关于风力发电机轴承故障的研究

浅谈风力发电机主轴轴承失效分析及解决办法

风力发电机主轴轴承是风能转换装置中的重要组成部分，其正常运转与否直接影响风力发电机的性能和寿命。然而，在运行过程中，由于各种原因，风力发电机主轴轴承存在失效的风险。本文将从失效原因、失效分析及解决办法等方面进行论述。

首先，风力发电机主轴轴承失效原因多种多样，主要包括以下几方面：

1.过载与负荷不均匀：由于发电机长期工作在高速旋转状态下，风力过大或过小都会导致主轴轴承受到不同程度的负载，使其过载或负荷不均匀，从而引起失效。

2.润滑不良：风力发电机主轴轴承工作环境恶劣，尘埃多，容易导致润滑油污染，进而引发润滑不良，造成主轴轴承失效。

3.轴承偏心和振动：由于安装和使用不当，风力发电机主轴轴承可能出现偏心磨损，同时，振动也会在一定程度上加剧轴承失效。

常见的轴承失效形式主要包括以下几种：

1.疲劳失效：轴承长期在复杂动载荷下工作，容易导致疲劳失效，主要表现为轴承表面的磨损和龟裂。

2.磨损失效：因为润滑不良、杂质进入轴承等原因，主轴轴承可能出现磨损失效，主要表现为表面磨损、脱落和腐蚀等现象。

3.弯曲失效：过载或负荷不均匀都会导致主轴弯曲变形，造成主轴轴承失效。

为了解决风力发电机主轴轴承失效问题 1.加强检查和维护：定期对风力发电机主轴轴承进行检查，确保其润滑状态良好，及时更换磨损严重的轴承。

2.提高轴承负荷承载能力：采用高强度材料制造轴承，增加轴承的负荷承载能力以及寿命。

3.减小振动幅度：通过优化设计和加强安装质量，降低风力发电机的振动幅度，减少对主轴轴承的影响。

4.加强润滑管理：严格控制风力发电机主轴轴承的润滑油品质和污染控制，确保轴承良好润滑，减少摩擦磨损。

总之，风力发电机主轴轴承的失效对风力发电机的性能和寿命具有重要影响。通过加强检查和维护、提高轴承负荷承载能力、减小振动幅度、加强润滑管理等措施，可以有效预防和解决风力发电机主轴轴承失效问题，提高风力发电机的可靠性和经济性。

120机械装备研发Research & Development of Machinery and Equipment2019年4月下

风力发电机主轴轴承失效分析

何玉强

（新d绿色能源股份有限公司，河北 石家庄 050000）

摘　要：文章结合风力发电场实际运行过程中的各种轴承磨损和故障现象，对双馈异步低温风力发电机组进行现场风机运行数

据的统计分析，总结了影响轴承正常运行的因素，希望在技术和经验方面提供参考。

关键词：风力发电机；主轴轴承；失效

中图分类号：TM315󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃󰀃󰀃文章编号：1672-3872（2019）08-0120-02

——————————————作者简介：󰀃何玉强（1984—），男，河北石家庄人，本科，工程师，研究方向：机械设计制造及其自动化。我国风电行业比较严重和普遍存在的问题是大型双馈型

风力发电机主轴轴承的磨损，已成为风力发电机组研发和重

点排除的故障。根据目前的情况，导致主轴轴承磨损的主要

原因有以下几种：风机组装过程不规范，没有检查润滑油，

轴承本身的质量。文章在风电场实际工作的基础上，详细分

析双馈风力发电机前后的轴承磨损情况[1]。

1 主轴轴承在正常情况下失效的主要原因

1）兆瓦级风力发电机的主轴轴承用的是双列调心滚子轴

承，它必须承受轴向和径向的载荷，所以出现故障次数也比

较多。这是因为具有较大的间隙的双列调心滚子轴承，上风

向侧的轴承承受较小的载荷，而下风向轴承要承受很多径向

载荷和轴向力，这导致滚子过度滑动，如果润滑不良会导致

材料腐蚀并剥落，使座圈，滚子和保持架受力不均出现变形

的情况，导致座圈和轴承座之间出现不协调，引起常见故障，

如位移和卡住[2]。

2）在设计新的传动系统时，很少使用调心轴承作为主轴

轴承。一般建议使用圆锥滚子轴承，其有很强的径向和轴向

承载力，通过预紧可以均匀地加载滚轮，滚轮不易滑动摩擦。

然而，在装置过程，由于安装精度和技术要求，轴承间隙如

大型风力发电机主轴轴承故障分析及预防方法

摘要：在直驱风电机组中，由于受偏航、变桨、刹车等冲击的影响，其动态特性十分复杂。根据直驱风机的工作特性，采用常规的振动监测方法，因其工作状态复杂，故障演变机制不清楚，致使风机发生重大事故。传统的振动检测方法存在着缺陷，目前国内外尚无一套行之有效的状态监控理论。本文针对直驱式风扇的主轴轴承进行了故障机理和动力学特性的研究。探讨了动态交变应力条件下的故障演变机制，揭示了故障的主轴承动力特性和故障信息特征之间的定量关系。

