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摘要：目前，我国的综合国力在不断的发展，社会在不断的进步，本文介绍了当前我国对风电行业高可靠性的政策要求，阐述了风电主轴承的应用特点，并结合风电行业的认证模式历史及发展现状，分析高可靠性认证在风电主轴承认证的要点。
关键词：风电行业；风力发电；机组主轴；模式认证
引言
近年来风电行业发展极其迅速，虽然现今要求风机整机和主要六大部件必须获得认证后方能入网，但是在实施过程中，发现按照现有的国家标准的要求，并不能完全满足行业对于质量安全、可靠性等方面的需求。在此背景下，由风能行业资深专家牵头提议，组织国内权威认证机构、研发机构、国际先进轴承制造商和行业资深专家组成风力发电机组主轴滚动轴承高可靠性认证规范起草工作组。
1风力发电机主轴承的故障类型及原因
(一)疲劳失效在风机工作过程中,随着滚动轴承不断转动,滚动体相对于套圈不断滚动,接触表面长期受到脉动循环交变应力的作用。反复的弹性变形导致表层冷作硬化,表层与下层的材料应力出现断层态分布,导致接触表面下形成极微小的裂纹,随着风机持续工作,细小裂纹逐步扩展到表面,直至轴承内部接触面金属表层产生点坑状或片状剥落。轴承的这种失效形式被称为疲劳剥落失效,疲劳剥落会使轴承在工作时产生振动和冲击,从而导致风机产生噪音和振动,形成运行故障。(二)磨损失效滚动轴承在运转时,滚动体和套圈之间产生相对滑动,引起零件接触面的磨损。尤其是在密封不良时,金属粉末等硬质颗粒进人轴承内部时,严重加剧这种磨损。另外,由于装配误差以及润滑不良也会导致磨损产生,随着磨损量的增加,轴承游隙不断加大,降低轴承运转精度,使风机产生噪音和震动,最终导致故障。(三)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、酸等腐蚀性介质进人轴承内导致。轴承表面的腐蚀最终会导致轴承剥落与磨损现象加剧。
2风电主轴承的高可靠性认证浅析
2.1认证模式
风电认证发展至今已三十年，最初阶段只有丹麦、德国和荷兰三个国家实施认证。目前国际风电市场上已初步形成了相对完善的风力发电机组和零部件设计制造管理、风电场管理、管理体系以及质量检测的技术标准以及认证体系。我国早期的风电设备认证主要依据IEC61400系列标准，2010年11月，由全国风力机械标准化委员会牵头，风电设备制造企业、认证机构和风电场业主等共同参与起草的中国《风力发电机组合格认证规则及程序》（非等效采用IECWT01:2001），通过了国家标准化管理委员会的批准，并成为风电行业认证的基础技术文件。该标准从认证流程、认证内容及分类和证书颁发等方面进行顶层框架设计，可以说对国内风电机组认证发展起到了很好的指导示范作用，但针对部件认证的具体内容并未作详尽的规定，各家认证机构也是参照各自的内部标准进行认证实施和评估，部分存在质量认证制度及风电设备认证模式不健全，考核目标不统一等现象。风电主轴承的高可靠性认证以GB/Z25458《风力发电机组合格认证规则及程序》作为风电行业整体认证要求参考，对认证模式及认证流程进行统一规范的定义，产品认证模式及证书如表1所示。认证模式主要包括设计评估，型式试验，工厂审查和证后监督，根据评估的最终结果可单独签发对应认证模式的证书。设计评估流程、型式认证流程的流程图如图1和图2所示，旨在要求风电认证机构围绕认证服务遵循统一的流程，按照程序化实施及管理。
图2 型式认证流程图
2.2本标准的可靠性理念
本标准着重关注的是风力发电机组主轴滚动轴承“可靠性”，可靠性认证具体包括：可靠性设计评估、可靠性试验、生产制造过程的可靠性控制、使用维护的可靠性、维修保障性以及可靠性管理等方面。可靠性设计和生产过程决定了产品的固有可靠性，产品的固有可靠性是先天的，具有决定意义；设计水平决定了产品的可靠性水平，产品的设计水平还要依靠生产制造过程予以实现，达到设计所赋予产品的可靠性与维修性水平。可靠性试验是为了验证、提高产品可靠性。可靠性管理能够使产品的固有可靠性得到保障，使产品的总体可靠性得到有效增长。可靠性认证的根本目的是保证产品的固有可靠性，提高产品的使用可靠性。可靠性设计评估是指根据样本数据对产品的可靠性进行统计推断。可靠性评估前期的基础工作是试验数据，特别是故障数据的收集、处理、选取。