DQZHAN技術(shù)訊：風(fēng)電機(jī)組壽命延長的關(guān)鍵：變槳軸承升級

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組正朝著低風(fēng)速高功率的方向發(fā)展，在功率提升的同時，風(fēng)機(jī)對各子系統(tǒng)均提出了更高的要求，變槳軸承作為風(fēng)電機(jī)組的核心零部件，直接影響整個變槳動作的連貫性穩(wěn)定性以及精準(zhǔn)度。

隨著國內(nèi)在役風(fēng)電機(jī)組逐漸老化，外加極端天氣、不可預(yù)知的負(fù)載波動等因素影響，風(fēng)機(jī)變槳軸承可能出現(xiàn)意外故障，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)壽命下降，通過變槳軸承的設(shè)計(jì)升級改造，可以將變槳軸承的壽命延長多達(dá)10年，延長風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的用壽命的同時，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，減少故障停機(jī)時間。

01、變槳軸承特性及原理

變漿就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片改變角度的過程，變漿軸承就是用于變漿機(jī)構(gòu)的軸承，其位于轉(zhuǎn)子輪轂與葉片連接位置，在液壓驅(qū)動可將葉片調(diào)整到適合風(fēng)況的*佳角度，變漿軸承維修成本高，要求壽命長。

變槳軸承的設(shè)計(jì)使用壽命為20年（約175,000小時），通常由具有深槽的哥特式拱形滾道和*大的滾珠球構(gòu)成。滾珠球由圓盤狀的墊片或籠式分隔器均勻分布。單排四點(diǎn)或雙排八點(diǎn)接觸設(shè)計(jì)可提供出色的負(fù)載能力，軸承滾道可使?jié)L珠同時從任何方向承受載荷。

但是，風(fēng)機(jī)一些工況情況下特性可能會導(dǎo)致變槳軸承的使用壽命下降，理想情況下，變槳軸承在其整個使用壽命中旋轉(zhuǎn)的角度永遠(yuǎn)不會超過90°，但事實(shí)變槳軸承在負(fù)重載荷下會受到非常小的（<5°）擺動角，這會對變槳軸承部件施加很大的壓力，另外由于震動原因，軸承潤滑劑會迅速降解并導(dǎo)致粘合劑磨損。

國內(nèi)多數(shù)風(fēng)電機(jī)組地理位置偏僻，環(huán)境復(fù)雜，變槳軸承位置處于風(fēng)機(jī)塔架頂部的位置，常規(guī)巡檢和觀察發(fā)現(xiàn)不了其問題，只有在每隔6到12個月的定期維護(hù)期間可直接觀察到變槳軸承并發(fā)現(xiàn)問題。

變槳軸承故障原因之一：潤滑

由標(biāo)準(zhǔn)軸承計(jì)算模型預(yù)測的經(jīng)典故障模式（即疲勞剝落和布氏剝落）實(shí)際上并不是變槳軸承故障的常見原因。常見故障通常是潤滑不佳造成的。潤滑引起的故障包括振動磨損（錯誤的布氏磨損），腐蝕，碎屑沉降和表面引發(fā)的疲勞。分離器損壞，滾道剝落，剖分式滾珠和軸承鎖定都可能是變槳軸承潤滑不佳的跡象。許多歸類為基于負(fù)載的故障實(shí)際上可能是由于潤滑脂降解引起的問題所致。

由于風(fēng)電機(jī)組要經(jīng)受惡劣的天氣環(huán)境，因此必須設(shè)計(jì)正確潤滑方法，以確保*大的機(jī)器正常運(yùn)行時間和*少的維護(hù)。

正確選擇潤滑脂是**步也是*重要的一步。變槳軸承潤滑脂必須能夠抗水沖刷，并包含耐用的添加劑包，可防止高負(fù)載和振動。使用連續(xù)進(jìn)給潤滑系統(tǒng)還可以使現(xiàn)場根據(jù)需要添加或調(diào)整潤滑脂填充，而無需技術(shù)人員攀爬。

變槳軸承故障原因之一：過載運(yùn)行

盡管潤滑是主要原因，但過載運(yùn)行故障也是一個值得關(guān)注的領(lǐng)域。通常會發(fā)生過載，因?yàn)檩S承缺乏輪轂組件的剛性支撐，導(dǎo)致不平衡，其中一部分滾道承受了大部分載荷。載荷和操作引起的故障包括部件破裂（滾動球元件，球分離器，座圈），分離器鎖定和滾道芯破碎。如上所述，潤滑條件也會加劇這些故障。

在變槳軸承中，滾珠與滾道之間的接觸區(qū)域形成一個橢圓形，該橢圓形以滾道接觸角為中心。在較大的推力或傾覆載荷下，接觸橢圓會溢出滾道的物理極限（截?cái)啵?。接觸截?cái)嗟目赡苄噪S軸承直徑與厚度的比率增加，或者隨著外部支撐的減少而增加。嚴(yán)重的接觸截?cái)鄷a(chǎn)生應(yīng)力上升，從而導(dǎo)致路徑邊緣折斷或球分裂成碎片。

*后，計(jì)算依賴于一組條件假設(shè)，這些條件假設(shè)有時與現(xiàn)實(shí)生活幾乎沒有相似之處。在無塵室中使用新密封件，新鮮油脂并將其安裝在堅(jiān)固，完全平坦的表面上的軸承可能會使用數(shù)十年。

