中車永濟電機有限公司 范秀云 田峰毅 嚴星濤 王 崙

引言

隨著風電應用市場競爭日趨激烈，風電電機制造商群雄并起，搶占有限的風電市場。公司風電產(chǎn)品在現(xiàn)場運行中出現(xiàn)各種故障，造成巨大損失；其中軸承故障的電機占有很大比率，因此找到影響軸承故障的原因非常必要。本文從軸承質(zhì)量、配件質(zhì)量、軸承游隙、軸電流、組裝工藝等方面分析探討了影響1.5MW水冷風力發(fā)電機軸承故障的主要因素，并提出了改進措施。

1.影響電機軸承壽命的主要因素

1.1 軸承質(zhì)量

1.5 MW水冷風力發(fā)電機所使用的軸承型號為6332M/C3，為絕緣軸承。在軸承使用前，應仔細檢查軸承質(zhì)量，目測軸承內(nèi)、外圈滾珠、工作表面是否光潔，有無裂紋、壓坑、銹蝕、剝離、疲勞起層等缺陷，保持架是否有磨損，翻邊等缺陷。絕緣軸承絕緣層是否良好，絕緣層有無無明顯磨傷、剝離、疲勞起層等缺陷。軸承轉(zhuǎn)動是否靈活，有無明顯卡滯，軸承絕緣電阻是否符合要求。如有任何異?，F(xiàn)象，都將影響到電機軸承壽命。

1.2 配件質(zhì)量

機座、端蓋、軸承蓋、封環(huán)、轉(zhuǎn)軸等與軸承相關的配件的質(zhì)量好壞對軸承的壽命起著至關重要的作用。組裝前，應認真檢查相關配件的外觀質(zhì)量，如機座、端蓋、軸承蓋、轉(zhuǎn)軸軸承位不能有毛刺、磕碰、銹蝕、缺陷、變形等質(zhì)量問題；配件尺寸不能有超差，尺寸公差應盡量符合正態(tài)分布。

在對返廠的1.5MW水冷風力發(fā)電機軸承故障的電機解體檢測中，發(fā)現(xiàn)有75%的端蓋軸承室及止口尺寸不合格，最后經(jīng)評審后報廢處理。

1.3 潤滑脂的清潔度及添加量

在軸承裝配的過程中。由于裝配環(huán)境不清潔、轉(zhuǎn)軸軸承位有毛刺或高點、軸承和軸承前后端蓋清洗不干凈、人為因素使異物進入軸承，影響潤滑性能，甚至損壞軸承。這里所指的雜物不單是指那些肉眼可見的灰塵，肉眼看不到的微米級的微粒也會使軸承潤滑不良。

軸承潤滑的好壞還與軸承中添加的潤滑脂量密切相關。潤滑脂量太少，則難以形成油膜，且不能有效地帶走軸承內(nèi)部因素摩擦或其他原因產(chǎn)生的熱量，而易損壞軸承。潤滑脂量太多，則潤滑脂會因攪拌發(fā)熱而發(fā)生變質(zhì)、老化。所以，在給軸承添加潤滑脂時，要嚴格按設計和工藝的要求，控制潤滑脂加油量。為了便于軸承形成初始油膜，組裝時一般軸承腔內(nèi)注滿潤滑脂，為了便于補充潤滑脂同時又避免軸承內(nèi)潤滑脂過多而引起發(fā)熱，在軸承室內(nèi)注入1/3～2/3潤滑脂。

1.4 軸承密封件的安裝質(zhì)量

軸承密封裝置的作用是防止來自外部的塵埃、水分、金屬粉末等異物的侵入，防止軸承原有的潤滑脂泄露。當軸承內(nèi)、外密封件安裝不到位或安裝傾斜時，將造成軸承的密封不嚴，就可能導致外部的塵埃、水分、金屬物等進入軸承，影響軸承潤滑，從而損壞軸承。

