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某風(fēng)電場1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)前軸承失效分析

2013-02-26

作者: 石志標(biāo)[1]  辛昆[1]  于穎[2]
(1.東北電力大學(xué) 吉林吉林 132012;2.空軍航空大學(xué) 吉林長春 130021)
  摘 要:本文根據(jù)某風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承失效的實(shí)際情況,對(duì)有關(guān)風(fēng)機(jī)事發(fā)前的遠(yuǎn)程監(jiān)測情況及事后現(xiàn)場檢查情況進(jìn)行了詳細(xì)描述,研究了軸承失效原因機(jī)理;結(jié)合實(shí)際對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承失效進(jìn)行了全面分析;有針對(duì)性的對(duì)軸承失效給出了防范措施。
  關(guān)鍵詞;風(fēng)電機(jī)組;發(fā)電機(jī)前軸承;失效分析
  0 概述
  某風(fēng)電場安裝100臺(tái)1.5mw雙饋異步低溫型風(fēng)電機(jī)組,總裝機(jī)容量15萬千瓦。 2010年12月初風(fēng)機(jī)開始進(jìn)入并網(wǎng)調(diào)試,2011年1月底,全部100臺(tái)風(fēng)機(jī)調(diào)試完畢,進(jìn)入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)。風(fēng)機(jī)變槳方式為電動(dòng)變槳,主傳動(dòng)鏈由輪轂、主軸承、主軸、增速齒輪箱、聯(lián)軸器及發(fā)電機(jī)組成。
  1 遠(yuǎn)程監(jiān)控情況描述
  風(fēng)電場設(shè)有風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),可以在集控室實(shí)時(shí)監(jiān)控各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。針對(duì)發(fā)電機(jī)及聯(lián)軸器部位監(jiān)測信號(hào)主要有發(fā)電機(jī)x向(軸向)一、二級(jí)振動(dòng),y向(徑向)一、二級(jí)振動(dòng),發(fā)電機(jī)軸承(前端軸承)溫度,發(fā)電機(jī)定子繞組溫度,齒輪箱高速軸(聯(lián)軸器)轉(zhuǎn)速,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速;發(fā)電機(jī)前后軸承潤滑系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)未采集到集控室,只有在機(jī)艙就地才能觀察到潤滑系統(tǒng)工作狀態(tài)。
  風(fēng)電場運(yùn)行人員及風(fēng)機(jī)廠家服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)總結(jié)各發(fā)電機(jī)組更換發(fā)電機(jī)軸承前情況的記錄:
  運(yùn)行狀態(tài):
 ?。?)日常從集控室風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)測到,當(dāng)輪轂高度十分鐘平均風(fēng)速在3m/s-20m/s之間、即發(fā)電機(jī)在1010rpm-1800rpm之間運(yùn)行、功率為0-1500kw之間時(shí),正常觀測到的發(fā)電機(jī)前軸承溫度在20℃-60℃左右;30#、57#、75#、80#、86#、97#發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫度普遍高于70℃,個(gè)別時(shí)段達(dá)到80℃-90℃,47#風(fēng)機(jī)不定期報(bào)“發(fā)電機(jī)繞組溫度高”停機(jī),不能遠(yuǎn)程復(fù)位,Z終故障停機(jī)無法啟機(jī)。
 ?。?)30#、80#、86#風(fēng)機(jī)不定期報(bào)“發(fā)電機(jī)x向一級(jí)振動(dòng)”停機(jī),但風(fēng)機(jī)可遠(yuǎn)程自動(dòng)復(fù)位運(yùn)行;47#風(fēng)機(jī)頻繁報(bào)出“發(fā)電機(jī)x向一級(jí)振動(dòng)”停機(jī),可遠(yuǎn)程手動(dòng)復(fù)位啟機(jī),但啟機(jī)后再次報(bào)錯(cuò)停機(jī)。
  (3)有關(guān)各機(jī)位風(fēng)機(jī)齒輪箱高速軸、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常,未見超速報(bào)警;其他運(yùn)行狀態(tài)如電氣量、油壓等無明顯異常。
 ?。?)遠(yuǎn)程監(jiān)控僅有主軸承潤滑系統(tǒng)運(yùn)行指示燈,無發(fā)電機(jī)軸承潤滑系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測設(shè)置,無法監(jiān)控發(fā)電機(jī)軸承潤滑情況。
  2 軸承失效分析及現(xiàn)場檢查情況
  2.1軸承失效原因機(jī)理
  軸承失效可體現(xiàn)在剝離、燒傷、裂紋缺陷、保持架破損、擦傷卡傷、銹蝕、腐蝕、磨損、電蝕、蠕變、壓痕碰傷等多種形式。
  2.2各有關(guān)風(fēng)機(jī)登機(jī)現(xiàn)場檢查情況
