風(fēng)電機(jī)組軸承高溫故障的解決方案

顧少華

（國能思達(dá)科技有限公司）

0 引言

在科學(xué)技術(shù)水平迅速發(fā)展的大時代背景下，管理人員利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，合理運(yùn)用相關(guān)數(shù)字化監(jiān)測方法對風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的軸承運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)測，從多元角度對風(fēng)電機(jī)組的環(huán)境氣象、并網(wǎng)情況及實(shí)際運(yùn)行溫度等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合采集和監(jiān)測，通過反復(fù)實(shí)踐表明，如果不能對風(fēng)電機(jī)組軸承進(jìn)行妥善處理，在各種因素影響下，就會導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組軸承出現(xiàn)不同故障，例如，軸承自身質(zhì)量較差，安裝調(diào)試方法多存在諸多漏洞，如果受到外界自然環(huán)境及空氣污染，都會加速軸承零部件出現(xiàn)磨損，縮減風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。

1 風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)及其軸承

首先，據(jù)有關(guān)資料顯示，國內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組傳動系統(tǒng)的電動機(jī)、齒輪箱等重要零部件在長期使用過程中，可能出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，各個構(gòu)件發(fā)生的故障頻率相對較高，通過大量試驗(yàn)探索下可以得知，軸承出現(xiàn)故障可能從一定程度上導(dǎo)致電動機(jī)和齒輪出現(xiàn)失效現(xiàn)象，如下圖所示［1］為風(fēng)電機(jī)組主要零部件示意圖，主軸軸承、發(fā)電機(jī)軸承、齒輪箱軸承、變槳軸承及偏航軸承是整個傳動鏈軸承的重要組成部分。

圖 雙饋式風(fēng)電機(jī)組示意圖

其次，針對主軸軸承架構(gòu)，通常情況下，葉輪主軸承受的負(fù)荷壓力相對較大且軸體相對較長。如果不能對其進(jìn)行妥善處理，就可能產(chǎn)生變形的不良效果，因此，在現(xiàn)實(shí)生活中，許多葉輪主軸大多數(shù)是由2～3套調(diào)心滾子軸承等零部件構(gòu)成的，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際的情況對軸承等重要零部件進(jìn)行合理規(guī)劃，繼而全面提升主軸的調(diào)心功能。

最后，針對齒輪箱軸承，因?yàn)辇X輪箱內(nèi)部的行星架的存在，可能會從一定程度上導(dǎo)致軸承的數(shù)量和種類逐漸增多，一般包含圓柱滾子軸承、雙列調(diào)心滾子軸承及深溝球軸承。例如，由于主軸的支承效果存在一定的差異性，就會導(dǎo)致齒輪箱的受力情況有著很大不同。如果操作人員通過雙軸承的支撐方式對主軸進(jìn)行管理，從理論上來說，齒輪箱會受到扭矩的作用，內(nèi)部的行星架支承軸承應(yīng)妥善使用2套圓柱滾子軸承或者2套圓錐子滾子軸承。

2 風(fēng)電機(jī)組軸承高溫故障

以河北省某公司的風(fēng)電機(jī)組為主要研究對象，2020年，進(jìn)一步了解后發(fā)現(xiàn)，該公司內(nèi)部的風(fēng)電機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行時間相對較長，當(dāng)前機(jī)組內(nèi)部發(fā)電機(jī)和主軸內(nèi)部架構(gòu)的軸承在高溫狀態(tài)下發(fā)生的故障次數(shù)相對較多，首先，檢修人員通過實(shí)地考察方式對河北省唐山市某個風(fēng)電場進(jìn)行實(shí)地考察，經(jīng)過各部門周密分析，對4臺某1.5MW機(jī)組內(nèi)部的軸承重要零部件進(jìn)行潤滑處理，促使油脂更換工作順利進(jìn)行；其次，操作人員應(yīng)本著認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，統(tǒng)一將換脂工作劃分為兩個平行對比組，與此同時，操作人員應(yīng)采用適當(dāng)方式將兩個不同機(jī)組的軸承重要部位加入適量原裝油脂和K油脂，有效促使廢舊油脂能夠在短時間內(nèi)排出；最后，本次研究的1.5MW風(fēng)機(jī)原裝軸承主軸承可以使用F油脂、發(fā)電機(jī)內(nèi)部應(yīng)用舊款K油脂即可，對于偏航系統(tǒng)應(yīng)適量加入E油脂，與此同時，在14＃和33＃兩臺對比組的風(fēng)電機(jī)組，應(yīng)在軸承等需要潤滑的部位適當(dāng)應(yīng)用原油脂即可［2］，在試驗(yàn)組風(fēng)機(jī)管理中，應(yīng)將全新的新型K油脂妥善用于16＃和29＃的風(fēng)電機(jī)組軸承重要零部件進(jìn)行潤滑處理。