為了避免此類問題，操作者除組裝時嚴格按工藝步逐外，在組裝后，一定要檢查幾個配合部位是否到位、間隙是否均勻。

1.5 軸承裝配游隙

軸承的游隙是軸承的一個重要參數(shù)，它與軸承的壽命有著密切的關系。

由于制造的誤差、配合的公差、轉(zhuǎn)子軸頸彎曲、端蓋嚴重變形、端蓋與機座止口面及軸承與端蓋的配合面發(fā)生較大磨損等原因，組裝后軸承的外圈與內(nèi)圈間發(fā)生扭斜，使正常的軸承間隙變小或不均勻。徑向游隙不均勻?qū)е螺S承振動大、噪聲大，會影響軸承的性能、縮短其使用壽命。

我們模擬了1.5MW水冷風力發(fā)電機實際運行工況，對電機端蓋及軸承在不同溫度下尺寸變化情況進行了檢測，發(fā)現(xiàn)軸承的熱膨脹系數(shù)要大于端蓋材料的熱膨脹系數(shù)，端蓋軸承室與軸承之間的間隙與隨著溫度的上升會逐漸變小，當溫度繼續(xù)上升，間隙會消失甚至會產(chǎn)生過盈，說明設計所給的端蓋軸承室與軸承外圈間隙量偏小，應加大軸承室直徑。

電機組裝時，若用力不均勻，端蓋傾斜裝入，也容易使端蓋變形，造成軸承受力。為了防止端蓋在裝配過程中變形，裝配時應對稱用力，而且緊固螺栓的速度和力的大小應盡量相同。使端蓋平穩(wěn)地裝配到機座上。

1.6 組裝過程中軸承零部件發(fā)生的損傷

由于風電轉(zhuǎn)子較長，且重量較重，總裝時，當傳動端軸承即將進入軸承室時，很難控制天車的速度，且轉(zhuǎn)子不易完全吊平，容易使軸承與軸承室相撞造成造成軸承異音，縮短軸承使用壽命；而且此軸承為絕緣軸承，軸承熱套或組裝時，如果損壞了絕緣層，在電機的運行過程中將會引起軸承的電蝕。

1.7 軸承電蝕

從返廠電機軸承故障現(xiàn)場實物看，部分軸承內(nèi)外圈均有明顯電蝕痕跡存在，說明軸承在運行過程中有足夠大的軸電流通過，并對軸承造成了電蝕。

電機軸電流可由電機磁路不對稱、靜電積累、高頻電壓等原因產(chǎn)生，均可通過對采用絕緣軸承，和加裝接地系統(tǒng)進行防止。軸承絕緣系統(tǒng)及接地裝置能否正常工作是軸承避免軸電流損害的關鍵。

在對返廠電機檢測軸對地絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)80%電機軸對地絕緣電阻≤10MΩ，檢測軸承蓋與封環(huán)間隙均≤0.1mm。部分電機接地碳刷破損，接地環(huán)嚴重燒損。從檢測結(jié)果來看，電機軸承的絕緣系統(tǒng)、接地電刷系統(tǒng)已局部或全部失效。

1.8 運行維護

是否按照設計要求及時正確加注潤滑脂，是否及時正確的進行接地電刷系統(tǒng)維護。

2.改進措施

2.1 加大端蓋軸承室與外圈間隙

將YJ93A軸承室直徑由加大了軸承室與軸承外圈的間隙量。

2.2 加大軸承蓋內(nèi)孔尺寸

針對軸承蓋與封環(huán)間隙小的問題，將所有返修及新造電機軸承蓋內(nèi)孔加大，前外軸承蓋內(nèi)孔尺寸由Φ214.5+0.115改為Φ215+0.115，前內(nèi)軸承蓋內(nèi)徑由Φ179.5+0.063改制為Φ180+0.063，后內(nèi)軸承蓋內(nèi)徑由Φ178.5+0.063改制為 Φ179+0.063。電機總裝后要求用塞尺檢測軸承蓋與封環(huán)間隙≥0.4mm，用500V兆歐表檢測軸對地絕緣電阻要求≥100MΩ。

2.3 增加軸接地電刷系統(tǒng)

