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公司簡介 / Company Profiles

風電機組變槳軸承批量故障問題失效分析與技術升級解決方案

發布時間:2017/4/28

風電機組變槳軸承工作環境多為風沙、雨露、潮濕和低溫等惡劣情況,加之安裝和維護十分不方便,因此,變槳軸承不僅需要足夠的強度承受聯合載荷,同時也要求其具有良好密封性與高可靠性。近年來,諸多國內外企業在生產風電軸承方面達到了對規模、標準等的要求。如斯凱孚(SKF)、舍弗勒(FAG)、恩斯克(NSK)等傳統軸承企業,以及羅特艾德(RotheErde)、勞力士(Rollix)等公司的產品在全球風電軸承行業享有盛名,其生產的產品的主要性能指標,如可靠性、壽命等全部滿足風電機組的使用要求。經過十幾年的發展,國內在風電專用軸承領域取得了長足的進步,在軸承自主生產,研發設計上都取得一定成果,但是與國外的知名軸承公司相比,在市場占有率以及基礎研發上仍有很大的差距,在基礎技術研究及后期生產制造方面,我國仍需要不斷的探求創新。 
變槳軸承失效模式
1.故障機組變槳原理
故障機組變槳機構采用液壓缸來驅動,液壓缸安裝在齒輪箱后面,活塞桿通過雙向推力軸承與變槳驅動桿連接。當變槳驅動桿移動時,3 個組的葉片同步轉動。其變槳距軸承的外圈通過螺栓連接固定在輪轂上,在變槳距軸承的內圈與外圈間為圓珠滾子,內圈通過螺栓連接葉片。其機組變槳機構示意圖,見圖1。
故障機組葉片變槳軸承為單排四點接觸球軸承設計,主要承載來自葉片作用的徑向載荷、軸向載荷和傾覆力矩。四點接觸球軸承屬于徑向單列角接觸球軸承,其滾道用來支撐作用于兩個方向上的軸向載荷的,可以承受最高為軸向載荷的幾分之一的徑向載荷。
2.軸承損壞情況及失效模式
風電場調研分析表明,隨著機組運行時間的增加(該型機組運行時間已有7 到10年),變槳軸承出現多起嚴重事故:發生21起導致葉片墜落的事故中,其中9起出現變槳軸承外圈斷裂;此外在運維檢查中發現近10臺次軸承外圈開裂,與葉片墜落時軸承斷裂情況類似。發生1起軸承卡澀導致葉輪無法回槳、高速軸過速制動引發機組著火事故;同時還發現50多例較為嚴重的磨損卡澀問題。因此該型機組變槳軸承的損壞主要表現為軸承外圈斷裂和軸承軌道磨損卡澀問題,給風電場的安全生產帶來極大的隱患。
對該型故障機組發生的變槳軸承斷裂及卡澀問題,從設計、制造、安裝、維護等方面給予原因分析:
軸承斷裂主要發生在軸承-輪轂連接螺栓負載集中的區域,斷口方向為外圈徑向,斷面疲勞裂紋擴展明顯。軸承外圈斷裂見圖2。軸承外圈斷裂的主要原因有:淤通過失效分析和現場運維判斷軸承外圈斷裂主要原因是由于設計裕度不足導致的。由于軸承強度不夠,容易引發螺栓斷裂,周期性交變載荷以及螺栓斷裂又加劇了軸承負載和變形,導致疲勞裂紋擴展和軸承斷裂。于部分風電場風輪組裝以及更換輪轂-軸承連接副螺栓時,由于采用的潤滑方式不同,導致螺栓軸力差異較大,受力較大以及應力集中區域的螺栓容易先期斷裂,使得軸承更容易出現裂紋,發生斷裂。
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