2017年3月7日，針對風電機組軸承突出（chū）的故障“軸承跑圈”問題，中國風能協會名譽主任（rèn）賀德馨先生邀請了幾位目前已經退休，與企業沒有直接（jiē）利益關係（xì）的風（fēng）電行業的老技術專家，在中國船級社認證公司召開風電軸承“跑圈”故障研討會。出席此次研討會的資深專家還有：風能協會資深委員姚小芹、華能新能（néng）源公司原副總工程師王斯永、杭州前進齒輪箱集（jí）團股份有限公司原總工程（chéng）師（shī）宣安（ān）光、南（nán）京高速齒輪箱（xiāng）集團（tuán）公司原副總工程師郭（guō）寶霖、中（zhōng）國軸（zhóu）承工業（yè）協會顧問、原西北軸承公司總工程師何加群、河南（nán）科技大學（xué）教授（shòu）葉軍等。在（zài）結合專家（jiā）現場（chǎng）討論及後期資料整理的基礎上形成了該報告，現對外發布。

與會專家一（yī）致通過成（chéng）立“風電技術˙專（zhuān）家研討”平台，該平（píng）台是一個非盈利的（de）風電技術研討公共平台，常設在（zài）中國船級社認證公（gōng）司（sī），會議推選（xuǎn）王斯永為“風電技術˙專家研討”主任委（wěi）員，姚小芹（qín）為副主任委員，秘書處設在（zài）中國船級社認證公司，聯絡人為陳鴻雁。今後將定期召開技術研討會，聚焦風（fēng）電行業高發故障，並形成成果報告，供風電行業內各有關方麵和政府決策機關參考。

一、軸承“跑圈”問（wèn）題的現狀

所謂軸承“跑圈”，就是軸承的外圈與軸承座或者內圈與軸產生了相（xiàng）對運動。變速箱的行星齒輪發生跑圈，會對變速箱產生不可修複的損毀。

從2015年年初（chū）開始，運行的風電機組逐漸暴露出變速箱軸承“跑圈（quān）”的問題。根據不完全統計，近年來我國裝機運轉的（de）十（shí）萬多台機組中，發生“軸（zhóu）承跑圈”故障（zhàng）占10%以上，不僅（jǐn）是軸承應用較多的雙饋（kuì）電機型機組，就是主傳動係統軸承較少的直驅機組也（yě）發生了類似的故障，其總（zǒng）數也超過了1000台。根據（jù）一（yī）個電力設備（bèi）研究機構的人（rén）員Z近抽（chōu）測一批在運機組的結果，振動頻譜顯示相當高比例（lì）的機組存在跑圈（quān）的（de）問題(按照他們的說法是幾乎百分之百)。國外廠商的部分機組也（yě）存在軸承跑圈問題。從發現的軸承“跑圈”的總體情況看（kàn），變速箱高速端比例較高，行（háng）星齒輪軸承“跑圈”的比例較低。但是在個別幾個廠家的產（chǎn）品中，行星齒輪軸承“跑圈（quān）”的比例比較高，出現批量故障。

軸承跑圈（quān）造（zào）成的損失會大大（dà）提高風電機（jī）組的運維成（chéng）本，對未來保險公司保費費（fèi）率也可能產生影響。

目前，國內（nèi）多數發生（shēng）軸承跑圈的整機廠家、開發商、保險公司並不（bú）了解這個情況，故障都（dōu）是由變速箱廠自己處理，並（bìng）未如實告訴客戶變速箱（xiāng）損毀的（de）原因。這種情況，導致這種高風險、高成本的故障成為風電運（yùn）行和保險行業（yè）巨（jù）大的潛在風險。

對於變速箱高速端軸（zhóu）承“跑圈”故障的處理多數是在故障發現後，采用鑲套或使用聚合物粘結劑的方法解決。這兩種方（fāng）法在地麵設備上有比較成熟的經驗，但是對於風（fēng）電機組變速箱高速端軸承，是否可以保證修（xiū）複後長期使用，目前尚無成熟經驗（yàn）。

對於行星齒輪軸承（chéng）“跑圈（quān）”，目前國內還沒有提?發現“跑圈（quān）”故障的（de）成熟技術，而且由（yóu）於機（jī）組形式和運行環境的差異導致軸承“跑圈”的頻譜（pǔ）的差異，因此絕大多數行星齒輪軸承“跑圈”故障（zhàng）是在變速箱損毀後確認的。

