摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電組件中重要組成部分，由于自身及外界因素的影響，發(fā)電機(jī)軸承溫度過(guò)高造成系統(tǒng)故障頻繁出現(xiàn)，本文從發(fā)電機(jī)軸承自身和外界因素兩個(gè)角度闡述了造成軸承溫度升高的原因，并根據(jù)原因提出幾項(xiàng)解決方案。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力；發(fā)電機(jī)；軸承；溫升；

中圖分類(lèi)號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2015）-04-00-01

風(fēng)能作為綠色可再生能源得到世界各國(guó)的關(guān)注，利用風(fēng)能發(fā)電不需要燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或環(huán)境污染，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)形成一股熱潮。芬蘭、丹麥等國(guó)家利用風(fēng)力發(fā)電普及率較高，我國(guó)西部地區(qū)風(fēng)能資源較為豐富，風(fēng)力發(fā)電也得到了國(guó)家和政府的支持。風(fēng)力發(fā)電原理是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)增速器將葉片旋轉(zhuǎn)速度加快，促使發(fā)電機(jī)發(fā)電，因此發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，發(fā)電機(jī)能否正常運(yùn)行，直接關(guān)系到發(fā)電場(chǎng)的發(fā)電總量與經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)電機(jī)在工作過(guò)程中由于多種原因，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸承溫度過(guò)高而造成系統(tǒng)故障，這是目前發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障之一，如何在使用過(guò)程中消除故障隱患，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)使用壽命是需要不斷研究的課題。

一、發(fā)電機(jī)軸承溫度升高原因

（一）發(fā)電機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)造成溫度升高

當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)速度過(guò)快，內(nèi)外圈之間會(huì)因?yàn)橄嗷ミ\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦而生產(chǎn)熱量。若不考慮能量損失，則軸承與轉(zhuǎn)子之間摩擦力做功與產(chǎn)生的熱量相等。根據(jù)物理學(xué)公式Q=W=μN(yùn)s， μ為摩擦系數(shù)，與接觸面的粗糙程度決定，對(duì)發(fā)電機(jī)而言，與內(nèi)外圈滾珠和滾柱間的粗糙程度有關(guān)，軸承在完工出廠后，其粗糙面程度已經(jīng)確定，減小摩擦系數(shù)的方法只能在軸承與滾柱之間添加潤(rùn)滑油；N為軸承受到的壓力；s為軸承運(yùn)動(dòng)的相對(duì)距離，由軸承半徑、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時(shí)間決定。

軸承所受到的壓力由兩部分組成，一部分為轉(zhuǎn)子分布在軸承上的重力，另一部分為轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的離心力。離心力的產(chǎn)生主要是轉(zhuǎn)子重心與軸承重心無(wú)法完全重合造成的。離心力計(jì)算公式為F離=ω2r（ω：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r：轉(zhuǎn)子重心于軸承中心的偏差距離。由公式可知，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和兩個(gè)中心的偏差距離是影響離心力大小的主要因素。因離心力方向的不確定性，使軸承受到的壓力稱(chēng)規(guī)律性變化。但當(dāng)軸承內(nèi)外圈間的游隙和竄動(dòng)量大于設(shè)計(jì)值時(shí)，內(nèi)外圈間存在異常摩擦力，使軸承在X 軸上產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致軸承總的受力值變大，產(chǎn)生的熱量增加。發(fā)電機(jī)軸承外圈與發(fā)電機(jī)外殼相連，軸承產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)向外擴(kuò)散，但潤(rùn)滑油充滿軸承內(nèi)部，若潤(rùn)滑油傳熱效果不好，影響熱量外散也會(huì)造成軸承溫度升高。

（二）外部因素造成軸承溫度過(guò)高

1、部件損耗產(chǎn)生的熱量。發(fā)電機(jī)在工作狀態(tài)中，電機(jī)內(nèi)部不可避免會(huì)造成部件的磨損，如定子或轉(zhuǎn)子的銅耗、 鐵耗、 機(jī)械損耗及附加損耗等，使發(fā)電機(jī)軸承溫度升高。轉(zhuǎn)子回路的銅耗包括轉(zhuǎn)子銅材繞組的的電阻及個(gè)串聯(lián)繞組的電阻，勵(lì)磁回路的銅耗勵(lì)磁繞組銅材的電阻及外串的調(diào)節(jié)電阻組成。

計(jì)算公式為：PCu=PCus+PCuf=Is2×Rs+If2×（Rf+Rp），其中：Is為轉(zhuǎn)子回路的總電流；If：勵(lì)磁繞組回路的總電流；Rs為轉(zhuǎn)子回路的總電阻；Rf為勵(lì)磁繞組的總電阻；Rp為外串的調(diào)節(jié)電阻；以上物理量中轉(zhuǎn)子回路的總電阻、勵(lì)磁繞組的總電阻和外串的調(diào)節(jié)電阻在電機(jī)設(shè)計(jì)完成后是固定不變的。因此電機(jī)銅耗主要有勵(lì)磁回路的電流和轉(zhuǎn)子回路電流的大小決定的。

