1.5MW水冷風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承故障原因分析及改進(jìn)措施

中車永濟(jì)電機(jī)有限公司 范秀云 田峰毅 嚴(yán)星濤 王 崙

引言

隨著風(fēng)電應(yīng)用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，風(fēng)電電機(jī)制造商群雄并起，搶占有限的風(fēng)電市場(chǎng)。公司風(fēng)電產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)各種故障，造成巨大損失；其中軸承故障的電機(jī)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(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承故障的主要因素，并提出了改進(jìn)措施。

1.影響電機(jī)軸承壽命的主要因素

1.1 軸承質(zhì)量

1.5 MW水冷風(fēng)力發(fā)電機(jī)所使用的軸承型號(hào)為6332M/C3，為絕緣軸承。在軸承使用前，應(yīng)仔細(xì)檢查軸承質(zhì)量，目測(cè)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(dòng)是否靈活，有無明顯卡滯，軸承絕緣電阻是否符合要求。如有任何異常現(xiàn)象，都將影響到電機(jī)軸承壽命。

1.2 配件質(zhì)量

機(jī)座、端蓋、軸承蓋、封環(huán)、轉(zhuǎn)軸等與軸承相關(guān)的配件的質(zhì)量好壞對(duì)軸承的壽命起著至關(guān)重要的作用。組裝前，應(yīng)認(rèn)真檢查相關(guān)配件的外觀質(zhì)量，如機(jī)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(yīng)盡量符合正態(tài)分布。

在對(duì)返廠的1.5MW水冷風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承故障的電機(jī)解體檢測(cè)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(píng)審后報(bào)廢處理。

1.3 潤(rùn)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(diǎn)、軸承和軸承前后端蓋清洗不干凈、人為因素使異物進(jìn)入軸承，影響潤(rùn)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(jí)的微粒也會(huì)使軸承潤(rùn)滑不良。

軸承潤(rùn)滑的好壞還與軸承中添加的潤(rùn)滑脂量密切相關(guān)。潤(rùn)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(rùn)滑脂量太多，則潤(rùn)滑脂會(huì)因攪拌發(fā)熱而發(fā)生變質(zhì)、老化。所以，在給軸承添加潤(rùn)滑脂時(shí)，要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)和工藝的要求，控制潤(rùn)滑脂加油量。為了便于軸承形成初始油膜，組裝時(shí)一般軸承腔內(nèi)注滿潤(rùn)滑脂，為了便于補(bǔ)充潤(rùn)滑脂同時(shí)又避免軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂過多而引起發(fā)熱，在軸承室內(nèi)注入1/3～2/3潤(rùn)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(rùn)滑脂泄露。當(dāng)軸承內(nèi)、外密封件安裝不到位或安裝傾斜時(shí)，將造成軸承的密封不嚴(yán)，就可能導(dǎo)致外部的塵埃、水分、金屬物等進(jìn)入軸承，影響軸承潤(rùn)滑，從而損壞軸承。

為了避免此類問題，操作者除組裝時(shí)嚴(yán)格按工藝步逐外，在組裝后，一定要檢查幾個(gè)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(gè)重要參數(shù)，它與軸承的壽命有著密切的關(guān)系。

由于制造的誤差、配合的公差、轉(zhuǎn)子軸頸彎曲、端蓋嚴(yán)重變形、端蓋與機(jī)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)?dǎo)致軸承振動(dòng)大、噪聲大，會(huì)影響軸承的性能、縮短其使用壽命。

我們模擬了1.5MW水冷風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)電機(jī)端蓋及軸承在不同溫度下尺寸變化情況進(jìn)行了檢測(cè)，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(huì)逐漸變小，當(dāng)溫度繼續(xù)上升，間隙會(huì)消失甚至?xí)a(chǎn)生過盈，說明設(shè)計(jì)所給的端蓋軸承室與軸承外圈間隙量偏小，應(yīng)加大軸承室直徑。

電機(jī)組裝時(shí)，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(shí)應(yīng)對(duì)稱用力，而且緊固螺栓的速度和力的大小應(yīng)盡量相同。使端蓋平穩(wěn)地裝配到機(jī)座上。

