2017年3月7日，針對風電（diàn）機組軸承突出的故障“軸承跑圈”問（wèn）題，由中國風能協會名（míng）譽主任賀德（dé）馨先生等幾位（wèi）老專家發起，在中國船級社認證公司召開了風電軸承“跑圈”故障研討會（huì）。出席此次研討會（huì）的資深專家還有：風（fēng）能協會資深委員姚小芹、華能（néng）新能源公司原（yuán）副總工程師王斯永、杭州前（qián）進齒（chǐ）輪箱集團股份有限公司原總（zǒng）工程師宣安光、南京高速齒輪箱集團公司原副總工程師郭寶霖、中國軸承工（gōng）業協會顧問、原西（xī）北軸（zhóu）承公司總工程師何加群（qún）、河南科技（jì）大學教授葉軍等。在結合專家（jiā）現場討論及（jí）後期資料（liào）整理的（de）基礎上形成了該報告，現對外發（fā）布。
　　一、軸承（chéng）“跑圈”問題的現狀
　　所謂軸承“跑圈”，就是軸承的外圈與軸承座或（huò）者內圈與軸產生了相（xiàng）對運動。變（biàn）速箱的行星齒輪發生跑圈，會對變速箱產生不（bú）可修複的損毀。
　　從2015年年初開（kāi）始，運行的（de）風電機組逐漸暴露出變速箱（xiāng）軸（zhóu）承“跑圈”的問題。根據不（bú）完全統計，近年來我國裝機運（yùn）轉的十萬多台機組中，發生“軸承跑圈”故障占10%以上，不僅是軸承應用較多的雙饋電機型機組，就是主傳動係統軸承較少的直驅機組（zǔ）也發生（shēng）了類似的故障，其總數也超過了1000台。根據一個（gè）電力設備研究機構的人員（yuán）Z近抽測一批在運機組（zǔ）的結果，振動頻譜顯（xiǎn）示相當高比例的機組存在（zài）跑圈的問題（按照他們的說法是幾（jǐ）乎百（bǎi）分之百）。國外廠商的部分（fèn）機組也存在（zài）軸承跑圈問（wèn）題（tí）。從發現的軸承（chéng）“跑圈”的總體情況看，變速箱高速（sù）端比例較高，行星齒輪軸承“跑（pǎo）圈（quān）”的（de）比例較低。但是在個別幾個廠家的產品中，行星齒輪軸承“跑圈”的比例比較高，出現批量故障。
　　軸承跑圈（quān）造成的損失會大大（dà）提高（gāo）風電機組的運維成本，對未來（lái）保險公（gōng）司保費費率也可能產生影響。
　　目前，國內（nèi）多數發生軸承跑圈的整機廠家（jiā）、開發商、保險公司並不了解這個情況，故障都是由變速箱廠自己（jǐ）處理，並未如（rú）實告（gào）訴客（kè）戶變速（sù）箱損（sǔn）毀的原因。這種情（qíng）況，導致這種（zhǒng）高風（fēng）險、高成本的故障成為風電運行和保險行業巨大的潛在風險。
　　對於變速箱高速端軸承“跑（pǎo）圈”故障的處（chù）理多數是在故（gù）障發現（xiàn）後（hòu），采用鑲套或使用聚合物粘結劑的方法解決。這兩種方法（fǎ）在地麵設備上有比較成熟的經驗，但是對於風電機組變（biàn）速箱高速端軸承，是否可以保證修複後（hòu）長期使用，目（mù）前尚無成熟經驗。
　　對於行星（xīng）齒輪軸承“跑圈”，目前國內（nèi）還沒有提前發現“跑圈”故障的成熟技術，而且由於機（jī）組形式和運行環境的差異導致軸承（chéng）“跑圈”的頻譜的差異，因（yīn）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（jī）組主軸承（chéng）跑圈，在軸承未發現明顯損傷的情況（kuàng）下，采取再調整軸承遊隙（xì）的辦法處（chù）理；若軸承損傷，則更換主軸（zhóu）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、結構設計和載荷設計不當、製造過程中（zhōng）工藝（yì）控製不當、軸承遊隙調整不當、軸承潤滑不當、設（shè）備儲存或運輸不（bú）當等原因，使得軸承滾子和軸承（chéng）滾道發生比較嚴重的滑動半幹摩擦，Z終導致軸（zhóu）承（chéng）“跑圈（quān）”。
