（1.华润电力风能（海阳）有限公司 山东省烟台市 265100；2.华润东北电力工程有限公司 辽宁省锦州市 121006）
摘要：风力发电具有成分低、清洁无污染、建设周期短和占地面积小等优势，目前已成为全球发展最快的可再生能源。为了获取充分的风资源，风力发电机组设立在沙漠、高山等比较空旷的地方，长期工作于野外、暴晒和雷雨等恶劣环境之中，导致机组的损坏率高达40%～50%，若故障发现与维修不及时，不仅带来严重的经济损伤，更有可能造成重大事故。因此，在大力发展风力发电的同时，对风力发电机组的运行状态进行有效的监控也有着日益迫切的需求。
关键词：风力发电机组；轴承故障；特征；应用
1导言
风能作为新型清洁型能源，是解决能源危机的重要方案。我国近几年大力推进风电事业，建立了多个风电场，多种风力发电机组投入使用。轴承作为旋转机械系统中的重要组成，属于易损坏零件。因此，需要我们发现风力发电机轴承出现故障并进行准确诊断，对于提高风机发电年效率，提升经济效益，具有非常重要的意义。
2风力发电机组中轴承的故障类型
2.1双馈风力发电机轴系疲劳损伤
双馈风力发电机组运行的自然环境通常比较恶劣，轴系的受力情况也比较复杂。在双馈风力发电机轴系零件中，齿轮箱作为连接风力机与发电机的变速装置，具有很高的柔性，受到轴系扭振的影响也最严重。为了提高轴系承载能力，保证风力发电机运行安全，轴系齿轮一般采用优质合金钢材料制造。通常，齿轮装置的外齿轮采用20CrMnMo、17CrNiMo6、15CrNi6等材料，内齿轮采用42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等材料，此类金属材料均为多晶体结构。多晶体结构材料各晶粒间的位向各不相同，且存在夹杂、位错等现象，具有非均质性与各向异性的显著特点。多晶体材料的非均质性与各向异性是造成金属材料疲劳破坏的本质原因。疲劳破坏开始发生的位置通常为晶粒位向最不利且受到应力应变最高的薄弱区域，随着循环载荷的作用，疲劳破坏会沿着一些特定结晶面扩展延伸。
2.2直驱风力发电机主轴轴承振动故障
风力发电机机组在运行过程中，主轴轴承的振动由外部因素和内部因素所导致的振动组成。其中外部因素主要是指在机组传动系统中的各个零部件之间的相互作用力，该作用力作为振动激励源使主轴轴承产生振动；内部因素包含以下几个方面：加工生产误差引起振动：如主轴轴承表面的波纹和粗糙度；滚子大小不均；轴弯曲、轴承安装倾斜；运行载荷引起振动：主轴轴承不同部位承载载荷的滚子数目不同，导致承载刚度发生变化，引起轴心起伏振动，且由于主轴轴承属于重载轴承，滚子与内环可能产生变形，呈现非线性弹簧性质；结构固有振动：滚子与内外环之间相互冲击产生的共振；故障引起振动：主轴轴承内外环或滚子上发生局部故障，每当故障处经过受力区时，产生冲击激励，引起附件的周期性冲击振动。
2.3腐蚀失效
轴承的腐蚀失效分为三种类型，即微振腐蚀、电腐蚀和化学腐蚀。微振腐蚀是由于轴承套圈和轴承座座孔的相对运动使套圈表面产生铁锈；电腐蚀是由于轴承表面通过的较大电流产生轴承表面点蚀的现象；而化学腐蚀是由于轴承使用含酸的润滑剂或者轴承密封不严，水、酸等腐蚀性介质进入轴承内导致。轴承表面的腐蚀最终会导致轴承剥落与磨损现象加剧。
3风力发电机组轴承故障机理及故障特征分析
在实际工程项目中使用的风力发电机组，当其内部机械部件在运转的时候，轴承的振动激励如果要产生的话，需要依赖于外部因素和内部因素。外部因素指的是传动轴上其他部件的振动激励的影响和周围运转环境的影响；而内部因素是指轴承本身的结构特点，生产和安装过程中存在着操作不规范或者误差以及运转过程中出现的故障等等，与轴承本身因素息息相关。轴承是传动系统中十分重要的机械部件，它负责传递着传动轴上的负载，当传动轴承受着一定重量的负载，同时以一定的速度来带动轴承转动时，轴承由于这些带有一定重量的负载便会产生激励，这样使轴承产生振动，轴承的振动机理如图1所示。在产生振动的过程中，由于轴承内部结构的不同，各个部件的振动频率也有很多的不同，因此可以通过监测各个部件的振动频率的变化来判断轴承的运转状态。
波形呈现显著的冲击特征，且冲击存在周期性，两次大冲击之间还存在许多幅值稍小的等时间间隔冲击，为典型的调幅特征。相邻两次大幅值冲击之间的频率间隔，大约为30Hz，即发电机转频。相邻两个密集冲击之间的频率间隔，为145.5Hz，经查表发现，与发电机轴承的内圈特征频率吻合。根据振动波形的特征分析，初步推断发电机轴承内圈存在损伤。报警数据的频谱中存在发电机转频（30Hz）的高能量成分，内圈特征频率145Hz及丰富的谐波。此特征与轴承内圈损伤特征吻合。且频谱中，以内圈特征频率的3倍频，携带了丰富的发电机转频边带，此特征说明轴承内圈当前损伤的严重程度偏重。
6结论
总之，随着科学技术的进步和人类需求的增加，能源也逐渐走向枯竭的地步，世界各国为了解决这一现象，不断地寻找新能源，而作为清洁、污染少的风能自然而然也就成为了大家争先开发利用的对象。但是风电行业在世界范围内得到快速发展的同时，也迎来了一系列的挑战，比如风电机组轴承故障的频发等等。因此需要们切实结合风电发展现状和企业生产需求，对时域、频域、时频故障等多种诊断方法进行了论述，以期能为风力发电机组的诊断提供理论支持。
参考文献：
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论文作者:才金海1,孙盛群2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/2
标签：轴承论文; 内圈论文; 故障论文; 特征论文; 主轴论文; 因素论文; 风力发电机组论文; 《电力设备》2016年第18期论文;