1.6 組裝過程中軸承零部件發(fā)生的損傷

由于風(fēng)電轉(zhuǎn)子較長(zhǎng)，且重量較重，總裝時(shí)，當(dāng)傳動(dòng)端軸承即將進(jìn)入軸承室時(shí)，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(shí)，如果損壞了絕緣層，在電機(jī)的運(yùn)行過程中將會(huì)引起軸承的電蝕。

1.7 軸承電蝕

從返廠電機(jī)軸承故障現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(yùn)行過程中有足夠大的軸電流通過，并對(duì)軸承造成了電蝕。

電機(jī)軸電流可由電機(jī)磁路不對(duì)稱、靜電積累、高頻電壓等原因產(chǎn)生，均可通過對(duì)采用絕緣軸承，和加裝接地系統(tǒng)進(jìn)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(guān)鍵。

在對(duì)返廠電機(jī)檢測(cè)軸對(duì)地絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)80%電機(jī)軸對(duì)地絕緣電阻≤10MΩ，檢測(cè)軸承蓋與封環(huán)間隙均≤0.1mm。部分電機(jī)接地碳刷破損，接地環(huán)嚴(yán)重?zé)龘p。從檢測(cè)結(jié)果來看，電機(jī)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(yùn)行維護(hù)

是否按照設(shè)計(jì)要求及時(shí)正確加注潤(rùn)滑脂，是否及時(shí)正確的進(jìn)行接地電刷系統(tǒng)維護(hù)。

2.改進(jìn)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(duì)軸承蓋與封環(huán)間隙小的問題，將所有返修及新造電機(jī)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(jī)總裝后要求用塞尺檢測(cè)軸承蓋與封環(huán)間隙≥0.4mm，用500V兆歐表檢測(cè)軸對(duì)地絕緣電阻要求≥100MΩ。

2.3 增加軸接地電刷系統(tǒng)

增加傳動(dòng)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(wù)人員加強(qiáng)對(duì)用戶培訓(xùn)，嚴(yán)格按照電機(jī)維護(hù)要求進(jìn)行操作，保證接地系統(tǒng)正常工作。

2.4 軸承加潤(rùn)滑脂工藝改進(jìn)

以往用手直接將潤(rùn)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(yùn)行時(shí)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(rùn)滑脂不干凈，容易使軸承在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)滾珠滑動(dòng)現(xiàn)象，造成軸承異常振動(dòng)、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(shè)備，并在注油機(jī)上配備油脂流量表，潤(rùn)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(jìn)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(dòng)軸承，充滿軸承的8個(gè)內(nèi)腔空間。這樣在油膜建立以前滾動(dòng)體與滾道面之間不會(huì)出現(xiàn)干磨和異常噪聲，也有利于油膜的建立，可以延長(zhǎng)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(rùn)滑脂，提高了軸承潤(rùn)滑質(zhì)量。

2.5 制作總裝導(dǎo)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(duì)軸承不造成沖擊，總裝時(shí)增加了用尼龍做的軸承導(dǎo)向套。

電機(jī)總裝時(shí)將導(dǎo)向套套到轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)軸承即將進(jìn)入軸承室時(shí)，總裝導(dǎo)向套起導(dǎo)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(jìn)

以往烘軸承的烘箱因使用多年已老化，升溫時(shí)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(yuǎn)近的影響，經(jīng)常使得軸承受熱不均勻，即使是同一個(gè)軸承溫差也高達(dá)50℃，嚴(yán)重影響軸承壽命

針對(duì)這一問題設(shè)計(jì)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(fēng)加熱狀態(tài)，避免了軸承受熱不均勻的現(xiàn)象；同時(shí)定期對(duì)軸承加熱溫度進(jìn)行跟蹤，在軸承表面上貼上測(cè)溫紙，跟蹤同一烘箱內(nèi)的軸承溫差及軸承實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的差異，溫差可控制在10℃以內(nèi)。

2.7 加強(qiáng)清潔作業(yè)

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

3.結(jié)束語(yǔ)

要提高軸承裝配質(zhì)量和壽命，首先必須認(rèn)識(shí)到組裝工藝對(duì)軸承壽命的影響，不斷地改進(jìn)組裝工藝。我們通過軸承加潤(rùn)滑脂工藝改進(jìn)、制作總裝導(dǎo)向套、軸承加熱改進(jìn)、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(duì)軸承裝配工藝進(jìn)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(shí)章主編.電機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

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