摘要：主轴承为风力发电机组的关重部件，目前已广泛应用于各种型号的大功率风力发电机组，通过对已运行机组的调研和验证，发现多数轴承损坏都是因轴承内圈蹿动引起，由于风力发电机组运行工况复杂，风电场所处的地理位置比较偏僻，而且机组处于高空运行，主机维修成本较高，保证其运行的可靠性，及风力发电机的使用寿命，一直是困扰相关单位的重要问题，作为风力发电机组的关重部件，轴承的稳定性对主机效率的影响极为重要，决定着风力发电机组的运行性能和使用寿命。故本文结合实际应用从主轴承安装位置设计、主轴承产品选型、装配部件配合尺寸的控制、装配过程的质量控制、整机安装过程中质量控制、后期运维等方面，介绍了防止大型风力发电机组主轴承内圈蹿动失效的具体措施。
关键词：风力发电机组；主轴承；措施。
随着风力发电行业的发展，大功率机型得到了越来越多的市场认可，且在电网中占据了越来越大的比重。随着机组功率的提升，其相应的主轴承尺寸也在不断的扩大，为了增强产品的稳定性，从传动链的设计改进，到各种零部件不同功能的考虑，都成为风力发电机主机设计改进的不同考虑因素。在大型风力发电机组中，机组运行时，主轴承转速一般较低，但由于其需承担轮毂部分的载荷，故其本体运行时所要承受的载荷较大，安全和稳定性要求较高。风力发电机组主轴承目前应用较多的是滚动轴承，滚动轴承是将运转的轴承与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦的一种机械元件，其结构一般分为轴承内圈、滚子、保持架、轴承外圈等，风力发电行业中的主轴承装配一般采用过盈热装配合，热装的基本原理是：通过加热轴承，使其直径膨胀增大到一定数值，再将相应的主轴或者轴承座自由地送入轴承中，轴承冷却后，轴就被紧紧地抛住，其间产生很大的联接强度，达到过盈配合的要求。避免主轴承内圈蹿动可以从主轴承安装位置设计、主轴承产品选型、装配部件配合尺寸的控制、装配过程的质量控制、整机安装过程中质量控制、后期运维等方面进行把控，具体如下：
1、主轴承安装位置设计：主轴承一般采用过盈热装配的方式安装在轴承座或者主轴上，由于风力发电机组运行时轮毂和叶片自重，以及轮毂旋转的惯性转矩都通过主轴承传递，故主轴承在机组运行时所承受的载荷较大，尤其直驱型发电机组。为了使主轴承更好的在设计安装位置运行，可以在轴承安装处设计固定轴承内圈的压环或者锁紧螺母等，把主轴承内圈固定在轴肩与压环之间，防止轴承蹿动，保证轴承在设计安装位置可靠运行。
2、主轴承产品选型：目前风电行业风力发电机组主轴承都是直接采购国外或者国内轴承厂家产品，主机厂只提供所需轴承的配合尺寸，由于主轴承为直接采购，故主机厂在主轴承产品方面很少有专业人才储备，为了保证机组质量安全，在风力发电机组主轴承选型时应选择成熟的轴承厂家，成熟的轴承厂家在轴承设计、生产方面经验都比较成熟，质量相对有保障。主机厂在轴承装配前应严格按照相关的设计规范、工艺文件对主轴承进行全面的检查验收，检验项目主要有轴承成品的尺寸精度、轴承成品的螺旋精度、轴承成品的径向油隙、轴承成品的旋转灵活性和振动噪音、轴承成品的残碰强度、轴承成品的表面质量、轴承成品的硬度等方面。
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3、装配部件配合尺寸的控制：风力发电机组主轴承与主轴或者轴承座直接是过盈配合，由于主轴承和轴承安装部位加工尺寸都存在一定的偏差，为了保证主轴承与主轴或轴承座之间为最优配合，在主轴承安装前应按设计要求对主轴承和主轴或者轴承座安装位置相关尺寸进行精细测量，根据测量结果进行配对安装，保证主轴承与主轴或者轴承座安装后为最优配合，从而可以更好的延长轴承使用寿命。
4、装配过程的控制：1）主轴承以及轴承安装位置在装配前需充分清理干净，保证安装面清洁、无杂物和污染；2）主轴承装配前需进行加热，加热过程宜在密闭室内进行，保证室内的温度和湿度达到轴承安装要求，以免环境空气中的杂质对轴承造成污染和腐蚀；3）轴承加热时应严格控制内外圈温差，以免内外圈膨胀尺寸偏差较大，造成轴承内部损伤，轴承加热温度不得超过120摄氏度；4）轴承装配完成后，冷却过程中需用相应的工装将轴承整体向下挤压，避免冷却过程中轴承向上收缩，导致安装后轴承与轴肩间间隙过大，运行后轴承在外力作用下易产生蹿动，影响轴承及相关部件的使用寿命；5）轴承套装时应严格按照工艺和相关国家、行业标准进行，防止轴承吊装时产生磕碰、划伤等表面损伤，保证各部位装配后满足设计要求。
5、整机安装过程中质量控制：风力发电机组主轴承及相关部件安装完成后，主轴承将随风力发电机组整机机舱进行吊装，机舱吊装后在高空与轮毂和叶片的组合体进行对接，整体对接过程需保证轮毂组合体稳定平衡，避免轮毂与机舱产生碰撞，间接对主轴承及相关部件造成损伤，从而影响轴承的使用寿命。
6、后期运维：1）风力发电机组运行后，应按照设计、工艺要求及时对轴承进行维护，维护的关键在于轴承的润滑，风力发电行业主轴承一般采用润滑脂润滑，应根据机组的工作温度、轴承负荷和运行转速综合考虑，选择合适的润滑脂； 2）在轴承安装相应位置装配在线监测系统，对主轴承的运行状态进行随时监控，第一时间了解机组的健康状态，定期调取相关振动数据进行分析，发现异常情况，及时进行维护检修。在线监测系统的选择应根据轴承的振动机理、运行环境等综合因素，选择高可靠性硬件设计与开发技术、良好的系统集成性、高灵敏度的设备，基于不同运行工况设置报警值，使得报警更加准确。采用智能化的数据处理方法从复杂的信号中提取部件的故障特征频率，为建立专家数据库，准确的判断机组的运行情况提供有力的依据；[2] 3）按要求定期对主轴承相关连接部件质量安全进行检查，相关部件安装螺栓力矩进行检查，保证主轴承在设计的安全范围内稳定运行，机组定检维护时，需对运行机组轴承运行状态进行检查，及早发现轴承早期失效征兆，采取相应防护措施，对机组运行过程频发的异常情况应予以重视，如发电机过速、机舱加速度超限等故障，及时采取停机措施，登机检查轴承运行状态。
结束语：
在风力发电机组中，主轴承正确安装直接影响设备的长周期稳定运行，故主轴承从设计、选型、安装等所有过程必须严格按照设计、工艺要求进行，同时还应注意轴承的日常维护和保养，用在线监测系统对轴承的运行过程进行实时监测，及时发现存在的隐患及时处理，只有这样，才能保证风力发电机组长久、高效运行，提高风电场的有效运行时间和发电量。
参考文献：
【1】滚动轴承应用手册（第三版）.北京:机械工业出版社，2014；
【2】张亚洲 智能化风电机组在线监测技术研究 华能哈密风力发电，2015。
论文作者:刘波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：主轴论文; 轴承论文; 内圈论文; 机组论文; 部件论文; 风力发电机组论文; 轮毂论文; 《电力设备》2018年第19期论文;