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风电机组机械润滑隐患风险分析及改造研究

2019-06-06

　　【摘　要】近年来，风电机组因润滑不当或油脂选型不当而出现的问题逐步呈现出来，主要表现在发电机轴承温升报警，油脂干涸变硬；主轴轴承温升报警，油脂干涸结块或成胶状；变桨轴承密封泄露甚至损坏，轴承不同程度出现磨损，废油脂排出不畅；偏航轴承振动异响以及开式齿轮出现油脂滴落流失、齿面锈蚀、点蚀甚至磨损等。本文针对以上问题进行原因分析及改造研究。
　　【关键词】风电机组；润滑；原因分析；改造研究

　　1、部件润滑问题的原因分析
　　轴承润滑问题主要原因在于所使用的油脂抗重载、抗剪切、抗微动磨损、抗氧化安定性能不足，致使游离碱含量降低、游离有机酸含量增大，生成腐蚀性产物和破坏润滑油脂结构的物质，造成轴承腔内的油脂干涸变硬甚至结块。风电机组长期运行，致使轴承保持架过度磨损，滚柱（珠）不能按既定轨道运行，Z终导致轴承损坏故障。

　　开式齿轮润滑问题主要原因在于所使用的油脂粘附性能差，不能形成有效润滑油膜，在高压力下的磨损保护、抗腐蚀能力不足，导致轮齿过度磨损、损坏。

　　1.1变桨轴承故障原因分析

　　风电机组大多是在环境恶劣的条件下或变桨轴承长期在微动状态下运行，因润滑不良导致的变桨轴承损坏主要以下几方面的原因：

　　1.1.1润滑油脂在微动状态下对轴承的影响

　　微动状态下的轴承与单向旋转的轴承不同。在摆动振幅相当大的情况下，轴承圈将受到两种载荷的作用如图1（a）所示，轴承圈上未被润滑的边缘一段处在连续旋转的状态，改变运动方向后、在被润滑之前经过的区域将出现压力峰，该压力峰的压力比连续旋转时所产生的压力大一倍；当轴承以很小的摆动振幅工作时，如图1（b）所示，这时相离Z远的两接触面也部分相互重叠，轴承的工作条件将变得极端不好，该区域内的压力峰将变得非常大。以上问题如果没有润滑脂的作用，那么在短时间工作之后轴承就会磨损、损伤。

　　滚道磨损及滚珠损伤将使摩擦力矩增加，轴承就会产生高温，并产生永久变形。在此情况下金属表面由于猛烈挤压，可能发生分子熔接现象，在滚道上留下凹坑（见图2）。轴承磨损逐渐加大，轴承圈金属被氧化及部分润滑剂变成酸而生成氧化物的侵蚀作用，轴承将更快地损坏，轻者导致变桨阻力增大，重者导致轴承变形卡死。

　　1.1.2润滑油脂在低温状态下存在的问题
　　通过对油脂分析及在低温状态下运行对风机变桨系统的影响，发现变桨轴承润滑脂在低温时变得异常粘稠，阻力很大，导致变浆系统轴承阻尼系数增大、轴承脂低温润滑性能差。所以油脂在低温状态下运行是引起变浆电机过载、变桨不同步等故障的原因之一。

　　1.1.3使用品质不好的润滑油脂存在的问题

　　在长期的运转过程中，品质不好的润滑脂由于基础油大量分离发生分油度过大导致基础油与增稠剂严重分离，甚至结构发生物理变化，导致增稠剂被严重剪切，Z终引起油脂干涸，结块等现象。如果某一时刻掉入滚道这样不但使润滑油脂的润滑效果变差，固化的增稠剂也有可能使变浆系统轴承运动阻尼增大，引起变浆电机过载、变桨不同步等故障。

　　1.2主轴轴承故障原因分析
　　主轴轴承在运行时同时受到径向载荷和轴向载荷，其发生故障主要原因是：主轴轴承使用油脂不能满足轴承润滑的基本要求，抗重载、剪切、磨损能力差，胶体安定性能差，导致铜质轴承保持架异常磨损，滚柱与保持架间隙超标。

　　球面滚柱轴承不能按原设计的路线运行，加剧磨损，致使球面滚柱变道运行，导致滚道边缘受力异常而破损。

　　1.3发电机轴承故障原因分析
　　发电机长期处于高温、高转速、极压状态下，其故障主要原因是：

　　1.3.1使用的油脂胶体安定性能差，抗氧化、腐蚀能力不足，抗剪切性能不稳定，在受热、压力、离心力等作用下易发生严重分油，导致寿命迅速降低；

　　1.3.2润滑脂高温性能差，润滑脂运行时很快氧化失效而结块，其失效后不能对发电机轴承进行良好的润滑，使发电机轴承温度升高、磨损加速，Z终抱死停机。

　　1.4开式齿轮故障原因分析
　　开式齿轮故障主要是原油脂粘附性能差，不能形成有效润滑膜，高表面压力下的磨损保护、抗腐蚀能力不能满足其运行基本要求，人为地延长原油脂的寿命，导致开式齿面及驱动轮磨损、点蚀。

