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风电机组变桨轴承批量故障问题失效分析与技术升级解决方案
更新日期:2016-10-19   浏览  864次
摘要:风电机组变桨轴承工作环境多为风沙、雨露、潮湿和低温等恶劣情况,加之安装和维护十分不方便,因此,变桨轴承不仅需要足够的强度
 风电机组变桨轴承工作环境多为风沙、雨露、潮湿和低温等恶劣情况,加之安装和维护十分不方便,因此,变桨轴承不仅需要足够的强度承受联合载荷,同时也要求其具有良好密封性与高可靠性。近年来,诸多国内外企业在生产风电轴承方面达到了对规模、标准等的要求。如斯凯孚(SKF)、舍弗勒(FAG)、恩斯克(NSK)等传统轴承企业,以及罗特艾德(RotheErde)、劳力士(Rollix)等公司的产品在全球风电轴承行业享有盛名,其生产的产品的主要性能指标,如可靠性、寿命等全部满足风电机组的使用要求。经过十几年的发展,国内在风电专用轴承领域取得了长足的进步,在轴承自主生产,研发设计上都取得一定成果,但是与国外的知名轴承公司相比,在市场占有率以及基础研发上仍有很大的差距,在基础技术研究及后期生产制造方面,我国仍需要不断的探求创新。
变桨轴承失效模式
1.故障机组变桨原理
故障机组变桨机构采用液压缸来驱动,液压缸安装在齿轮箱后面,活塞杆通过双向推力轴承与变桨驱动杆连接。当变桨驱动杆移动时,3 个组的叶片同步转动。其变桨距轴承的外圈通过螺栓连接固定在轮毂上,在变桨距轴承的内圈与外圈间为圆珠滚子,内圈通过螺栓连接叶片。其机组变桨机构示意图,见图1。
故障机组叶片变桨轴承为单排四点接触球轴承设计,主要承载来自叶片作用的径向载荷、轴向载荷和倾覆力矩。四点接触球轴承属于径向单列角接触球轴承,其滚道用来支撑作用于两个方向上的轴向载荷的,可以承受最高为轴向载荷的几分之一的径向载荷。
2.轴承损坏情况及失效模式
风电场调研分析表明,随着机组运行时间的增加(该型机组运行时间已有7 到10年),变桨轴承出现多起严重事故:发生21起导致叶片坠落的事故中,其中9起出现变桨轴承外圈断裂;此外在运维检查中发现近10台次轴承外圈开裂,与叶片坠落时轴承断裂情况类似。发生1起轴承卡涩导致叶轮无法回桨、高速轴过速制动引发机组着火事故;同时还发现50多例较为严重的磨损卡涩问题。因此该型机组变桨轴承的损坏主要表现为轴承外圈断裂和轴承轨道磨损卡涩问题,给风电场的安全生产带来极大的隐患。
对该型故障机组发生的变桨轴承断裂及卡涩问题,从设计、制造、安装、维护等方面给予原因分析:
轴承断裂主要发生在轴承-轮毂连接螺栓负载集中的区域,断口方向为外圈径向,断面疲劳裂纹扩展明显。轴承外圈断裂见图2。轴承外圈断裂的主要原因有:淤通过失效分析和现场运维判断轴承外圈断裂主要原因是由于设计裕度不足导致的。由于轴承强度不够,容易引发螺栓断裂,周期性交变载荷以及螺栓断裂又加剧了轴承负载和变形,导致疲劳裂纹扩展和轴承断裂。于部分风电场风轮组装以及更换轮毂-轴承连接副螺栓时,由于采用的润滑方式不同,导致螺栓轴力差异较大,受力较大以及应力集中区域的螺栓容易先期断裂,使得轴承更容易出现裂纹,发生断裂。
                
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