　　1.主軸軸承
　　（1）采用雙列調心滾子軸承的兆瓦級風電機組的（de）主軸軸（zhóu）承，同時承受軸向及徑向的載荷，失效的（de）概率較（jiào）高。這是由於雙列調心滾子軸承的（de）遊隙較大，上（shàng）風向側的軸承承受載荷很小，大（dà）部分徑向載荷和軸（zhóu）向力由下風向軸承承受，造成滾子過多的（de）打滑，加上潤滑不良使材料發生從點蝕到粘附剝落，座圈和滾子（zǐ）以及保持架受力不均發生變形（xíng），改變（biàn）了座圈與軸承座的配（pèi）合，出現“跑圈”、卡死等常（cháng）見故障（zhàng）。
　　（2）新的傳動係統設計時，主軸軸承已很（hěn）少（shǎo）選用調心軸承，推薦選（xuǎn）用圓錐滾（gǔn）子軸承，徑向和軸（zhóu）向承（chéng）載能力強，可（kě）通過預緊使滾子均勻（yún）受載，滾（gǔn）子不易（yì）產生滑動（dòng）摩擦。但是，由於安裝工藝對裝配工人的經驗和技術要求比（bǐ）較高，軸（zhóu）承遊隙調（diào）整不（bú）當依然可以引發半幹滾動摩擦，繼而出現（xiàn）跑（pǎo）圈故障。
　　（3）軸承裝配采用熱裝法。由於沒（méi）有足夠尺寸加熱（rè）裝置（zhì），而采用局部加熱法，加熱不均勻，造成軸承變形。
　　（4）運輸過程中機組減震措施不當，或軸承某一部分長（zhǎng）時間承重，造成滾道局部變形。
　　（5）目前在運的風電機組主軸軸承的（de）潤滑方式主要有兩種（zhǒng）：潤滑脂潤滑及壓力潤（rùn）滑油潤滑，其中使用潤滑脂潤滑比例較高。風輪的轉速一般在10-20轉/分，低轉速導致主軸軸承和行星架支撐軸（zhóu）承的油膜形成往往比較難（nán）。若油膜厚度不足以隔開兩個（gè）金（jīn）屬表（biǎo）麵（miàn），則（zé）潤滑沒有達（dá）到預定的（de）效果，軸承就會發（fā）生早期磨損，產生材料剝落的損傷，發生半幹滑動摩擦，繼而導（dǎo）致軸承（chéng）跑圈。壓力潤滑方式對改善軸承的工作條件十分有利，除了及時形成油膜保護滾道滾子之外，還（hái）能（néng）帶走熱量和磨粒，延長使（shǐ）用（yòng）壽命。推薦有條件的情況下，主軸（zhóu）軸承也使用壓（yā）力油（yóu）潤滑。
　　2.變速箱軸承
　　變速箱中高速軸側軸（zhóu）承發生跑圈的比（bǐ）例高於行星輪軸承。兩者發生的原因（yīn）是（shì）不同的。
　　高速軸側軸承
　　（1）軸承與軸承座的配合公差選擇不合理，導致過盈量不足。由於風電機組運行（háng）的外部環境差別很大，選用標準公差（chà）帶很可能不能適應運行條件。
　　（2）裝配時工藝控製不嚴格，造成（chéng）軸承與軸承座（zuò）的極限上偏差（chà）與極限下偏差的配合。在裝配（pèi）現（xiàn）場實際上已經發現裝配工選擇過盈量小的軸承進行配裝的現象。
　　行星輪軸承
　　（1）風電機組變速箱實際使用時的Z大（dà）功率可能達到名義功率的3倍以上，特別是增長葉片情況下，風輪慣性矩大大增加，在（zài）機組啟動和（hé）停機過程中（zhōng）對傳動係造成的衝擊載荷也極大增加。國（guó）內機組在原型機基礎上增長葉片後，並未對變速箱進（jìn）行相應的再設計，造成剛度相對較差的變速箱行星軸係和中間軸係出現偏載的情況，偏載則加劇軸承應力集中現象的（de）發生（shēng），進而引發軸承跑圈。
