張軍昌

摘要 某風(fēng)力發(fā)電場在生產(chǎn)試運行期間，先發(fā)生風(fēng)機葉片變槳軸承卡死故障，后又有多臺風(fēng)機因變槳軸承故障停機事故，經(jīng)過查找原因分析，為風(fēng)機葉片變槳軸承失效所致，最后采取對風(fēng)電場所有風(fēng)機變槳軸承進行更換，通過此次事故的處理，給我們留下很多反思。

關(guān)鍵詞 風(fēng)力發(fā)電機組；變槳軸承；故障；原因分析

中圖分類號 TM3

文獻標(biāo)識碼 A

文章編號2095-6363（2015）10-0110-02

1 事故經(jīng)過

海鹽中電工程風(fēng)電場安裝20臺浙江運達(dá)公司生產(chǎn)的WD115-2000型風(fēng)力發(fā)電機組，風(fēng)機塔筒高度90米，葉片長度56.5米，葉輪直徑115米，此機型在全國首次大批量投入使用，是新型風(fēng)力發(fā)電機組，2014年1月份20臺風(fēng)機全部并網(wǎng)發(fā)電；自2015年2月份以來，先后有10余臺風(fēng)機多次發(fā)生變槳系統(tǒng)故障停機，主要故障有風(fēng)機變槳電機過電流、兩槳葉槳距角差值過大等使風(fēng)機不能正常運行。

2015年3月11日23：30分，運行中的#17風(fēng)機監(jiān)控后臺報：安全鏈故障、變槳電機過電流、槳距角差值過大故障停機，在風(fēng)機監(jiān)控后臺復(fù)歸無效，風(fēng)機無法運行。

3月12日風(fēng)機廠家檢查發(fā)現(xiàn)變槳電機有焦糊味，測量電機絕緣電阻為零，判斷電機已燒壞，隨后進行更換變槳電機工作，更換新電機后仍不能轉(zhuǎn)動。

3月13日風(fēng)機廠家繼續(xù)排查變槳電機燒壞的原因，未找到原因，初步判斷懷疑變槳減速箱的故障可能性較大，通知南京高速齒輪廠家人員到現(xiàn)場進行檢查處理。

3月14日南京高速齒輪廠家人員到達(dá)現(xiàn)場，對風(fēng)機葉片變槳系統(tǒng)減速箱解體檢查，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)齒輪箱有問題。

3月15日風(fēng)機廠家對卡死的變槳電機采取更換編碼器，更換變槳電機驅(qū)動器等措施處理，結(jié)果葉片不能轉(zhuǎn)動。

3月20日變槳軸承廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場，經(jīng)過檢查評定變槳軸承已經(jīng)卡死，需返廠檢查，查找原因。

2 處理措施

針對#17風(fēng)機變槳軸承已卡死，不能轉(zhuǎn)動的情況，在風(fēng)機高空無法進行處理，需將風(fēng)機輪轂及葉片下塔后對卡死的軸承進行檢查，更換處理，由風(fēng)機廠家編制風(fēng)力發(fā)電機組變槳軸承更換方案，組織專業(yè)風(fēng)機吊裝施工公司進行吊裝及更換，2015年4月1日-8日對#17風(fēng)機三只葉片變槳軸承進行更換，并將更換下的軸承送至軸承廠家進行撤解檢測。

3 軸承撤解分析

4月21日至4月24日，從中電工程海鹽風(fēng)電場返廠的#3風(fēng)機三個變槳軸承在幾方共同見證下在瓦軸工廠進行拆解檢測工作。經(jīng)過拆解發(fā)現(xiàn)運行中卡死的軸承保持架斷裂為三段，另外兩個運行中未出現(xiàn)異響且現(xiàn)場未報過故障的軸承保持架也分別斷裂為兩段和有一處斷裂，具體情況如下。

3.1 編號2014-09-16變槳軸承運行時卡死，現(xiàn)場拆解發(fā)現(xiàn)存在以下問題

1）啟動力矩：拆解前對啟動力矩進行檢測，啟動力變化區(qū)間在597～810KG。

2）保持架：拆解之后發(fā)現(xiàn)上列保持架斷裂三段（槳葉側(cè)），下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(cè)發(fā)生偏移，上滾道下半圓弧存在壓潰，凸起約1.5mm；內(nèi)圈橢圓度為0.67mm，外圈橢圓度為0.70mm，滾道硬度約為59-61HRC。

3.2 編號2014-09-18變槳軸承運行時無異響，現(xiàn)場拆解發(fā)現(xiàn)存在以下問題

1）啟動力矩：整體力為585～620KG，除去密封圈啟動力為156～189KG，上下單排啟動力分別110～132KG/102～112KG。

2）保持架：拆解之后發(fā)現(xiàn)上列保持架斷裂一段（槳葉側(cè)），油脂發(fā)黑，下列保持架基本保存完好，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(nèi)圈安裝孔槳葉側(cè)端面存在2處壓痕，與螺栓分度圓相切處并沿軸向存在幾處6～7cm長的拉痕。

4）淬火情況：硬度約60HRC，淬火深度為3.7～4.2mm。

3.3 編號2014-09-17變槳軸承運行時無異響，現(xiàn)場拆解發(fā)現(xiàn)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：拆解之后發(fā)現(xiàn)上列保持架斷裂二段（槳葉側(cè)），油脂發(fā)黑，下列保持架基本保存完好，油脂發(fā)黑。