数据甄别的主要内容是数据的一致性检验、异常数据的剔除、分布类型的检验等。通过对这些数据的处理，为可靠性评估提供有效的样本。其目的是通过对产品性能、可靠性、维修保障性等各方面因素进行综合平衡，运用可靠性设计的方法使产品的设计实现最优化。可靠性设计评估的内容包括基础性设计评估、预防性设计评估、裕度设计评估、边缘性能设计评估、冗余设计评估、人机工程设计评估、维修性设计评估。可靠性试验是对产品或设计技术的检验，包括维修性试验。可靠性管理是对产品全寿命周期各个环节所涉及影响可靠性的各因素进行系列的规划、组织、领导和控制的全部活动，包括对方案的论证、工程设计、生产制造使用运行、维护保障等各个环节相关的人员管理、技术管理、生产管理、维修服务与保障策略等各种工作。通过可靠性管理，保证产品在全寿命周期内完成规定的功能。
2.3高可靠性认证的内容要点
风电主轴承的高可靠性需要在产品全生命周期内进行管理、计划和实施。世界著名的科学家、空气动力学家钱学森曾指出：“产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。”高可靠性认证需要将整个风电主轴承项目的管理周期均考虑在内，而不是仅局限于项目中的某一个或几个阶段。对于风电主轴承项目应包括项目需求分析、可行性研究及风险分析、设计过程中的DFMEA分析、制造过程中的PFMEA分析、设计验证、制程验证，现场失效分析及产品优化改进。风电产业是由风机零部件制造商，风机制造商，风电场建设、运营商，以及认证监督机构等构成的产业链。风电主轴承的高可靠性认证强调了产业上、下游关联单位的协同沟通互补，如主轴承方案制定时，设计计算及仿真需考虑整机系统与主轴承的相互影响，包括主轴承周边安装结构、轴系的弹性变形和运行游隙的影响；采用修正的参考额定寿命进行疲劳载荷校核考量时，润滑相关的修正系数需与整机制造商沟通协商一致；明确提出了针对风电主轴承的首台样机风场挂机性能试验的测试要求；首次将认证机构纳入到变更管理相关的过程审批环节中，并与“客户批准”一同明确定义在认证实施规范中；针对企业技术资料的保密要求，引入了评估资料企业代管制度，从认证制度上保证了认证审核的有效性和可追溯性。将可靠性作为工厂审查的另一方面重点，以提高申请认证企业生产质量管理和品质控制的要求。在工厂审查环节，通过对产品生产/检验条件和生产工艺的考察，以及对制造申请范围内产品所涉及的产品质量保证能力和产品一致性的评估，再结合产品的型式试验或检验结果，对轴承制造单位是否具备生产持续稳定符合相关标准的产品能力和水平作了详实的定义。在该标准中，除了常规的要求外，增加了机器能力指数，生产过程的可靠性，环境、健康和安全的要求，测量系统评价要求，热处理系统评估。
2.4认证分级及认证单元划分
综合考虑风电机组运行的恶劣工况，轴承生产制造、质量管控的关键点和差异性，以及海上风电更大的难度和风险性，针对陆上和海上风力发电机组配套用的主轴滚动轴承产品，《风力发电机组主轴滚动轴承认证实施规范》首次提出了“主轴滚动轴承认证分级”的概念：将风电主轴滚动轴承划分为A类认证等级主轴滚动轴承和B类认证等级主轴滚动轴承，前者是指海上风电主轴滚动轴承和外径>2m的陆上风电主轴滚动轴承，后者是指外径2m的陆上风电主轴滚动轴承，此分级综合考虑了轴承产品本身生产制造的难易和应用场合的风险情况。
结语
风电机组和零部件的高可靠性认证，需紧跟我国以及国际风能的发展趋势，因地制宜，在整个产业链内从零部件到整机厂商，从陆上风电到海上风电，在产品全生命周期内进行管理、计划和实施。同时，需要风能界同仁一起努力，积极完善风电认证和风电项目认证体系的深化建设，不断强化风电认证对产业的质量保障作用。
参考文献：
[1]方涛，宋清玉，风力发电认证研究[J].企业管理，2013,153(3):71-74.
[2]陶建光，秦志伟，各国风力发电机组标准及认证发展现状和启示[J].科技创新与生产力，2013,239(12):59-61.
论文作者:靳颖飞
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/29
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