【摘 要】风力发电机主轴承支撑机械旋转体，吸收作用于风机上的大部分载荷，包括径向载荷、轴向载荷和弯矩等，因此容易发生轴承疲劳磨损甚至失效故障。本文从主轴承选型设计及日常维护保养着手，通过实例分析，探究了如何及早发现轴承隐患并提高轴承寿命。
【关键词】主轴承，维护，寿命
一、引言：
传动系统是风力发电机最重要的系统之一，主轴在传动系统中起到传递扭矩及吸收振动的重要作用，使得齿轮箱只承受风轮扭矩且风轮负载对齿轮箱只有很小的冲击作用。而主轴承主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。主轴承因需要承载风轮产生的弯矩及推力，常采用双列滚动轴承作为径向及轴向支撑。
风力发电机工作环境一般十分恶劣，受力非常复杂，主轴承除了承受较大的径向载荷外，还承受部分轴向载荷，因此极易发生磨损，引起风机异常振动和噪声，甚至发生灾难性事故。主轴承一旦失效，因其难以吊装和更换，将严重影响风机可利用率并影响机组安全。加之目前风机逐渐国产化，而国产轴承在材质、加工工艺、设计方面仍有待改进，因此如何通过轴承的选型设计和日常的维护保养提高主轴承的寿命就成为风电行业的重要课题。
二、实例分析
某风电场位于广东省汕头市南澳岛，投产于2000年7月，共装有原丹麦NEG-Mikon的NM750/44风电机组18台，装机容量为13.5MW，长期运行在海岛盐雾环境下已近16年。该风机主轴承为FAG生产，主轴承分别于2006年和2013年，进行过解体清理。 2015年9月，该风电场发生过一起主轴承损坏事件，现场人员在巡视过程中发现一台风机停运，风机控制面板并无风机故障和告警。当时平均风速6m/s左右，登机检查发现主轴承端盖（两半圆形端盖）受挤压型变，且有大量黑色油脂溢出（图1、2），判断为主轴承损坏。
由故障损坏检查情况分析其原因，有以下几点可能：
1、该风电场为沿海风电场，风况较佳，风机长期处于大负荷运行状态。加上其山地特性，湍流强度较大，造成风机振动现象严重，对主轴承的损坏有重大的影响；
2、该风电场长期处于盐雾天气下，盐雾对主轴承及造成腐蚀破坏，影响其寿命；
3、该风电场投产已近16年，主轴承长期服役，造成轴承疲劳磨损，轴承保持架断裂，使滚子偏离滚道造成轴承卡死并挤压轴承端盖。
现该风机主轴承已更换完毕，风机已恢复正常运行，但停运期间损失较多电量，并影响风机可利用率，给风电场带来较大损失。
三、建议措施
通过此次主轴承损坏事件，总结出主轴承在选型设计和维护保养过程中的注意事项，具体如下：
供应商选择
材料的好坏是决定轴承的最重要因素，其次才是轴承设计、工艺等因素，受制于国内钢企冶炼技术和成本等因素，国产轴承质量和寿命均逊色于国外产品。因此在选择主轴承时，要充分考虑产品的性价比，根据公司的实际需求进行选择。
2、主轴承的润滑：
主轴承的润滑效果的好坏对其寿命至关重要，目前主流润滑方式主要有两种：润滑油润滑和润滑脂润滑，其中润滑脂润滑比例较大。
而废旧油脂处理不当会对轴承带来极大危害，一旦废旧油脂不能有效的排出，将会在轴承内沉积、堵塞，导致新的润滑脂不能顺利注入润滑部位进行有效的润滑。从而导致摩擦力矩增大，加剧轴承磨损，引起风机振动加剧，最终导致轴承卡死。因此选择良好性能的润滑油脂并及时排出废旧油脂，才能保证润滑脂的稳定性并保证轴承的可靠运转。
在日常维护过程中手动对轴承加注油脂难以保证轴承始终处于良好的润滑状态，因此需要对风机安装自动加油装置。
维护人员在定检和日常维护中需认真检查自动加油装置工作情况及储油罐内油脂数量，若加油装置发生故障，需及时进行处理并手动对轴承加注油脂；检查废旧油脂的颜色是否异常，并用手摸废旧油脂中是否有铁屑或铜屑，一旦存在异常需及时停机检查；每隔半年或一年对废旧油脂进行化验检测，以便提前发现轴承隐患。
3、主轴承的密封
沿海风场盐雾大、湿气重，主轴承一旦密封特性不好，会导致水分和异物的侵入，导致轴承严重锈蚀、腐蚀，影响轴承使用寿命。因此需选择耐酸碱、耐腐蚀、密封特性良好的主轴承，同时需做好机舱的除湿工作。
4、主轴承的防雷
一般情况下，叶片在遭受雷击时会将大部分电流通过主轴承导入塔筒。强雷电流通过主轴承时会在轴承接触面留下灼蚀斑点，虽然不会影响机组的运行，但会引起噪声、振动并增大摩擦，导致轴承使用寿命缩短。
要做好主轴承的防雷工作，首先要建立一个流畅的从主轴承到机架的电流通道，建立一个阻抗低于轴承阻抗的通道来对电流进行分流，使得电流不再经过主轴承滚子接触点，达到保护主轴承和主轴承的目的；其次应选择绝缘主轴承并做好主轴承的绝缘方案，来降低通过轴承的电流。
5、加大对主轴承的拆检力度及密度
对主轴承拆检的目的主要是检查轴承的磨损情况、滚珠是否偏离跑道、清理废旧油脂并重新添加润滑脂。及时有效的对轴承进行拆检对及时发现轴承问题并延长轴承使用寿命有着重要的作用。因此需加大对主轴承的拆检力度，并根据机组的情况确定轴承的拆检周期。
维护人员在轴承拆检过程中需对轴承做相应防腐处理，并在轴承回装时做好相应的密封工作。
6、状态监测和故障诊断
滚动轴承在发生异常和损伤时，一般都会引起振动加剧，因此振动信号可作为诊断轴承故障的重要信息，故可在主轴承侧安装振动传感器，借助时域或频域分析方法对振动信号展开分析，及早预知轴承状态。
同时在主轴承侧安装温度传感器，可从风机监控后台查看主轴承的实时温度并设置阈值报警功能，系统根据设置的上下限值在风机自身系统未发现的情况下及时对监盘人员进行提醒，将风机停运并及时登机对轴承进行检查，防止出现严重事故。
提高运维人员的综合素质
除设备选型及设计外，其余工作均与运维人员的日常工作息息相关，因此运维人员需提高自身的综合素质及责任感。在定检和日常工作中中做好相应的维护工作，及时发现轴承存在隐患，降低轴承故障发生次数和时间，提高机组可利用率。
四、结论
风力发电机主轴承因材质、制造工艺、设计、日常维护不到位等原因，难以保证其在风机20年寿命期内保持良好状态。其更换难度大、耗时长、经济损失大的特点更是要求我们尽量延长其使用寿命。只有从轴承选型设计着手，并做好轴承的维护保养工作，才能降低轴承故障次数、方便高效的发现早期故障，并在其初期得到及时有效处理、提高设计运行可靠率，增加风电机组效益。
参考文献
[1]杨国安.滚动轴承故障诊断实用技术[M].北京：中国石化出版社,2012.
[2]梅宏斌.滚动轴承应用手册（第二版）[M].北京：机械工业出版,2006
论文作者:王伟,林庆欣
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/11
标签：主轴论文; 轴承论文; 风机论文; 油脂论文; 润滑脂论文; 载荷论文; 废旧论文; 《低碳地产》2016年8月第16期论文;