張軍昌
（海鹽中電工程風電有限公司，浙（zhè）江海（hǎi）鹽 314300）
摘 要：某風力發電場在生產試運行期間，先發生風機葉片（piàn）變槳軸承卡（kǎ）死故障，後又有多台風（fēng）機因變槳軸承故障停機事故，經過查找原因分析，為（wéi）風機葉（yè）片變槳軸承失效所致，Z後采取對風電（diàn）場所有風機變槳軸承進行更換，通過此次事故（gù）的處理，給我們留下很多反思。
關鍵詞：風力發電機組；變槳軸承；故障；原因分析
1 事故經過
海（hǎi）鹽中電工程風電場安裝20台（tái）浙江運達公司生產的WD115-2000型風（fēng）力（lì）發（fā）電機組，風機塔筒高度90米，葉（yè）片長度（dù）56.5米，葉輪直徑115米，此機型在全國（guó）首次大批量投入使（shǐ）用，是新（xīn）型風力發電機組，2014年1月份（fèn）20台風機全部並網發電；自2015年2月份以來，先後有10餘台（tái）風機多次發生變槳係統故障停機，主要故障有風機變槳電機過電流、兩槳葉槳距角差值過大等使風機不能正常運行。
2015年3月11日23：30分，運行中的#17風機監控後台報：安全鏈故障、變（biàn）槳電機過電流、槳距角差（chà）值過大故障停機，在風（fēng）機監控後台複歸無效，風機無法運行。
3月（yuè）12日風機廠家檢查發現變槳電機有焦糊味，測量電機絕緣電阻為零，判斷電（diàn）機已燒壞，隨後進（jìn）行更換變槳電機工作，更換新電機後仍不能轉動。
3月13日風（fēng）機廠家繼續排查變槳電機燒壞的原因，未找到原因，初步（bù）判斷懷疑變槳減速箱的故（gù）障可能性較大，通知南京（jīng）高速齒輪廠家人員到現場（chǎng）進行檢查處理。
3月14日南京高速齒輪廠家人（rén）員到達現場，對風機葉（yè）片變槳係統減速箱解體檢查，結果未發現齒（chǐ）輪箱有（yǒu）問題。
3月（yuè）15日風機廠家對卡死的（de）變槳電機采取更換編碼器，更（gèng）換變槳電機驅動器等措施處理，結果葉片不能（néng）轉動。
3月20日變槳軸承廠家技術人員到現場，經過檢查評定變（biàn）槳軸承已經卡死，需返廠檢（jiǎn）查，查找原因。
圖1
2 處理措（cuò）施
針對#17風機變槳軸承已卡死，不能轉動的情況（kuàng），在風機高空無法進行（háng）處理（lǐ），需將風機輪轂及葉片下塔後對卡死的軸承進（jìn）行檢（jiǎn）查，更換處理，由風機廠家編製風力發電機組變槳軸承更換方案，組織專業風機吊裝（zhuāng）施工公司進行吊裝及更換，2015年4月1日-8日對#17風機三隻葉片變槳軸承進行更換（huàn），並將更換下的軸承送至軸承廠家進行撤（chè）解檢測。
3 軸承撤解分析
4月21日至4月24日，從中電工程（chéng）海鹽風電場返廠（chǎng）的#3風機三（sān）個變槳（jiǎng）軸承在幾方（fāng）共（gòng）同見證下在瓦軸工廠進行拆解檢測工（gōng）作。經過拆解發現運行中卡死的軸（zhóu）承保持架斷裂為三段，另外（wài）兩個運行中未出現異響且現場未報過故障的軸承（chéng）保持（chí）架也分別（bié）斷裂為兩段（duàn）和有一處斷裂，具體情況如下。
3.1編號2014-09-16變（biàn）槳軸承運行時卡死，現場拆解發現存在以下問題
1）啟動力（lì）矩：拆解前對啟動力矩進行檢測（cè），啟動（dòng）力變化區間在597～810KG。
2）保（bǎo）持（chí）架：拆解之後發現上列保持架斷裂（liè）三段（槳葉（yè）側），下（xià）列保持架基本保存完好。
3）滾道：雙滾道都存在壓痕，滾道接觸點向外側發生偏移，上滾道下半圓（yuán）弧存在壓潰，凸起約1.5mm；內圈橢圓度為0.67mm，外圈橢圓度為（wéi）0.70mm，滾（gǔn）道硬度約（yuē）為59-61HRC。
3.2編號2014-09-18變（biàn）槳軸（zhóu）承運行時無異響，現場拆解發現（xiàn）存在以（yǐ）下問題：
1）啟動力矩：整體力為585～620KG，除去密封圈啟動力為156～189KG，上下單排（pái）啟動力分別110～132KG/102～112KG。
2）保持架：拆解之後發現上列保持架斷裂（liè）一（yī）段（槳葉側），油脂發黑，下列（liè）保持架（jià）基本保存完好（hǎo），油脂保持原色。
3）軸徑向跳動分別為0.16/0.20mm，齒跳為0.35mm，內圈安裝孔槳葉側端麵存在2處壓痕，與螺栓分度圓相切處並沿軸向存（cún）在幾處6～7cm長的拉痕（hén）。
4）淬火情況：硬度（dù）約60HRC，淬火深度（dù）為3.7～4.2mm。
3.3編號2014-09-17變槳軸承運行時（shí）無異響，現場拆解發現存在以下問題：