关键词：大型风力发电；主轴轴承；故障；预防

1 项目背景

（1）风机设计时通常由风机主机厂向风机轴承供应商提出技术要求，风机轴承供应商据已有标准规范：GL 2010风机认证指南，IEC 61400风电标准，ISO

281滚动轴承，额定动载荷和额定寿命，ISO 16281滚动轴承，通用装载轴承用改良参考额定寿命的计算方法，JB/T 10705-2016 滚动轴承，风力发电机轴承，GB/T29718-2013 滚动轴承风力发电机组主轴轴承，GB-T 4662-2003 滚动轴承，额定静载荷，GB-T 6391-2003滚动轴承，额定动载荷和额定寿命，GB/T18254-2002高碳铬轴承钢等标准进行轴承选型计算提供相应型号轴承，在某些情况下由于轴承选型不合理导致轴承在实际运行过程中发生开裂、断裂及过早磨损等失效，而使用轴承的风机主机厂商并没有掌握风机轴承选型的方法，当风机轴承发生故障后很难分析出引起轴承故障的原因及预防轴承发生故障。本项目通过对已颁布的风机轴承相关标准进行整理，掌握风机轴承在选型过程中注意事项及计算方法，编制轴承选型规范，为后续风机设计轴承选型提供选型依据。

（2）目前公司机组使用轴承（变桨轴承、偏航轴承、主轴轴承）集中润滑系统是贝卡（国外）生产的轴承集中润滑系统，贝卡的轴承集中润滑系统成本较高，本项目通过开发国产轴承集中润滑系统来降低轴承集中润滑系统成本，拟降低成本30%。目前风机轴承废旧油脂收集是在轴承的排油口安装集油瓶，通过轴承转动对轴承中的废旧油脂被动压入集油瓶。在机组实际运行过程中，由于油脂的皂化常常阻塞轴承排脂口，废旧油脂无法正常排出，导致废旧油脂在轴承内部堆积，油脂对轴承不能起到充分润滑作用，甚至还会加速轴承的磨损。本项目通过开发国产轴承集中润滑系统及废旧油脂收集系统，以降低轴承集中润滑系统成本，解决轴承废旧油脂排脂困难问题。

风力发电机组轴承的典型故障模式及原因分析

摘要：

风力发电是一种可再生能源，近年来在全球范围内得到了广泛应用和发展。然而，由于风力发电机组长期运行、恶劣环境条件和振动等因素的作用，其各个部件容易出现故障，其中轴承是最常见的故障部件之一。本文将针对风力发电机组轴承的典型故障模式进行分析，并提出相关原因分析，以期对轴承故障的预防和维修提供参考。

一、引言

风力发电是一种利用风能产生电能的技术，其具有环保、可再生和经济等诸多优势，因此在全球范围内得到了广泛应用。然而，由于风力发电机组长期运行、复杂的工作环境以及高速旋转的转子和叶片等因素的作用，其各个部件容易出现故障，其中轴承是最常见的故障部件之一。

二、风力发电机组轴承的典型故障模式

经过对大量风力发电机组实际应用数据的收集和故障统计分析，可以总结出以下几种典型的轴承故障模式：

1. 疲劳失效

疲劳失效是轴承故障中最常见的一种模式。在风力发电机组运行过程中，轴承承受频繁的载荷和振动，导致轴承内部产生微裂纹。随着时间的推移，这些微裂纹逐渐扩展，最终导致轴承的疲劳失效。

2. 磨损故障 由于风力发电机组长期运行，轴承表面会因为摩擦而产生磨损。如果机组的润滑系统不够完善，或者存在润滑油质量不合格等问题，轴承表面的磨损会加剧，最终导致轴承的失效。

3. 弹性变形故障

风力发电机组运行过程中，轴承会承受大量的载荷和振动，从而引起轴承的弹性变形。当弹性变形超出轴承的可承受范围时，轴承会出现形状变形和功能损失，进而导致故障。

4. 渣滓沉积故障

风力发电机组运行环境通常存在大量的沙尘和颗粒物，这些物质会随风进入轴承内部，形成渣滓沉积。过多的渣滓会导致轴承不正常运转，甚至造成卡死等严重故障。

三、风力发电机组轴承故障原因分析

针对以上几种典型的轴承故障模式，可以进行如下原因分析：

1. 运行时间和振动

风力发电机组长时间运行会导致轴承频繁承受载荷和振动，轴承内部可能产生微裂纹，进而引起疲劳失效。因此，合理控制机组的运行时间和振动水平，可以有效预防轴承故障。