关于风力发电机组轴承“跑圈”问题的分析与建议

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1、中国船级社质a认证公司2017年3月7日，针对风电机沮轴承突出的故障“轴承跑圈”问题，由中国风能协会名誉主任贺德馨先生等几位老专家发起，在中国船级社认证公司召开了风电轴承“跑圈”故障研讨会。出席此次研讨会的资深专家还有：风能协会资深委员姚小芹、华能新能源公司原副总工程师王斯永、杭州前进齿轮箱集团股份有限公司原总工程师宣安光、南京高速齿轮箱集团公司原副总工程师郭宝霖、中国轴承工业协会顾问、原西北轴承公司总工程师何加群、河南科技大学教授叶军等。在结合专家现场讨论及后期资料整理的基础上形成了该报告，现对外发布。、轴承“跑问题的现状所谓轴承“跑圈”，就是轴承的外圈与轴承座或者内圈与轴产生了相对运

2、动。变速箱的行星齿轮发生跑圈，会对变速箱产生不可修复的损毀。从2015年年初开始，运行的风电机组逐渐暴露出变速箱轴承“跑圈”的问题。根据不完全统计，近年来我国装机运转的十万多台机组中，发生“轴承跑圈”故障占10%以上,不仅是轴承应用较多的双馈电机型机组，就是主传动系统轴承较少的直驱机组也发生了类似的故障，其总数也超过了1000台。根据一个电力设备研究机构的人员最近抽测一批在运机组的结果，振动频谱显示相当高比例的机组存在跑圈的问题（按照他们的说法是几乎百分之百）。国外厂商的部分机组也存在轴承跑圈问题。从发现的轴承“跑圈”的总体情况看，变速箱高速端比例较高，行星齿轮轴承“跑圈”的比例较低。但

3、是在个别几个厂家的产品中,行星齿轮轴承“跑圈”的比例比较高，出现批量故障。轴承跑圈造成的损失会大大提高风电机组的运维成本，对未来保险公司保费费率也可能产生影响。目前，国内多数发生轴承跑圈的整机厂家、开发商、保险公司并不了解这个情况，故障都是由变速箱厂自己处理，并未如实告诉客户变速箱损毀的原因。这种情况，导致这种高风险、高成本的故障成为风电运行和保险行业巨大的潜在风险。对于变速箱高速端轴承“跑圈”故障的处理多数是在故障发现后，采用镶套或使用聚合物粘结剂的方法解决。这两种方法在地面设备上有比较成熟的经验，但是对于风电机组变速箱高速端轴承，是否可以保证修复后长期使用，目前尚无成熟经验。对于行星

4、齿轮轴承“跑圈”，目前国内还没有提前发现“跑圈”故障的成熟技术，而且由于机组形式和运行环境的差异导致轴承“跑圈”的频谱的差异，因此绝大多数行星齿轮轴承“跑圈”故障是在变速箱损毀后确认的。对于直驱机组主轴承跑圈，在轴承未发现明显损伤的情况下，采取再调整轴承游隙的办法处理；若轴承损伤，则更换主轴承。二、轴承“跑圈”问题的分析究其根本是由于轴承选型不当、结构设计和载荷设计不当、制造过程中工艺控制不当、轴承游隙调整不当、轴承润滑不当、设备储存或运输不当等原因，使得轴承滚子和轴承滚道发生比较严重的滑动半干摩擦，最终导致轱承“跑圈”。1.主轴轴承(1)采用双列调心滚子轴承的兆瓦级风电机组的主轴轴承，

5、同时承受轴向及径向的载荷，失效的概率较高。这是由于双列调心滾子轴承的游隙较大，上风向侧的轴承承受载荷很小，大部分径向载荷和轴向力由下风向轴承承受，造成滚子过多的打滑，加上润滑不良使材料发生从点蚀到粘附剥落，座圈和滚子以及保持架受力不均发生变形，改变了座圈与轴承座的配合，出现“跑圈”、卡死等常见故障。(2)新的传动系统设计时，主轴轴承已很少选用调心轴承，推荐选用圆锥滚子轴承，径向和轱向承载能力强，可通过预紧使滚子均匀受载，滾子不易产生滑动摩擦。但是，由于安装工艺对装配工人的经验和技术要求比较高，轴承游隙调整不当依然可以引发半干滚动摩擦，继而出现跑圈故障。(3)轴承装配采用热装法。由于没有足

6、够尺寸加热装置，而采用局部加热法，加热不均匀，造成轴承变形。(4)运输过程中机组减震措施不当，或轴承某一部分长时间承重，造成滚道局部变形。(5)目前在运的风电机组主轴轴承的润滑方式主要有两种：润滑脂润滑及压力润滑油润滑，其中使用润滑脂润滑比例较高。风轮的转速一般在10-20转/分，低转速导致主轴轴承和行星架支撑轴承的油膜形成往往比较难。若油膜厚度不足以隔开两个金属表面，则润滑没有达到预定的效果，轴承就会发生早期磨损，产生材料剥落的损伤，发生半干滑动摩擦，继而导致轴承跑圈。压力润滑方式对改善轴承的工作条件十分有利，除了及时形成油膜保护滚道滚子之外，还能带走热量和磨粒，延长使用寿命。推荐有条

7、件的情况下，主轴轴承也使用压力油润滑。2.变速箱轴承变速箱中高速轴侧轴承发生跑圈的比例高于行星轮轴承。两者发生的原因是不同的。高速轴侧轴承(1)轴承与轴承座的配合公差选择不合理，导致过盈量不足。由于风电机组运行的外部环境差别很大，选用标准公差带很可能不能适应运行条件。(2)装配时工艺控制不严格，造成轴承与轴承座的极限上偏差与极限下偏差的配合。在装配现场实际上已经发现装配工选择过盈量小的轱承进行配装的现象。行星轮轴承（1）风电机组变速