沈坤

摘要：通過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組主要零部件的可靠性研究表明，在風(fēng)電機(jī)組的故障中電氣和控制系統(tǒng)故障率最高，傳動(dòng)系統(tǒng)故障率相對(duì)較低。但通過(guò)進(jìn)一步的研究表明，電氣和控制系統(tǒng)的故障很容易排除，停機(jī)時(shí)間短，也不需要大型起吊工具。從機(jī)組故障引發(fā)的停機(jī)時(shí)間、維護(hù)費(fèi)用和是否容易造成的繼發(fā)故障等角度分析，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)尤其是軸承方面的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與維護(hù)反而更為重要。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組；軸承；監(jiān)測(cè)與維護(hù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中主軸連接輪轂和齒輪箱，是低速重載軸承，可靠性方面要求較高，也極易出現(xiàn)故障。為了解決故障多發(fā)現(xiàn)象，需要系統(tǒng)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及失效形式進(jìn)行分析和研究。

1 軸承失效理論體系

首先建立軸承失效的壽命分析體系，包括軸承的載荷分布，潤(rùn)滑油膜建立條件及軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)，軸承的壽命計(jì)算方法及影響因素。

分析軸承載荷，需建立如下傳動(dòng)鏈幾何模型。

軸承的潤(rùn)滑理論中，以Dowson提出的最小油膜厚度公式應(yīng)用較為普遍，其表述的油膜最小厚度計(jì)算公式為：

h=2.65U-0.7η0.54RQz0.13

對(duì)于特定軸承而言，軸承的尺寸和材料都是固定的，公式中每個(gè)參數(shù)，U-是與接觸面運(yùn)動(dòng)速度、油脂運(yùn)動(dòng)粘度相關(guān)的物理量，η是與油脂運(yùn)動(dòng)粘度，Q-z是與載荷相關(guān)的物理量，R是滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)半徑。

由于軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)外圈不動(dòng)，滾子與內(nèi)圈接觸位置線速度相同，假定軸承轉(zhuǎn)速為n r/min，在可以求得滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為：

ω=2πn60Rir

其中Ri是內(nèi)圈接觸位置半徑，r是滾子半徑。

通過(guò)滾子速度可以計(jì)算得到U-，油膜厚度與其表面粗糙度的均方根值的比值決定了軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)，即令：

軸承的壽命模型可根據(jù)損傷理論建立。通過(guò)軸承壽命計(jì)算方法可計(jì)算出當(dāng)前工況下軸承的壽命Li以及當(dāng)前工況下軸承的轉(zhuǎn)數(shù)ni，于是當(dāng)前工況下軸承的損傷量Di也可以計(jì)算得到，對(duì)損傷進(jìn)行累計(jì)就可得到軸承的總損傷。

D=∑Di=∑niLi

計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足D <1，若D >1，則軸承壽命不滿(mǎn)足使用要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)故障調(diào)查

與此同時(shí)，風(fēng)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障機(jī)進(jìn)行了問(wèn)題排查，現(xiàn)場(chǎng)主要故障形式分析如下：

a、軸承轉(zhuǎn)動(dòng)困難、發(fā)熱；b、軸承產(chǎn)生振動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出異響；c、內(nèi)座圈剝落、開(kāi)裂；d、外座圈剝落、開(kāi)裂；e、軸承滾道和滾動(dòng)體產(chǎn)生壓痕。

3 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)考察及對(duì)多臺(tái)失效機(jī)組主軸軸承進(jìn)行拆解分析，得到如下結(jié)論

在滾道組織或熱處理硬度不均勻處，表面基體發(fā)生分層變形，造成表層疲勞開(kāi)裂而脫落，而脫落物混入油脂中進(jìn)一步加速滾道面磨損。表面硬度偏低區(qū)域，無(wú)法承受長(zhǎng)時(shí)間壓力和磨粒磨損，最終造成內(nèi)外圈大面積碾壓剝落，此時(shí)，軸承出現(xiàn)持續(xù)異常升溫現(xiàn)象。

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察過(guò)程中，同時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)軸承座安裝孔部位有較為嚴(yán)重都螺栓壓痕和銹痕，而且基本朝向一側(cè)。軸承座底部安裝面也會(huì)有異常銹蝕的現(xiàn)象發(fā)生。由此而知，軸承發(fā)生擠壓變形的原因很大程度來(lái)自于軸承座的偏移，使得軸承無(wú)法同心而出現(xiàn)最后的損壞情況。

針對(duì)以上問(wèn)題，可以考慮在軸承座特定位置加裝測(cè)位移裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承座位移情況。利用程序判斷位移量及位移方向。

其次，對(duì)主軸軸承進(jìn)行多點(diǎn)溫度信號(hào)采集。通過(guò)特定程序判斷計(jì)算軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況。同時(shí)，增加主軸部位都自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，通過(guò)定期的油脂加注，改善軸承內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍霞飛，楊蘋(píng)，郭紅霞，伍席文.大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷方法綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，41（11）：34803491.

[2]劉海.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究[D].上海電機(jī)學(xué)院，2016.