對於直驅機組主（zhǔ）軸承（chéng）跑圈，在軸承未（wèi）發現明顯損傷的情況下，采取再調整軸承遊隙的辦（bàn）法處理;若（ruò）軸（zhóu）承損傷（shāng），則（zé）更換主軸承。

二、軸承“跑（pǎo）圈”問題的分析

究其根本是由於軸承選型不當、結構設計（jì）和載荷設計不當、製造過程中工藝控製不當、軸承遊隙調（diào）整不當、軸承潤滑（huá）不當（dāng）、設備儲存或運（yùn）輸不當等原因，使得軸承滾子和（hé）軸承滾道發生比較嚴重的滑動半幹摩擦（cā），Z終導（dǎo）致軸承“跑圈”。

1. 主軸軸承

(1)采（cǎi）用雙列調心滾子軸承（chéng）的兆瓦級風電機組的主軸軸承（chéng），同時承受軸向及徑向的載荷（hé），失（shī）效（xiào）的（de）概率較高。這是由於雙列調心滾子軸（zhóu）承的遊隙較大，上風向側的軸承承（chéng）受載荷（hé）很小，大部（bù）分（fèn）徑向載荷和（hé）軸向力由下風向軸承承受，造成滾子過多的打（dǎ）滑，加上潤滑不良使材料發生從點蝕到粘附剝落，座圈和滾子以（yǐ）及保（bǎo）持架受力不均發生變形，改變了座圈與軸承座（zuò）的配合，出現（xiàn）“跑圈”、卡死等常見故障。

(2)新的（de）傳動係統設計時，主軸軸承（chéng）已很少選用調心（xīn）軸承，推薦選用圓錐滾子軸承，徑向和軸向承載能力強，可通過預緊使滾子均勻受（shòu）載，滾子不易產生滑動摩擦。但是，由於安裝工藝（yì）對裝配工人的經驗和技術（shù）要求比較高，軸（zhóu）承遊隙調整不當依然可以引（yǐn）發半幹滾動摩擦，繼而出現跑（pǎo）圈故障。

(3)軸承裝配采用熱裝法。由於沒有足夠尺寸加熱裝（zhuāng）置，而采用（yòng）局部加熱法，加熱不均（jun1）勻（yún），造成軸承變（biàn）形。

(4)運輸過程中機組減（jiǎn）震措（cuò）施不當，或軸（zhóu）承（chéng）某一（yī）部分長時間承重，造成滾道局部（bù）變形。

(5)目前在運的風電機組主（zhǔ）軸（zhóu）軸承的（de）潤滑（huá）方式主（zhǔ）要有兩（liǎng）種：潤滑脂潤滑及壓力潤滑油潤（rùn）滑，其中使用潤滑脂潤滑比（bǐ）例較高。風輪的（de）轉速一般在10-20轉/分，低轉速導致主軸軸承和行星架支撐軸承的油膜形成往往（wǎng）比較難。若油膜厚度不足（zú）以隔開兩個金屬表麵，則潤滑（huá）沒有達到預（yù）定的效果，軸承就會發生早期（qī）磨損，產生材料剝落的（de）損傷，發生半幹（gàn）滑（huá）動摩擦，繼而導致軸承跑圈。壓力潤滑方式對改善軸承的工作條件（jiàn）十分有利，除了及時形成油膜保護滾道滾子之外，還能（néng）帶走熱量和磨粒，延（yán）長使用壽命。推薦有條件的情況下，主（zhǔ）軸軸承也（yě）使用壓力油潤滑。

2. 變（biàn）速箱軸承

變速箱中高速軸（zhóu）側軸承發（fā）生跑圈的比例高於行星（xīng）輪軸承。兩者發生的原因（yīn）是不同的。

高速（sù）軸側軸承

(1)軸承與軸承（chéng）座的配合公差選擇不合理，導致過盈量不足。由（yóu）於風電機組運行的外部環境差（chà）別很大，選（xuǎn）用標準公差帶很（hěn）可能不能適應運行條件。

(2)裝配時工藝控製不嚴格，造成軸承與（yǔ）軸承座的極限上偏差與極限下偏差的配合。在裝配現場實際上已經發（fā）現裝配工選擇過盈量（liàng）小的軸承進行配裝的現象。