　　（2）行星輪係結（jié）構（gòu）設計薄弱。國家標準GB/T19073風力發電機組齒輪（lún）箱中規定（dìng）：行星齒輪輪轂（gū）厚度應不（bú）小於3倍模數，是為了保證齒輪座圈具有足（zú）夠的剛度抵抗齒輪受（shòu）力產生的（de）變形。而行星齒輪的變形是（shì）軸承跑圈的重要原因之一。國內變速箱廠批量的行（háng）星齒輪軸承跑圈故障發生，恰恰是設計（jì）沒有滿足標準提出的齒輪輪轂（gū）厚度要求。
　　針對行星軸（zhóu）係（xì）偏載國外采用了浮動行星變速機（jī）構，以達到均載的目的。但是此類結構在變速箱裝配和調整時比較複雜。
　　針對（duì）風（fēng）電機組空間限製導致行（háng）星齒輪結構尺寸難（nán）以（yǐ）滿（mǎn）足（zú）剛性要求的現狀，國外提（tí）出（chū）行星齒輪與軸承（chéng）外圈一體化的解決方案和（hé）集成式柔（róu）性銷方案（見（jiàn）圖（tú）1）。國內杭齒和南高齒分別采用一體化結構和集成（chéng）柔性銷結構試（shì）製了（le）幾（jǐ）台變速（sù）箱。由於行星齒輪要根據加工工序分別在（zài）變速箱廠和軸承廠完成機械加工、熱處理（lǐ）和產品檢測，變速箱的成本大幅度提（tí）高。國內風電整機企業在目前（qián）的市場價格下，難（nán）以接受。而國外整機企業已經批量采用此類結構的變速箱。

　　三、幾點建議
　　根（gēn）據目前的現實情況提出幾點建議：
　　1.從目前各方（fāng）麵反映的情況看，對於已經（jīng）投產（chǎn）在（zài）運的風電機組如何在破壞性事故發生前及時發現軸承跑圈的先（xiān）兆是當務之急。這樣可以把事故消除在萌（méng）芽之（zhī）中。但是，由於風（fēng）電機組的結構不同，運行環境（jìng）不同，軸承位置（zhì）不同，技術上尚未掌握各類軸承（chéng）跑（pǎo）圈的振動特征譜。目前（qián）可以做的就是搜集已經發生事（shì）故的風電（diàn）機組的（de）振動監測記錄，組織專業（yè）隊伍進行（háng）分析，盡快從中找出規律性的東（dōng）西，然後在運行風電（diàn）場進行驗證、推（tuī）廣。目前已經有若幹（gàn）製造企業、開發運行企業和研究機構表（biǎo）示願意參與，並提供驗證條件。
　　2.本報告前麵（miàn）的分析僅僅在以往的理論、經驗和可以得到的案例（lì）基（jī）礎上進行（háng）的。對於當前大量發生的事故尚未全麵掌握。為了進行事故分析，各變速箱製造廠不應再（zài）以保守所謂“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造成更深的傷害。隻有行業內全麵（miàn）地掌握事故真實情況，針對可能的原因深入分析，才能找出缺陷根源並采取行之有效的措施（shī）加以解決（jué）。同（tóng）時（shí），為（wéi）掌握（wò）事故（gù）監（jiān）測預警技術提（tí）供基礎數據。建議各涉及類似事故（gù）的企業應如實向整（zhěng）機企業、開發運行（háng）企業以及研究機構如實提供事故情況。
　　3.軸承裝配時（shí）應配備足夠（gòu）的（de）工裝器具，防止（zhǐ）組裝中的（de）隱形損壞。過盈配合的（de）裝（zhuāng）配Z好用封閉的加熱裝置對軸承整體（tǐ）均勻加熱，加（jiā）熱溫度不宜過高，在升溫過程中處於（yú）正遊隙狀態，不會擠壓滾子而發生變形。在（zài）有條件的情況下，建議采用（yòng）冷凍軸的方式（shì）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（bǎo）油液的清潔度。