同理，鐵耗主要由渦流損耗和磁滯損耗兩部分構(gòu)成，影響因素有磁通交變頻率及磁密的值有關(guān)。機(jī)械損耗是由于碳刷和換向器的摩擦、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與空氣摩擦造成的損耗；附加損耗為除以上損耗之外的其他原因產(chǎn)生的損耗，一般將額定損耗的0.5%-1.0%作為附加損耗?？傊l(fā)電機(jī)的銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗均有可控制的影響因素，這些損耗可以通過(guò)技術(shù)手段降低，從而減少熱量的產(chǎn)生。

2、發(fā)電機(jī)水冷器散熱。發(fā)電機(jī)冷卻方式由空空冷卻、空水冷卻和水套冷卻等。發(fā)電機(jī)冷卻裝置在吸收熱量的同時(shí)，對(duì)外散發(fā)熱量，這也成為軸承溫度升高的原因之一。以水冷器為例，水冷器在從發(fā)電機(jī)內(nèi)吸收熱量，降低發(fā)電機(jī)溫度的同時(shí)，通過(guò)冷卻液將熱量排除機(jī)艙，理想狀態(tài)下，水冷器吸收的熱量與冷卻液吸收的熱量相等。但在實(shí)際工作中，水冷器吸收的熱量與冷卻液流量成正比，大小與冷卻液的傳導(dǎo)系數(shù)和散熱器的表面積有關(guān)。水冷器吸收的熱量與冷卻液吸收的熱量的差值，也是造成軸承溫度升高的原因。

3、發(fā)電機(jī)外殼散熱對(duì)軸承的影響。發(fā)電機(jī)熱量的散發(fā)除冷卻裝置外，還有通過(guò)電機(jī)外殼向外界散熱。根據(jù)熱輻射相關(guān)公式可知，發(fā)電機(jī)外殼向外界輻射的熱量，與發(fā)電機(jī)外殼空氣流量、外殼與空氣溫度差、空氣吸熱能力、外殼灰度有關(guān)。若發(fā)電機(jī)外殼散熱受阻，則會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度的升高，包括軸承。

二、處理措施

根據(jù)軸承溫度升高熱量來(lái)源分析以及長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)軸承溫度升高造成的系統(tǒng)故障可以從以下幾方面控制預(yù)防：

（一）潤(rùn)滑油性能的好壞，決定了滾珠與滾柱間的摩擦系數(shù)，更換質(zhì)量較好的潤(rùn)滑油，可有效降低由于摩擦產(chǎn)生的熱量。對(duì)于選定的潤(rùn)滑油品牌，其性能已經(jīng)固定，但在使用過(guò)程中可能造成污染降低其性能，對(duì)于這種情況應(yīng)及時(shí)檢測(cè)，定期更換或補(bǔ)充潤(rùn)滑油，確保軸承部位的摩擦系數(shù)最小，減少熱量的產(chǎn)生。

（二）提高發(fā)電機(jī)安裝質(zhì)量。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重心與軸承重心的偏差距離是影響軸承所受壓力的重要因素，通過(guò)提高發(fā)電機(jī)安裝質(zhì)量，減少偏差，確保軸承內(nèi)外圈的間隙和竄動(dòng)量符合設(shè)計(jì)值，減少軸承自身運(yùn)轉(zhuǎn)造成的熱量產(chǎn)生。

（三）發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱量由轉(zhuǎn)子回來(lái)電流、勵(lì)磁回路電流、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)硅鋼片質(zhì)量決定。在電壓固定的情況下，電流大小由電路中電阻決定，電阻大小與材料性能、長(zhǎng)度、橫截面積有關(guān)。在材料確定、粗細(xì)一致的情況下，材料的長(zhǎng)度成為影響電阻的決定性因素。若以質(zhì)量衡量長(zhǎng)度，發(fā)電機(jī)組件的質(zhì)量減少可有效降低發(fā)電機(jī)熱量產(chǎn)生。

（四）冷卻液的冷卻效果，對(duì)于發(fā)電機(jī)軸承的溫度升高影響極大，增加冷卻液的流量、改用冷卻效果較好的冷卻液，并及時(shí)檢查定期更換，確保冷卻機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)，定期清掃發(fā)電機(jī)外殼的灰塵等阻礙熱量散失的異物。

三、總結(jié)

發(fā)電機(jī)軸承溫度過(guò)高不僅會(huì)造成系統(tǒng)故障，還可能降低使用壽命，燒壞軸承。因此，做好日常的養(yǎng)護(hù)和維修工作十分必要。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫方圓.風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承溫升的影響因素[J].上海大中型電機(jī)，2011，（3）：1-3，6.

[2]徐建平.風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承與齒輪的潤(rùn)滑[J].合成潤(rùn)滑材料，2011，38（3）：11-14.

[3]陳龍，杜宏武，武建柯等.風(fēng)力發(fā)電機(jī)用軸承簡(jiǎn)述[J].軸承，2008，（12）：45-50.