行（háng）星輪軸承

(1)風電機組變速箱實際使（shǐ）用時的Z大功率可能達到（dào）名義功率的3倍（bèi）以上，特別是增長葉片情況下，風輪慣性矩大大增加（jiā），在機組（zǔ）啟動和停（tíng）機過程中對傳動係造成的衝擊載荷也極大增加。國內機組在原型（xíng）機基礎上增長葉片後，並未對（duì）變速箱進行相（xiàng）應的再設計，造成剛度相對較差的變速箱行星軸（zhóu）係和中（zhōng）間軸係出現偏載的情況，偏載則加劇軸承應力集中現象的發生，進而引發軸承（chéng）跑圈。

(2)行星（xīng）輪係結構設計薄弱（ruò）。國家標準GB/T19073 風力發電機組齒輪箱中（zhōng）規定：行星齒輪（lún）輪轂厚度應不小於3倍模（mó）數，是為了保證齒輪座圈具有足夠的剛度抵抗齒輪受力產（chǎn）生的變形。而行星齒輪的變形是軸（zhóu）承跑圈的重要原因之一。國內變速（sù）箱廠批量的行星齒輪軸承跑圈故障發生，恰（qià）恰（qià）是設計沒有滿足標準提出的齒輪輪轂厚度要求。

針對行星軸係偏載國外采用了浮動行星變速機（jī）構，以達到均載的目（mù）的。但是此類結構在變（biàn）速箱裝配和調整時比較（jiào）複（fù）雜。

針對風電機組空間限（xiàn）製導致行星齒輪結構尺寸難（nán）以滿足剛性要求的現狀，國外提出行星齒輪與軸承（chéng）外圈一（yī）體化的解決方案和鐵姆肯類似（sì）的集成式柔性銷方（fāng）案(見圖1)。國內杭齒和南高齒（chǐ）分別采用一體化結構和集（jí）成柔性銷結構試製了幾台變速箱。由於行星齒輪要根據加工工序分別在變速箱廠和軸承廠完成機械加工、熱處理和產（chǎn）品檢測，變速箱的成本（běn）大幅度提高。國內風電整（zhěng）機企（qǐ）業（yè）在目前的市場（chǎng）價格下，難以（yǐ）接受。而國外整機企業已經批量（liàng）采用此類結構的變速箱。

圖1 鐵姆肯集成（chéng）式柔性銷組件

三、幾點建議

根據目前的（de）現實情況提出幾點建議（yì）：

1. 從目（mù）前各方麵反映的情況看，對於已經投產（chǎn）在運的風電機組如何在破壞性事故發生前及時發現（xiàn）軸承跑圈的先兆是當務之急。這樣可以把事故消除在萌芽（yá）之中。但是，由於風電機組的結構不同，運行環境不（bú）同，軸（zhóu）承位置不同，技術上尚未掌握各類軸承（chéng）跑（pǎo）圈（quān）的振動特征譜。目前可以做（zuò）的就是搜集已經發生事故的風（fēng）電機組的振動監測記錄，組織專業隊伍（wǔ）進行（háng）分析，盡快從中找出規律性的東西，然後?運（yùn）行風電場進行驗證、推廣（guǎng）。目前已經有若（ruò）幹製造企業、開發運行企業和研（yán）究機構表示願意參與，並提供驗證條件。

2. 本報告前麵的分析僅僅在以往的理論、經（jīng）驗和可以得到的（de）案例基礎上進行的。對於當前大量發（fā）生的事故尚未全（quán）麵掌握。為了進行事故分析，各變速（sù）箱製造廠不應再以（yǐ）保守所謂“商業秘（mì）密”為借口，而拒絕公開事故。這樣做的結果隻能對我國風電產業（yè）造成更深的傷害。隻（zhī）有行業內全麵地掌握（wò）事（shì）故真實（shí）情況，針對可能的原因深入分（fèn）析，才能找出缺陷根（gēn）源並采取行之（zhī）有效的措施加以解決。同（tóng）時，為掌握事故監測（cè）預（yù）警技術提供基礎數據（jù）。建議各涉及（jí）類似事故的企業應如實向整機企業、開發運行（háng）企業以及研（yán）究機構如實提供事故情況。