　　1.5偏航轴承故障原因分析
　　偏航系统也称对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳的对准风向，以便风轮获得Z大的风能，在此过程中其承受了整个机舱转动所产生的载荷，因润滑不当导致偏航轴承振动异响。

　　1.6对润滑脂的质量要求
　　1.6.1对轴承润滑脂质量要求如下：

　　（1）具有良好的分油释放性能，并具有很好的流动性；

　　（2）具有良好的油品分布性能，在接触区域有好的粘附性；

　　（3）具有抗极压及抗磨添加剂，确保低的磨损量。

　　（4）具有极佳的抗微动磨损性能；

　　（5）剪切稳定性以及长的换油周期；

　　（6）与密封件兼容；

　　（7）低温稳定性好；

　　（8）良好腐蚀保护性能。

　　1.6.2开式齿轮对润滑油脂的要求是：

　　（1）黏附性好；

　　（2）承载高的表面压力；

　　（3）腐蚀保护。

　　2、润滑系统改造研究
　　为了避免以上问题的出现，导致机组故障扩大化，在此提出几点改善机组润滑环境的专项注油、检查、改造方案，具体情况如下：

　　2.1变桨轴承及齿圈润滑技术
　　1）通过手动变桨（快速转动）确认变桨轴承有无异响等异常现象；

　　2）检查变桨润滑系统是否正常，若不正常，应恢复变桨润滑系统；

　　3）取下变桨轴承处所有快速接头和集油袋（瓶），用铁丝或螺丝刀疏通变桨轴承进油口和出油口，确保其通畅；

　　4）手动从变桨轴承的注油口给轴承滚道加注油脂，确保注油口注油量充足。注油时需要一边手动变桨一边手动注油并及时清理排脂口排出的废油脂；

　　5）用抹布等工具将每个变桨轴承的齿和润滑小齿轮上的杂物和旧油脂清理干净，然后在变桨轴承齿圈上均匀涂上润滑脂；

　　6）观察运行，定期检查集油袋（瓶）中废油收集及充气情况。

　　2.2偏航轴承及齿圈润滑技术
　　1）拆下偏航轴承的各个注油嘴并疏通，向各个注油口注油，各个注油孔需均匀注入油脂；

　　2）用抹布等工具将偏航轴承齿圈上的杂物和旧油脂清理干净，然后在偏航轴承齿圈上均匀涂上润滑脂；

　　3）观察运行情况。

　　2.3主轴轴承润滑技术
　　1）取下主轴轴承座端盖侧排油螺塞（若有自动注脂泵取下后不再复装），观察是否有油脂排出，若无油脂，用铁丝疏通排油口，确保排油口通畅，并清理排出的废油脂；

　　2）检查主轴润滑系统工作是否正常，若不正常，应先恢复主轴润滑系统；

　　3）若主轴轴承有升温、振动、异响等异常情况，则需要将主轴轴承座的端盖取下，将主轴轴承内旧油脂尽量掏出，检查油脂是否含有铁屑，金属粉末等异物及轴承磨损情况，复装端盖；

　　4）加注新油脂时需拆下轴承处的油管快速接头，用手动注油泵向轴承两边注油口同时加注润滑脂（如果遇到注脂困难，且发现排油不畅，参照上一条将端盖拆下处理）。加注油脂时尽量保持高速轴转速为300-400r/min，使油脂均匀分布在轴承滚道内；

　　5）观察温度、振动、异响的变化情况。

　　2.4发电机轴承润滑技术
　　1）检查发电机润滑系统工作是否正常，若不正常，应先恢复发电机润滑系统；

　　2）若前后轴承有温升高、振动、异响等异常情况，则需要将轴承座的端盖取下，将轴承内旧油脂尽量掏出，检查油脂是否含有铁屑、金属粉末等异物及轴承磨损情况，复装端盖；

　　3）向发电机前后轴承加注油脂时要将自动润滑泵出油口油管接头取下，将加油枪与油管快速接头连接，加注油脂（如果遇到注脂困难且发现排油不畅，参照上一条将端盖拆下处理），加注油脂时保持高速轴转速为300-400r/min，使油脂均匀分布在轴承滚道内；

　　4）注意观察运行时温度、振动、异响的变化情况。

　　3、结论
　　综上所述，可避免因润滑故障导致的轴承损坏问题，如油脂不能满足机组使用环境，建议更换。

　　轴承及开齿良好的润滑保护能有效降低各部件的磨损，延缓各部件的使用寿命，降低了更换大部件的几率，同时为风场节省了因更换大部件而带来的经济损失。给风机安全稳定运行带来保障，降低了因润滑问题导致的故障率，降低了停机频率，可有效提高风场的生产效率。

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　　作者简介：武林侠（1986-），男（汉族），中节能内蒙风电公司安生部技术专工，电气技师，从事风力发电机组技术支持及技术研究。

来源：《风能产业》2019年第4期