增加傳動端接地碳刷系統(tǒng)，增加接地系統(tǒng)的冗余度，通過售后服務人員加強對用戶培訓，嚴格按照電機維護要求進行操作，保證接地系統(tǒng)正常工作。

2.4 軸承加潤滑脂工藝改進

以往用手直接將潤滑脂涂入軸承內(nèi)，一方面因軸承內(nèi)圈與保持架間隙小，很難使?jié)櫥耆錆M軸承內(nèi)腔空間，這樣在軸承剛運行時難以建立油膜，容易出現(xiàn)干磨和磨損；另一方面手和空氣中的汗?jié)n、水分及灰塵，使加入軸承內(nèi)的潤滑脂不干凈，容易使軸承在運行時出現(xiàn)滾珠滑動現(xiàn)象，造成軸承異常振動、摩擦和磨損，影響軸承的使用壽命。

現(xiàn)在采用了軸承加脂設備，并在注油機上配備油脂流量表，潤滑脂用油槍從注油孔注入，在油槍的一定壓力作用下，連續(xù)進入軸承內(nèi)腔并逐步充滿軸承滾珠之間的內(nèi)腔空間，轉(zhuǎn)動軸承，充滿軸承的8個內(nèi)腔空間。這樣在油膜建立以前滾動體與滾道面之間不會出現(xiàn)干磨和異常噪聲，也有利于油膜的建立，可以延長軸承的使用壽命。而且可以做到定量加油，保證軸承滾珠滾道內(nèi)完全充滿潤滑脂，提高了軸承潤滑質(zhì)量。

2.5 制作總裝導向套，提高裝配質(zhì)量

為保證軸承能平行的安裝到端蓋軸承室內(nèi)，且對軸承不造成沖擊，總裝時增加了用尼龍做的軸承導向套。

電機總裝時將導向套套到轉(zhuǎn)軸上，當軸承即將進入軸承室時，總裝導向套起導向作用,可有效避免軸承與軸承室撞擊，消除質(zhì)量隱患，防止軸承異音，提高軸承壽命；

2.6 軸承加熱改進

以往烘軸承的烘箱因使用多年已老化，升溫時間特別慢，而且軸承在烘箱中存放混亂，不能有效利用空間，內(nèi)部加熱為蒸發(fā)式加熱，使得軸承加熱程度受與熱源距離遠近的影響，經(jīng)常使得軸承受熱不均勻，即使是同一個軸承溫差也高達50℃，嚴重影響軸承壽命

針對這一問題設計制作軸承存放架，軸承分兩排放置，有效地利用了空間，提高了熱循環(huán)效率。加熱系統(tǒng)一直處于循環(huán)風加熱狀態(tài)，避免了軸承受熱不均勻的現(xiàn)象；同時定期對軸承加熱溫度進行跟蹤，在軸承表面上貼上測溫紙，跟蹤同一烘箱內(nèi)的軸承溫差及軸承實際溫度與設定溫度的差異，溫差可控制在10℃以內(nèi)。

2.7 加強清潔作業(yè)

為防止總裝過程中有雜質(zhì)、異物進入軸承潤滑脂，制作防護罩，將加好油的軸承用防護罩防護好，防止雜質(zhì)進入，確保裝配質(zhì)量；制作內(nèi)外軸承蓋清潔作業(yè)臺，軸承蓋清洗后放在干凈的作業(yè)平臺上，確保配件清潔，無異物。

3.結(jié)束語

要提高軸承裝配質(zhì)量和壽命，首先必須認識到組裝工藝對軸承壽命的影響，不斷地改進組裝工藝。我們通過軸承加潤滑脂工藝改進、制作總裝導向套、軸承加熱改進、清潔作業(yè)等措施，收到了良好的效果，但軸承故障問題仍是困擾我公司產(chǎn)品質(zhì)量的一大難題，我們需繼續(xù)對軸承裝配工藝進行研究，徹底解決這一難題，提高我公司的產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]許實章主編.電機學[M].北京：機械工業(yè)出版社,1995.

[2]李發(fā)海,王巖編.電機與拖動基礎[M].北京：中央廣播電視大學出版社,1994.