風電場風機主軸軸承保持架失效原因分析

風電場風機主軸軸承保持架失效原因分

析摘要：近年來，我國的綜合國力的發(fā)展迅速，風能是一種綠色、可再生能源，在很大程度上可以解決發(fā)電產生的環(huán)境污染問題，風電機組作為風電場運行的核心裝置，由于通常地處沿海區(qū)域或惡劣環(huán)境、交通不便的偏遠郊區(qū)，且機艙一般位于離地面上百米的高空，因此，給風電機組日常運行維護造成一定難度。為盡量避免風電機組故障造成停機，而帶來的巨大經濟損失，迫切需要提高風電機組尤其是核心設備風力發(fā)電機的運行可靠性，控制風力發(fā)電機的運行維護成本。本文在分析風力發(fā)電機故障特點的基礎上，具有針對性地提出運行維護策略。關鍵詞：風電場風機主軸；軸承保持架；失效原因分析引言隨著風力發(fā)電機組單機容量逐步提升，對風機主要零部件的安全性和可靠性提出了更高要求。主軸軸承做為雙饋型風機的核心部件，承受風輪加給主軸的軸向力和彎矩載荷。受風向的瞬時多變性影響，主軸軸承的受力較為復雜，特別是遇到湍流風況，還將發(fā)生主軸總成振動。因此，主軸軸承一直是風力發(fā)電技術發(fā)展的主要研究對象。1風力發(fā)電機常見故障特點1.1葉片風電機組中葉片作為風電機組感應風能的重要構件，葉片往往承受較大風能應力，且所處環(huán)境極其惡劣，即使風電機組正常運行，也會出現一些設備故障，如：葉片結構松動造成雨水通過裂紋進入葉片內部，引起葉片不平衡；環(huán)境污染等原因增加葉片表面粗糙程度；長期受到風能應力導致葉片變形、葉片結構裂紋、槳距控制失效而造成空氣動力不平衡。由于葉片受力出現形變或裂紋時，會釋放時變的、高頻的、瞬態(tài)的聲發(fā)射信號，風電機組葉片損傷探測與評估常使用聲發(fā)射檢測技術，考慮到葉片故障引發(fā)的轉子葉片受力不均會傳導到機艙上而造成機艙晃動，可在機艙主軸上安裝多個振動傳感器，通過傳感器采集低頻振動信號，分析葉片轉動空氣動力不平衡等故障。1.2齒輪箱齒輪箱通常由一級行星齒輪、兩級平行齒輪傳動組成，是連接風力發(fā)電機與風電機組主軸的重要構件，通過齒輪結構可使主軸上低轉速變?yōu)檩^高轉速，以此滿足風電機組的正常運行轉速需要，由于風電機組齒輪箱的工作運行環(huán)境非常惡劣、傳輸功率較大、工況較為復雜，齒輪箱的高速軸側軸承、行星齒輪、傳動側軸承、中間軸軸承等發(fā)生故障的幾率較大。由于齒輪受沖擊載荷、交變應力等作用影響，很容易出現齒面擦傷、磨損、斷齒等問題，造成滾道滑傷、軸承磨損、外圈跑圈、滾子打滑等故障。由于齒輪箱故障所需的部件維修時間較長，維修費用相對較高，對于齒輪箱故障診斷可利用小波神經網絡方法分析其振動信號，還可檢測分析潤滑油溫度、油液磨粒、軸承溫度等信息，對齒輪箱故障進行診斷。1.3電動機現階段風電機組通常采用永磁同步發(fā)電機、雙饋發(fā)電機，直驅式風力發(fā)電機是直接耦合電機轉子，通常使用永磁同步電機，電機轉速一般較低，電機啟動轉矩較大，定子繞組經全功率變流器接入電網，相對于雙饋發(fā)電機其運行范圍較寬，但直徑較大、結構相對復雜，設備成本較高。相對于永磁同步發(fā)電機技術，雙饋發(fā)電機轉速相對較高，會存在一定的噪音污染，且風電機組對應需要增速齒輪箱，因此機組整體重量較重。雙饋發(fā)電機為異步發(fā)電機，其額定轉速為1500r/min，由于變流器連接轉子，可實現功率的雙向流動，確保發(fā)電機在額定轉速70-105%范圍內的恒頻變速運行，以此獲得穩(wěn)定的輸出功率。風電機組風力發(fā)電機中的電動機故障有機械故障、電氣故障，機械故障主要表現為軸承損壞、過熱，轉軸形變磨損、轉、定子間隙異常等；電氣故障主要表現為繞組斷路、短路、過熱等。電動機故障通常分析電動機的溫度、電流、振動等信號完成相應檢測。