如下表所示，機(jī)組管理人員經(jīng)過大量模擬試驗(yàn)全面獲取主軸和發(fā)電機(jī)重要部位的溫度控制分析數(shù)據(jù)，整個對比試驗(yàn)的具體情況如下表所示。4臺機(jī)組2020～2021年11月和12月的SCADA數(shù)據(jù)［3］。

表 各個機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速≥1800r／min的10min平均數(shù)據(jù)

通過上表的數(shù)據(jù)信息可以得知以下幾個方面：首先，機(jī)艙內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)信息不會發(fā)生較大變化，例如，通過與2021年11月和12月的數(shù)據(jù)環(huán)比后發(fā)現(xiàn)，前后兩年12月份的數(shù)據(jù)同比后可以看出，整個機(jī)艙的溫度數(shù)據(jù)沒有發(fā)生太大變化，由此可以推斷，同臺風(fēng)機(jī)的溫度數(shù)據(jù)監(jiān)控信息和主軸數(shù)據(jù)具備一定的參考效果；其次，2020年12月的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與后兩個月相比，整體數(shù)值相對較低，例如，2020年12月份的風(fēng)速相對較小，整個風(fēng)電機(jī)組的出力效果較差，致使2020年12月的數(shù)據(jù)明顯小于后兩個月份，因此可以斷定，14＃、29＃和33＃這三臺風(fēng)電機(jī)組的主軸和發(fā)電機(jī)軸承內(nèi)部零件的平均溫度應(yīng)明顯低于后兩個月的平均溫度，然而，16＃則與前3組風(fēng)電機(jī)組有所不同，從橫向?qū)Ρ然蛘呖v向?qū)Ρ葍煞矫婢煽闯觯?020年12月份16＃主風(fēng)機(jī)內(nèi)部發(fā)電機(jī)軸承溫度和主軸零部件的溫度都相對較高，這就表明該風(fēng)機(jī)在出力不多情況下，整個發(fā)電機(jī)軸承和主軸零部件的溫度都相對較高［4］。

3 故障情況

3.1 主軸

（1）環(huán)比

通過大量模擬試驗(yàn)表明，4組風(fēng)電機(jī)組整體上前后兩月的出力次數(shù)大致相同，機(jī)艙溫度的固定基本維持在5℃左右，由于在實(shí)際的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用管理中，操作人員的使用方法有所不同，應(yīng)用各類新型油脂，主軸承的溫控?cái)?shù)據(jù)總體上環(huán)比呈下降趨勢，首先，在試驗(yàn)組主軸承分析期間，前軸承的下降溫度基本在2.6℃和-2.2℃，平均降溫值為0.3℃，針對后軸承而言，降溫基本在7.9℃和8.8℃左右，平均降溫值為8.4℃；其次，在對比組主軸管理中，前軸承的下降溫度基本在-4.3℃和4.8℃，平均降溫值為0.26℃，針對后軸承而言，降溫基本在11.7℃和-1.2℃左右，平均降溫值為5.30℃；最后，通過主軸溫控?cái)?shù)據(jù)環(huán)比可以得知，在全面更換全新油脂期間，F(xiàn)油脂和克魯勃141進(jìn)行比較后，能全面提升主軸前軸承的潤滑效果。

（2）同比

相關(guān)資料顯示，綜合來看，前后兩年12月的機(jī)艙溫度基本不會發(fā)生較大變化，2021年12月能夠滿足條件的出力次數(shù)應(yīng)明顯大于2020年12月，在4類發(fā)電機(jī)組加入全新油脂后，主軸承的溫控?cái)?shù)據(jù)都呈現(xiàn)升高趨勢。首先，在試驗(yàn)組主軸承分析期間，前軸承的下降溫度基本在10.7℃和-13.2℃，平均降溫值為-1.16℃，針對后軸承而言，降溫基本在8.9℃和-7.3℃左右，平均降溫值為0.86℃；其次，在對比組主軸管理中，前軸承的下降溫度基本在-17.8℃和1.2℃，平均降溫值為-8.5℃，針對后軸承而言，降溫基本在-11.7℃和-4.2℃左右，平均降溫值為-8.2℃［5］；最后，通過主軸溫控?cái)?shù)據(jù)環(huán)比可以得知，在全面更換全新油脂期間，F(xiàn)油脂和克魯勃141進(jìn)行比較后，兩組前后軸承的平均降溫差值分別為7.26℃和8.96℃，能全面提升主軸前軸承的潤滑效果。