1）啟動力矩：整體力為727～950KG，除去密封圈啟動力為223～270KG。
2）保持架：拆解之後發現上列保持（chí）架斷裂二段（槳葉側），油（yóu）脂發黑（hēi），下列保持架基本保存完好，油脂發黑。
3.4針對軸承拆解過程中發現的現象，可以認為軸承存在批量（liàng）質（zhì）量問題。風機廠家提出以下看（kàn）法：
1）現場測量發現軸（zhóu）承滾（gǔn）道淬火層厚度不符合設計圖紙要求，瓦軸方麵應從（cóng）加工工藝方麵排查（chá）保持架變形斷裂原因。
2）瓦軸需測量保持（chí）架的大小與軸承滾道是否匹配。
3.5瓦軸方麵提出以下看法
1）從目前拆解的四個軸承的損（sǔn）壞情況來看，軸承（chéng）存在批量（liàng）質量問題。要求風機廠家重新提供葉片載荷原始數據和軸承與輪轂、葉片與（yǔ）輪轂之間相關（guān）連接件的參數，以便（biàn）瓦軸從設計上重新進行係統性的分析，確定是否（fǒu）存在設計缺陷。
2）由於拆解軸承中發現與葉片連接螺栓麵存在明顯的磨損痕跡和螺紋變形現象，風機廠家應排（pái）查葉片現場安裝工藝是否存在問題。
3）瓦軸提出下次更換軸承時需到海（hǎi）鹽風電場（chǎng）全程參與軸承拆卸過程並在現場（chǎng）對軸承（chéng）檢測，具體形式待各方協商後（hòu）確定。
4 軸承分析結論
為查（chá）找變（biàn）槳（jiǎng）軸（zhóu）承卡死（sǐ）根（gēn）本原因，軸承廠（chǎng）家成（chéng）立了專項工作組，對返廠（chǎng）的變槳軸承進行細致的（de）檢驗與分析（xī），開展了包括外觀檢查、金（jīn）相檢驗及模擬分析等（děng）大（dà）量工作。
1）軸承外（wài）觀檢驗發現：滾道表麵（miàn）存在（zài）多（duō）條軸（zhóu）向壓痕，鋼球與外圈滾道、內圈滾道接觸軌跡均偏向溝口部位，溝口出（chū）現擠壓變形，保（bǎo）持架斷口位於兜孔中（zhōng）部兩側，其截麵呈典型的受較大拉力引起的斷裂形（xíng）貌，與斷口部位相鄰的兜孔中部兩側亦存在不同程度的拉伸變形。
2）熱（rè）處理質量檢驗：對（duì）外圈滾道（dào）局（jú）部取樣檢驗，結果顯示滾道淬火不均，溝口部位淬火硬化層深度較（jiào）淺，距擋邊約4mm處未淬火。
3）軸承失效機理（lǐ）分析：經檢驗，故障軸承滾道表麵存在（zài）多條軸向壓痕，痕跡延伸（shēn）至溝口邊緣。軸承在較大的（de）覆力矩作用下，鋼球產生向滾道溝口處偏移的趨勢。由於溝口處淬火硬化層沒有（yǒu）到達擋邊，未淬火處距擋邊月4mm，致使（shǐ）該區域滾（gǔn）道接（jiē）觸強度不足，無法對鋼球起到有效支撐進而引起變形，隨變形量不斷（duàn）加大，鋼球向溝口部位偏移的程度亦逐（zhú）加重（chóng），直（zhí）至擠壓溝口邊（biān）緣並使該區域產生嚴重的變形。溝道嚴重變（biàn）形後，阻礙了鋼球的正常運轉，使得鋼球在（zài）進、出承載區（qū）時轉速不均。經模擬分（fèn）析（xī），兜孔中部兩側為保持架強度相對較弱部位，該部位受到鋼球間（jiān）因轉速不同產生的（de）拉伸力反複作用，逐漸變形並萌發裂紋，裂紋進一步擴展為開裂。
此批（pī）次變槳軸承失效為套（tào）圈滾道淬火質量不合格所致。對該批次變槳（jiǎng）軸承進行更換處理。
5 結論與建議
風力發電作為一種新型清潔能源，在上得到（dào）很多國家的認可，是優先的能（néng）源發展方向，近幾年，我國風電裝機發展較快，已成為全球風機裝機大國，僅國家能源局列入（rù）“十二五”第五批風電（diàn）核準計劃的項目共計（jì）3400萬（wàn）千萬（wàn），這還不包括新（xīn）疆、吉林、遼寧（níng）等（děng）棄風限（xiàn）電較大的地區；這就導致風機供不應求，風機廠（chǎng）家在選配件時，沒有主動權，這就使近幾年來風機大部件多次出現批次質（zhì）量問題，給（gěi）風機廠家、生產企業帶來嚴重的經濟損失，因此（cǐ），對風機生產廠家有以下建議。
1）風機生產廠家麵對當今激烈（liè）的市場競爭，一定要嚴把質量（liàng）關，嚴把（bǎ）風機（jī）配件關，如質量關把不好（hǎo），這將給企業帶來嚴重的災難。
2）風機生產（chǎn）廠家要重視研發（fā），從資金、技術、人（rén）力方麵加大投入，適應市場需求；對新研發機型，從模型、樣機，到投入批量生產，要經過充分的設計、論證、變更、優化等步驟進行（háng），在國外一種（zhǒng）新機型從研發到投（tóu）入批量生產至少（shǎo）需要3-5年的時間，而在國內做此項工作（zuò）時間隻有1-2年就進入批量（liàng）生產，應用時間太短，一旦出現問題（tí），變更、優化、糾正的難度很大，這也給後續生產（chǎn）埋下隱患。
來源：《科學家》2015年第10期