2風力發(fā)電機運維策略分析2.1完善風力發(fā)電機運行維護體系風電場需要基于自身經營戰(zhàn)略以及發(fā)展情況，制定合理的風力發(fā)電機運行維護制度，制度需要明確以下內容。首先，明確風力發(fā)電機運行維護工作流程，對風力發(fā)電機運行維護工作的順序、內容以條文形式一一列出，保證風力發(fā)電機運行維護工作有條不紊開展。例如，風力發(fā)電機運行維護流程是從局部故障一線路檢測一檢修方案的制定一檢修工作開展一質檢一投入使用的順序一步步開展的。以制度條文形式明確后，要求檢修人員嚴格按照流程，開展部件檢修養(yǎng)護工作。其次，明確風力發(fā)電機運行維護工作的周期。風電場需要根據實際情況確定風力發(fā)電機的定期維護時間，要求工作人員按照短期、長期計劃設計合理的檢修維護時間。例如，風力發(fā)電機有高出力季節(jié)和空閑期，不同時期內的維護時間、頻率有一定差別，工作人員在合適時間內有計劃進行維護工作，可以保證風力發(fā)電機能夠在運行期間內穩(wěn)定安全。最后，明確風力發(fā)電機的維護方案。要求風力發(fā)電機工作人員按照維護方案開展維護工作，方案中需要包含時間、項目、結果、質檢評測等內容。工作人員需要做好相關記錄并保存，確保后續(xù)維護工作的條理性。2.2引入先進的風力發(fā)電機運行維護技術，提升運維水平風力發(fā)電機運維體系是確保運維工作有序開展的基礎，風力發(fā)電機運行維護技術則是運維工作開展不可缺少的條件。因此，風電場需要加強技術投入，引入先進的風力發(fā)電機運行維護技術，結合自身的風力發(fā)電機運行維護工作，提升運維水平。具體包括以下內容。首先，風力發(fā)電機運行維護工作開展前期，工作人員需要通過全面細致的觀察，初步判斷風力發(fā)電機存在故障問題的部件。例如，通過觀察判斷風力發(fā)電機內部電纜線是否存在老化、移位、松動的問題，通過聲音辨別風力發(fā)電機內部控制柜部件是否存在放電、接線端接觸不良的問題。根據初步觀察，大體判斷風力發(fā)電機故障部位后，再進行下一步深入檢查，從而制定對應維修方案。其次，目前，風力發(fā)電機運行維護工作除了故障排除以及維修外，還包含風力發(fā)電機潤滑系統(tǒng)維護工作。風力發(fā)電機不同部件的潤滑維護方式有一些差別。例如，稀油潤滑的維護方式主要應用于齒輪箱、偏航減速齒輪箱。軸承過熱是風力發(fā)電機運行常見故障，針對容易出現過熱、高溫的軸承，例如，偏航軸承、偏航齒輪等部件，具有合格資質與性能的專用潤滑脂能夠更好解決其過熱、高溫的問題。最后，風電場需要針對技術部門設定專門的技術開發(fā)創(chuàng)新經費，鼓勵技術部門創(chuàng)新技術，不斷提升風力發(fā)電機運行維護技術水平。3糾正及預防措施（1）維護單位須盡快開展風機設備潤滑油脂專項檢查，對設備潤滑油脂劣化失效、不足的設備，先檢查設備是否已造成損傷，再對潤滑油脂進行清理、置換或補充。（2）維護人員須熟悉《MY1.5風力發(fā)電機組維護維修手冊》各項條款要求。嚴格按照手冊對風機設備開展維護、保養(yǎng)，未得到業(yè)主方同意不得擅自變更或降低維護維修要求。（3）組織21#風機主軸總成（含軸承）更換工作，回裝過程注意主軸中心找正、各連接螺栓打緊力矩、各間隙配合等關鍵安裝工藝控制。做好齒輪箱脹緊套與軸承座鎖緊螺母端面、發(fā)電機與齒輪箱對中平行偏差、角度偏差等關鍵數據的記錄。（4）按照《MY1.5風力發(fā)電機組維護維修手冊》要求，B端軸承新加油脂量為10kg，潤滑油脂型號為ShellStaminaHDS。采用其他替代潤滑油脂品牌，必須經過風機廠家同意。首次所加潤滑油脂品牌必須做好記錄，后續(xù)補加油脂必須使用同一品牌。（5）運行人員需加強對設備重要參數的敏感性，當參數發(fā)生異常變化趨勢，即使未達到報警值，應提前分析并采取糾正、補救措施。結語隨著我國能源部門出臺加快推進風電開發(fā)意見建議，風力發(fā)電機組擴容需求不斷上升，風電