3.4 針對軸承拆解過程中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，可以認(rèn)為軸承存在批量質(zhì)量問題。風(fēng)機廠家提出以下看法

1）現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)軸承滾道淬火層厚度不符合設(shè)計圖紙要求，瓦軸方面應(yīng)從加工工藝方面排查保持架變形斷裂原因。

2）瓦軸需測量保持架的大小與軸承滾道是否匹配。

3.5 瓦軸方面提出以下看法

1）從目前拆解的四個軸承的損壞情況來看，軸承存在批量質(zhì)量問題。要求風(fēng)機廠家重新提供葉片載荷原始數(shù)據(jù)和軸承與輪轂、葉片與輪轂之間相關(guān)連接件的參數(shù)，以便瓦軸從設(shè)計上重新進行系統(tǒng)性的分析，確定是否存在設(shè)計缺陷。

2）由于拆解軸承中發(fā)現(xiàn)與葉片連接螺栓面存在明顯的磨損痕跡和螺紋變形現(xiàn)象，風(fēng)機廠家應(yīng)排查葉片現(xiàn)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鹽風(fēng)電場全程參與軸承拆卸過程并在現(xiàn)場對軸承檢測，具體形式待各方協(xié)商后確定。

4 軸承分析結(jié)論

為查找變槳軸承卡死根本原因，軸承廠家成立了專項工作組，對返廠的變槳軸承進行細(xì)致的檢驗與分析，開展了包括外觀檢查、金相檢驗及模擬分析等大量工作。

1）軸承外觀檢驗發(fā)現(xiàn)：滾道表面存在多條軸向壓痕，鋼球與外圈滾道、內(nèi)圈滾道接觸軌跡均偏向溝口部位，溝口出現(xiàn)擠壓變形，保持架斷口位于兜孔中部兩側(cè)，其截面呈典型的受較大拉力引起的斷裂形貌，與斷口部位相鄰的兜孔中部兩側(cè)亦存在不同程度的拉伸變形。

2）熱處理質(zhì)量檢驗：對外圈滾道局部取樣檢驗，結(jié)果顯示滾道淬火不均，溝口部位淬火硬化層深度較淺，距擋邊約4mm處未淬火。

3）軸承失效機理分析：經(jīng)檢驗，故障軸承滾道表面存在多條軸向壓痕，痕跡延伸至溝口邊緣。軸承在較大的覆力矩作用下，鋼球產(chǎn)生向滾道溝口處偏移的趨勢。由于溝口處淬火硬化層沒有到達(dá)擋邊，未淬火處距擋邊月4mm，致使該區(qū)域滾道接觸強度不足，無法對鋼球起到有效支撐進而引起變形，隨變形量不斷加大，鋼球向溝口部位偏移的程度亦逐加重，直至擠壓溝口邊緣并使該區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重的變形。溝道嚴(yán)重變形后，阻礙了鋼球的正常運轉(zhuǎn)，使得鋼球在進、出承載區(qū)時轉(zhuǎn)速不均。經(jīng)模擬分析，兜孔中部兩側(cè)為保持架強度相對較弱部位，該部位受到鋼球間因轉(zhuǎn)速不同產(chǎn)生的拉伸力反復(fù)作用，逐漸變形并萌發(fā)裂紋，裂紋進一步擴展為開裂。

此批次變槳軸承失效為套圈滾道淬火質(zhì)量不合格所致。對該批次變槳軸承進行更換處理。

5 結(jié)論與建議

風(fēng)力發(fā)電作為一種新型清潔能源，在國際上得到很多國家的認(rèn)可，是優(yōu)先的能源發(fā)展方向，近幾年，我國風(fēng)電裝機發(fā)展較快，已成為全球第一風(fēng)機裝機大國，僅國家能源局列入“十二五”第五批風(fēng)電核準(zhǔn)計劃的項目共計3400萬千萬，這還不包括新疆、吉林、遼寧等棄風(fēng)限電較大的地區(qū)；這就導(dǎo)致風(fēng)機供不應(yīng)求，風(fēng)機廠家在選配件時，沒有主動權(quán)，這就使近幾年來風(fēng)機大部件多次出現(xiàn)批次質(zhì)量問題，給風(fēng)機廠家、生產(chǎn)企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，因此，對風(fēng)機生產(chǎn)廠家有以下建議。

1）風(fēng)機生產(chǎn)廠家面對當(dāng)今激烈的市場競爭，一定要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)把風(fēng)機配件關(guān)，如質(zhì)量關(guān)把不好，這將給企業(yè)帶來嚴(yán)重的災(zāi)難。

2）風(fēng)機生產(chǎn)廠家要重視研發(fā)，從資金、技術(shù)、人力方面加大投入，適應(yīng)市場需求；對新研發(fā)機型，從模型、樣機，到投入批量生產(chǎn)，要經(jīng)過充分的設(shè)計、論證、變更、優(yōu)化等步驟進行，在國外一種新機型從研發(fā)到投入批量生產(chǎn)至少需要3-5年的時間，而在國內(nèi)做此項工作時間只有1-2年就進入批量生產(chǎn)，應(yīng)用時間太短，一旦出現(xiàn)問題，變更、優(yōu)化、糾正的難度很大，這也給后續(xù)生產(chǎn)埋下隱患。