3.2 發(fā)電機(jī)

（1）環(huán)比

通過大量模擬試驗(yàn)表明，4組風(fēng)電機(jī)組整體上前后兩月的出力次數(shù)大致相同，機(jī)艙溫度基本維持在5℃左右，由于在實(shí)際的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用管理中，操作人員的使用方法有所不同，應(yīng)用各類新型油脂，主軸承的溫控?cái)?shù)據(jù)總體上環(huán)比呈下降趨勢，首先，在試驗(yàn)組主軸承分析期間，前軸承的下降溫度基本在16.1℃和-0.2℃，平均降溫值為7.86℃，針對后軸承而言，降溫基本在16.1℃和-0.5℃左右，平均降溫值為7.9℃；其次，在對比組主軸管理中，前軸承的下降溫度基本在1.9℃和1.5℃，平均降溫值為1.7℃，針對后軸承而言，降溫基本在1.9℃和1.6℃左右，平均降溫值為1.66℃；最后，通過主軸溫控?cái)?shù)據(jù)環(huán)比可以得知，在全面更換全新油脂期間，F(xiàn)油脂和克魯勃141進(jìn)行比較后，兩組前后軸承的平均降溫差值分別為6.26℃和6.16℃，能全面提升主軸前軸承的潤滑效果。

（2）同比

總體來說，前后兩年的12月機(jī)艙溫度大體相同，且2021年12月滿足條件的次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2020年12月，將4類風(fēng)電機(jī)組更換全新油脂后，發(fā)電機(jī)溫控?cái)?shù)據(jù)呈現(xiàn)同比升高趨勢。首先，在試驗(yàn)組主軸承分析期間，前軸承的下降溫度基本在-0.9℃和-17.3℃，平均降溫值為-9.36℃，針對后軸承而言，降溫基本在-1.6℃和-18.3℃左右，平均降溫值為-9.86℃；其次，在對比組主軸管理中，前軸承的下降溫度基本在-22.9℃和-19.8℃，平均降溫值為-21.7℃，針對后軸承而言，降溫基本在1.9℃和1.6℃左右，平均降溫值為1.66℃；最后，通過主軸溫控?cái)?shù)據(jù)環(huán)比可以得知，新舊K油脂對比后，兩組前后軸承的平均降溫差值分別為12.06℃和11.86℃，能全面改善主軸前軸承的潤滑效果。

4 結(jié)論

首先，將1.5MW機(jī)組內(nèi)部進(jìn)行加裝試驗(yàn)過程中加入全新舊款F油脂和K油脂后，通過主軸溫控?cái)?shù)據(jù)和發(fā)電機(jī)溫控?cái)?shù)據(jù)對比后發(fā)現(xiàn)，新款K的潤滑效果遠(yuǎn)勝舊款K油脂。

其次，機(jī)組內(nèi)部軸承內(nèi)部運(yùn)行溫度每降低6℃后，機(jī)組使用時間能夠延長1倍以上，使用全新的且性能較佳的油脂，能夠改善軸承的潤滑效果，并進(jìn)一步降低風(fēng)電機(jī)組軸承的運(yùn)行溫度，值得相關(guān)企業(yè)普遍推廣并使用［6］。

5 結(jié)束語

總而言之，風(fēng)電機(jī)組軸承高溫故障的產(chǎn)生會受到外界各種環(huán)境因素的影響，國內(nèi)外機(jī)組管理人員應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)交流和協(xié)作，利用先進(jìn)的軸承故障處理方法解決現(xiàn)實(shí)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的各類問題，并積極采購適宜型號的油脂產(chǎn)品，進(jìn)而能夠延長相關(guān)設(shè)備的使用周期，在機(jī)組維修費(fèi)用減少的情況下，促使風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量損失情況明顯減少。