3. 軸承裝配（pèi）時應（yīng）配備足夠（gòu）的工裝（zhuāng）器具，防止組裝中的隱形損壞。過盈配合的裝配Z好用封閉（bì）的加熱裝置對（duì）軸承整體（tǐ）均（jun1）勻加熱，加熱溫度不宜過高，在升溫過程中處於正遊隙狀（zhuàng）態，不會擠壓（yā）滾子而發生變形。在（zài）有（yǒu）條件的情況下，建議采用冷凍（dòng）軸的方式裝配軸承。對軸承的潤滑要高度重視，除了保證充分潤滑以外，還要采取足夠措施確保油液的清潔度。

4. 在軸（zhóu）承及其配（pèi）合的選用上（shàng），主機和部件以（yǐ）及（jí）軸（zhóu）承供應單位之間應密切（qiē）協作，及時交流（liú）和反饋，合理選擇軸（zhóu）承（chéng）及配合。裝置軸承的軸和孔應按照軸承（chéng）圈直徑公（gōng）差選擇合理的公差帶，注意（yì）適當收緊公差範圍以確保配合的過盈量。

5. 加強專業技術工人的培養和訓練（liàn），以確保軸承的裝配和遊隙調整符合技術要求（qiú）。

6. 裝配過程（chéng）中，軸係應反複（fù）對中，減輕額外載荷的影響?

7. 強化變（biàn）速箱加工、裝配現場的工藝規程、工藝衛生管理，確（què）保變速箱加工、裝配過程在嚴格的工藝條件下進（jìn）行。

8. 編製風電機組與主軸的運輸和保管相關（guān）的技術指南，防止在運輸（shū）及非運行階段（duàn），主軸軸承下端滾道和滾子由（yóu）於承受主軸巨大（dà）重力引起變形情況（kuàng）的發生。

9. 增強風電機組機架（jià）的剛性，防止變（biàn）形引起各軸承（chéng）的非正常偏載。

10. 加強風電機組日常維護保養，嚴格（gé）遵守安全操作（zuò）規範，對機組運轉的啟動、製動、停轉（zhuǎn）、停用等不同過程（chéng）產（chǎn）生的影響要有足夠的應對措施。

11. 風（fēng）電機組（zǔ）應配備相關的檢測裝置（zhì），對傳動係統的振動、溫度狀態實施瞬時監控，對測量數據進行分析，準確查找（zhǎo）原因，提前發布預（yù）警，避免因故障停機。

12. 強化風電機組設計（jì）研究，以可靠性（xìng）分析為基礎，針（zhēn）對機組所處的惡劣工況，係統分析傳動係統關鍵部位所受的異常瞬間負荷的影響，編製更為符合實（shí）際工況的載荷譜，充分保（bǎo）證（zhèng）係（xì）統及零（líng）部件的安全裕度。改進傳動係統（tǒng）的布局和結構，降低瞬間異常衝擊載荷的影（yǐng）響。

13. 在積（jī）累經驗的基礎（chǔ）上（shàng）合理選擇機組傳動係統的結構形式，盡可能（néng）采用成熟的經（jīng）過論證（zhèng）的（de）傳（chuán）動形式，對新的傳動形式和結構布置，未經論（lùn）證不要輕易采用。

14. 原有的軸承壽（shòu）命計算理論已難以滿足現代風力機齒輪箱軸承計算的要求，著名軸承公司提出的新的軸承壽命計算方法的相（xiàng）關資料製造商一般較少公開。目前，軸承壽命的計（jì）算一般根據各軸承廠商提出的壽（shòu）命計算方法進行估算。軸承壽命（mìng）的計算方法繁多，影響（xiǎng）因素（sù）複（fù）雜，載荷數據匱乏（fá）、複雜載荷處理方法不完（wán）善（shàn），對機組在使用過程中經常出現的瞬間載荷、製動載荷、極限載荷等的處理完全憑經驗估算。此外，在變載荷處理（lǐ）過程（chéng）中運用的線性積累損傷理論也並不能真實反映實際破壞情（qíng）況，這將導致設計計算與實際應用的差距增大。為此，建議結合風電機組的實際需要加強國內軸承壽命（mìng）理論的研（yán）究。

15. 建議（yì）盡早加強滿足風電高載荷容量、高可靠度、長壽命（mìng）這（zhè）一特殊（shū）領域的軸承設計（jì）、材料、工藝、檢驗技術的研究。軸承行業與（yǔ）風電機（jī）組製造企業（yè）、風電傳動裝（zhuāng）置製造企業聯合開展研究工作，為風電軸承的設（shè）計、製造積累經驗，爭取盡早（zǎo）取得突破。

【來源：風能（néng）委員會 】