足，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充。若設(shè)備停機(jī)時(shí)間過長，特別是在冬季的低溫情況下，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有時(shí)會(huì)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(dāng)調(diào)整軸承間隙，更換針入度大一點(diǎn)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(dòng)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(duì)軸承進(jìn)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(cè)量齒側(cè)間隙

③軸承發(fā)出不連續(xù)的“梗梗”聲，這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(jī)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(qiáng)度較小，與轉(zhuǎn)數(shù)沒有聯(lián)系。應(yīng)對(duì)軸承進(jìn)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(qiáng)度較大時(shí)，應(yīng)對(duì)軸承的配合關(guān)系進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修理。這種情況主要在主齒輪箱中會(huì)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(dòng)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(duì)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(duì)三支葉片進(jìn)行手動(dòng)變槳，并且一邊變槳一邊對(duì)變槳軸承進(jìn)行手動(dòng)注油，確保軸承潤滑充分，然后以不同速度對(duì)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(jī)組非常重要的部件，是風(fēng)力載荷的支撐點(diǎn)，其狀態(tài)好壞直接影響到風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行，且損壞后更換非常麻煩，所以對(duì)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(shí)，在輪轂與機(jī)艙連接處容易聽清，因?yàn)檩S承無法直接觀察，還可通過其他間接的方式進(jìn)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(dòng)。

·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(cè)量動(dòng)靜油封端面尺寸，如圖7，判斷與設(shè)計(jì)值的差別。如果是風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，傳動(dòng)鏈逐漸向后移位，會(huì)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(duì)軸承內(nèi)部的滾柱、滾道進(jìn)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(gè)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?yàn)楫?dāng)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(gè)滾子比其他滾子長。在軸承受到軸向力時(shí)，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(shí)有規(guī)律，有時(shí)無規(guī)律。

圖5 變槳軸承手動(dòng)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(dāng)、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(dòng)鏈力矩正常來觀察能否消除異響，如果嚴(yán)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(dòng)、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(dāng)齒輪出現(xiàn)點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致各種各樣的異響，需立即進(jìn)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(hù)不當(dāng)，制造質(zhì)量、裝配質(zhì)量差，瞬間沖擊載荷，軸系不對(duì)中，傳動(dòng)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(gè)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(xì)檢查會(huì)發(fā)現(xiàn)個(gè)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(dāng)該齒嚙合時(shí)，由于漸開線被破壞、此點(diǎn)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(dāng)載荷越大、轉(zhuǎn)速越高時(shí)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(gè)別齒部。

（六）發(fā)電機(jī)部分

該部分在工作時(shí)，聲音很大、很雜，若出現(xiàn)異響，一般很難辨別清楚，需對(duì)比好壞兩種狀態(tài)下的聲音?？砂磧深惙治觯?/p>

①機(jī)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(jìn)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(jī)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(hù)上需重點(diǎn)恢復(fù)完好潤滑系統(tǒng)、接地系統(tǒng)。

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

（七）偏航系統(tǒng)

風(fēng)電機(jī)組偏航及制動(dòng)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(dāng)剎車盤表面精度即粗糙度和平面度不達(dá)要求時(shí)，會(huì)出現(xiàn)輕微振動(dòng)導(dǎo)致異響。

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

偏航時(shí)，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(dòng)每個(gè)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(duì)于1.5MW風(fēng)電機(jī)組偏航殘壓設(shè)計(jì)值為15bar±1bar，如果殘壓過大會(huì)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(huì)造成沖擊異響。通過拆卸最后一個(gè)剎車器油管，短時(shí)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(dòng)：異常響動(dòng)周期性發(fā)生，發(fā)出咚咚的搓動(dòng)聲音，聲音發(fā)出時(shí)用手接觸主機(jī)架振動(dòng)較短，需按要求對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行力矩檢查。

⑤維護(hù)不當(dāng)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(huì)誘發(fā)異響，需檢查和清理；當(dāng)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(huì)造成異響。應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)，及時(shí)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(shí)通過補(bǔ)油脂看能否消除。

⑦材質(zhì)問題：當(dāng)剎車片材質(zhì)不合理、制造工藝差、摩擦系數(shù)不匹配時(shí)會(huì)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(dòng)電機(jī)：檢查偏航時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是否正確，電機(jī)抱閘工作是否正常；如果驅(qū)動(dòng)齒輪與齒圈間隙相差過大，電機(jī)負(fù)載不平衡也會(huì)發(fā)出異響。

⑨齒輪副：當(dāng)風(fēng)電機(jī)組沒有偏航時(shí)，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(duì)于1.5MW機(jī)組設(shè)計(jì)值為：0.54mm－0.98mm。其測(cè)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(dāng)風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)異常響聲時(shí)，由于很難設(shè)置報(bào)警環(huán)節(jié)，不易被監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)；并且其不會(huì)影響到機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，不被重視。但是，如果前期不注意采取補(bǔ)救或維護(hù)措施，一定時(shí)間后必然會(huì)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(chǎng)解決了多次未能排查的異響問題。該方案可作為風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組維護(hù)、排查問題的參考。

（作者單位：東方汽輪機(jī)有限公司 ）