　　4.在軸承及（jí）其配合的選用（yòng）上，主機（jī）和部件以及軸承供（gòng）應單位之間應密切協作，及時交流和反饋（kuì），合理選擇軸承及配合。裝（zhuāng）置軸承的軸和孔應按照軸承圈直徑公（gōng）差選擇合理的公差帶，注意適當收（shōu）緊公差範圍以確保配合的（de）過盈量。
　　5.加強專（zhuān）業技術工人的培養和訓練，以（yǐ）確保（bǎo）軸承的裝配和遊隙調整符合技術要求。
　　6.裝配過程中，軸係（xì）應反複對中，減輕額外載荷的影響。
　　7.強化變速箱加工、裝配現場的工藝規程、工（gōng）藝衛生管理，確保變速箱加工、裝配過程在嚴格的（de）工藝條（tiáo）件下進行。
　　8.編製風電機（jī）組（zǔ）與（yǔ）主軸的運輸和保管相關的技術指南，防止在運輸及非運行階段，主軸（zhóu）軸承下端滾道和滾子由於承受（shòu）主軸巨大重力引起變形情況的（de）發生。
　　9.增強風電（diàn）機組（zǔ）機架的剛性，防止（zhǐ）變形引起（qǐ）各軸承的非正常偏載。
　　10.加強（qiáng）風電機組日（rì）常維護（hù）保養，嚴格遵守安全（quán）操作規範，對（duì）機組運轉的啟動、製動、停轉、停用等不同過程產生的影響要有（yǒu）足夠的應對措施。
　　11.風電（diàn）機組應配（pèi）備相關的檢測裝置，對傳動係統的振動、溫度狀（zhuàng）態實施瞬時監控，對測量數據進（jìn）行分析，準確查找原因，提前發布預警，避免因故障停機（jī）。
　　12.強化風電機組設計研究，以可靠性分析為基礎，針對（duì）機組所處的惡劣工況，係統分（fèn）析傳動係統關鍵部位所受的異常瞬間（jiān）負荷的影響，編製（zhì）更為符合實際工況的載荷譜，充分保證係（xì）統及零部件的安全裕度。改（gǎi）進傳（chuán）動係統的布（bù）局和結構，降低瞬間異常衝擊載荷的影響。
　　13.在積累經驗的基礎上合理選擇機組傳動係統的結構形式，盡可能采用成熟的經過論證的傳動形（xíng）式，對新（xīn）的傳動形式和結構布置，未經論證不（bú）要輕易采用。
　　14.原有的軸承壽命計算理論已難以滿足現代風（fēng）力機齒輪箱軸承計算的要求（qiú），著名軸承公司提出（chū）的（de）新的軸承壽命（mìng）計算方法的相關資料（liào）製造商（shāng）一般較（jiào）少公（gōng）開。目前，軸承（chéng）壽命的計算一般根據各軸承廠商提出的壽（shòu）命計算方法（fǎ）進行估算。軸承壽命的計算方（fāng）法繁多，影響因素複雜（zá），載荷數據匱乏、複（fù）雜載荷處理方（fāng）法不完善，對機組在使（shǐ）用過程中經常出現的瞬間載荷、製動載荷、極限載荷等的處（chù）理完全（quán）憑經驗估（gū）算。此外，在變（biàn）載荷（hé）處理過（guò）程中運用的線性（xìng）積累損傷理論也並不能真實（shí）反映實際破壞情況，這將導致設計計算與實際應用的差距（jù）增大。為此，建議結（jié）合風電機組的實際需要加強國內軸承壽命理論的研究。
　　15.建議盡早加強滿足風電高載荷容量、高可靠度、長壽命這一特殊領域（yù）的軸承設計、材（cái）料、工藝、檢驗技術的研究。軸承行業與風電機組製造企（qǐ）業（yè）、風電傳動裝置製造企業聯合開展研究工作（zuò），為風電軸承的（de）設（shè）計（jì）、製造積累經驗，爭取盡早取得突破。

來源：中國船級社