02、變槳軸承升級方法

增加路徑表面積并加強(qiáng)座圈

大多數(shù)變槳軸承都以類似的方式失效，但潛在的原因可能會有所不同，因此必須從了解該軸承的獨(dú)特問題開始進(jìn)行升級。停機(jī)和更換軸承的潛在成本高達(dá)數(shù)十萬美元，因此直接與制造商合作是有益的，該制造商可以提供軸承更換解決方案，從而提高生產(chǎn)率并延長風(fēng)電機(jī)組的使用壽命。*有效的軸承升級可減輕邊緣載荷，加強(qiáng)座圈，解決分離器磨損，這將導(dǎo)致軸承效率更高。

分離環(huán)和滾道幾何形狀

盡管有一些理論上的優(yōu)勢，但考慮到連續(xù)環(huán)式分離器制造差異所必須做出的折衷大于其任何好處。直徑通常超過2 m，實(shí)際上不可能在5 mm厚的環(huán)上保持良好的形狀和公差。座圈之間的間隙必須擴(kuò)大以容納環(huán)，從而減小路徑接觸面積并增加截?cái)?。環(huán)還必須由低碳鋼制成，因?yàn)楦邚?qiáng)度合金通常不可焊接。另一方面，分段式保持架沒有這些缺點(diǎn)，并提供了有限的運(yùn)動自由度，可以減輕可能撕裂單件式環(huán)的載荷。

對于路徑，對形狀，表面光潔度和間距進(jìn)行嚴(yán)格的幾何尺寸和公差（GD＆T）控制可改善負(fù)載分配和平衡。

接近上乘的形狀意味著更少的摩擦，打滑和狹窄的斑點(diǎn)，從而減少內(nèi)部磨損并改善變槳系統(tǒng)的響應(yīng)和效率。

密封件升級

變槳軸承密封具有雙重作用：保護(hù)內(nèi)部部件免受污染，防止?jié)櫥瑒┬孤┑江h(huán)境中。不幸的是，密封不是完全有效的；畢竟，如果軸承是密封的，它就不能旋轉(zhuǎn)。常見的瀝青軸承密封件是氫化丁腈橡膠（HNBR），安裝在一個座圈的凹槽上，兩個密封唇沿相反座圈拖動。這種密封方式磨損迅速，當(dāng)暴露在紫外線和臭氧中時會迅速降解，對變形的反應(yīng)很差，并為污染物提供一條直接通向軸承內(nèi)部的路徑。

由熱塑性聚氨酯（TPU）制成并安裝在迷宮式固定槽上的“ H型”密封設(shè)計(jì)顯著提高了密封效果。這種自由浮動的設(shè)計(jì)具有很高的響應(yīng)速度，即使變形也能提供密封壓力。它對操作過程中的環(huán)變形不敏感，從而減少了油脂泄漏和進(jìn)水，從而有助于提高堅(jiān)固性并降低維護(hù)成本。此外，TPU磨損率是傳統(tǒng)橡膠的一小部分，從而延長了使用壽命和更換間隔。

提升滾道耐久性

巨大的接觸載荷所產(chǎn)生的剪應(yīng)力會穿透表面之下，并使較軟的鐵芯屈服，從而導(dǎo)致硬化的路徑脫離滾道（鐵芯破碎）。為了防止這種情況，感應(yīng)淬火層必須足夠深地滲透，以使鋼強(qiáng)度超過接觸剪切應(yīng)力。在變槳軸承中，結(jié)構(gòu)變形和沉重的傾覆載荷意味著峰值剪切應(yīng)力可能會在沿路徑表面的任何點(diǎn)發(fā)生。因此，當(dāng)固化層從設(shè)計(jì)接觸角移開時，必須使其具有均勻的圖案且不會減少。深度均勻的熱處理大大減輕了接觸截?cái)嗟挠绊憽?

正確的存儲，包裝和處理

由于大多數(shù)軸承在安裝前可能具有較長的保質(zhì)期，因此重要的是要確保將其存儲和包裝以防止在使用前降解。正確的包裝可以防止運(yùn)輸過程中的腐蝕以及震動，振動和其他危險。包裝應(yīng)包括在安裝孔上涂一層防腐涂料，用揮發(fā)性腐蝕抑制劑（VCI）紙包裹軸承，用真空密封袋包裝和單獨(dú)的板條箱包裝（兩捆裝）。

軸承應(yīng)保留在其原始包裝中，直到安裝前才可避免接觸污染物，特別是灰塵，并應(yīng)用干凈，干手和干凈的碎布進(jìn)行處理。在安裝之前，應(yīng)將它們放在干凈的紙上，保持遮蓋，并且切勿將其暴露在臟的桌子或地板上。

定制解決方案，延長風(fēng)機(jī)壽命

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組由于維護(hù)問題或設(shè)備故障而脫機(jī)時，維修人員的高昂成本和起重機(jī)的工作日費(fèi)用會使成本飆升。

升級的變槳軸承解決方案可以通過以下方式提高風(fēng)電機(jī)組的壽命和效率，并減少停機(jī)時間：

1.即使在惡劣環(huán)境下也能提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性

2.延長密封件和軸承的使用壽命

3.降低運(yùn)營和維護(hù)成本

4.改善音調(diào)控制以提高性能

5.減少安裝和更換時間

由于軸承的健康狀況取決于多種因素，因此必須與能夠進(jìn)行軸承分析失敗的制造商合作，并使用模擬程序測試新解決方案，以確定可能需要進(jìn)行哪些升級以減輕將來發(fā)生故障的風(fēng)險，這一點(diǎn)很重要。此外，狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)等增值服務(wù)可以進(jìn)一步延長風(fēng)電機(jī)組的使用壽命，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其預(yù)期壽命。