  風(fēng)電場運(yùn)行人員及風(fēng)機(jī)廠家服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)存在的異常特別是47#風(fēng)機(jī)故障停機(jī)后,迅速組織人員登塔進(jìn)入機(jī)艙現(xiàn)場進(jìn)行仔細(xì)排查。各有關(guān)機(jī)位檢查情況如下:
  (1)47#風(fēng)機(jī)。發(fā)電機(jī)及聯(lián)軸器外觀無異常,手動(dòng)盤車發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聲音較大。
 ?。?)30#風(fēng)機(jī)。發(fā)電機(jī)及聯(lián)軸器外觀無異常,潤滑油罐內(nèi)油脂顏色無異常,剩余量為滿罐的1/3。
  (3)75#風(fēng)機(jī)。發(fā)電機(jī)及聯(lián)軸器外觀無異常,潤滑油罐內(nèi)油脂顏色無異常,剩余量為滿罐的1/10。聯(lián)軸器近發(fā)電機(jī)端止退小螺栓力矩有松動(dòng)現(xiàn)象,發(fā)電機(jī)右前支腳發(fā)電機(jī)與彈性支承力矩不符合要求(額定值470nm)。
  (4)57#、80#、86#、97#風(fēng)機(jī)。
  2.3軸承失效原因初步分析
  根據(jù)集控室監(jiān)控信息以及現(xiàn)場檢查情況,事后查看風(fēng)機(jī)事發(fā)期間故障記錄及維護(hù)記錄,詢問了解維護(hù)過程,確認(rèn)發(fā)電機(jī)前軸承失效。失效原因初步分析如下:
  2.3.1初步排除軸承制造、裝配及疲勞損壞問題。
  風(fēng)電場及時(shí)與設(shè)備廠家聯(lián)系,協(xié)調(diào)索要了FAG軸承批次出場合格證及檢驗(yàn)報(bào)告,發(fā)電機(jī)裝配記錄,確認(rèn)幾臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承非制造質(zhì)量及裝配工藝原因失效。
  風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承從出廠到更換僅有2年時(shí)間,遠(yuǎn)未達(dá)到20年使用壽命期,因此不應(yīng)是疲勞失效原因。
  2.3.2發(fā)電機(jī)軸承潤滑系統(tǒng)問題。
  潤滑系統(tǒng)采用的是lincoln quicklub潤滑泵,由儲(chǔ)油罐、控制板及潤滑管路組成。潤滑脂型號(hào)為albida ems2,正常儲(chǔ)存量為1kg,顏色為褐黃色。47#風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承潤滑脂明顯變質(zhì),造成軸承潤滑失效。其他幾臺(tái)風(fēng)機(jī)儲(chǔ)油脂量較正常偏少,懷疑潤滑泵運(yùn)行周期及單次運(yùn)行時(shí)間(決定注油量)設(shè)置與實(shí)際需要不符或達(dá)不到軸承正常工作需要要求,造成軸承潤滑不充分。
  2.3.3聯(lián)軸器軸對(duì)中問題。
  從7臺(tái)風(fēng)機(jī)軸對(duì)中檢查結(jié)果看,所有均不滿足軸對(duì)中允許偏差范圍。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)在軸不對(duì)中工況下,這也是造成發(fā)電機(jī)軸承失效的主要原因之一。造成軸對(duì)中不合格的主要原因分析為聯(lián)軸器小螺栓力矩及發(fā)電機(jī)支腳螺栓力矩緊固存在問題。
  2.3.4潤滑脂存在污染。
  從發(fā)電機(jī)軸承拆卸的情況看,軸承上的潤滑脂為黑色并夾雜雜質(zhì),經(jīng)檢查雜質(zhì)非鐵屑,排除金屬磨損產(chǎn)生鐵屑原因。根據(jù)風(fēng)電場所在地為沙化草原地區(qū),常年風(fēng)沙較大,且大風(fēng)季節(jié)常伴有沙塵暴,從機(jī)艙內(nèi)明顯可見到處都是砂質(zhì)粉塵。懷疑油脂中雜質(zhì)為空氣中沙塵。
  2.3.5風(fēng)機(jī)維護(hù)工作不力。
  3 采取的防范措施
  3.1外部措施
 ?。?)要求風(fēng)機(jī)廠家協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)廠家制定詳細(xì)處理方案報(bào)業(yè)主審核,經(jīng)同意后立即組織對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的7臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行處理,確保風(fēng)機(jī)盡快恢復(fù)發(fā)電;同時(shí)要求對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)前軸承失效(發(fā)電機(jī)更換)進(jìn)行技術(shù)分析,提交分析報(bào)告。
 ?。?)風(fēng)機(jī)吊安裝期間業(yè)主已要求風(fēng)機(jī)廠家對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行軸對(duì)中檢查,廠家以機(jī)艙出廠前已進(jìn)行相應(yīng)檢測為由拒絕再次檢測。業(yè)主方考慮到主機(jī)出廠需經(jīng)2700公里近半個(gè)月時(shí)間長途運(yùn)輸才能到風(fēng)電場,路途中顛簸震動(dòng)可能會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)與聯(lián)軸器對(duì)中產(chǎn)生影響;結(jié)合本次幾臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承失效問題,要求風(fēng)機(jī)廠家必須對(duì)全場風(fēng)機(jī)軸對(duì)中進(jìn)行復(fù)檢提交檢測報(bào)告。
  (3)要求風(fēng)機(jī)廠家必須落實(shí)發(fā)電機(jī)軸承潤滑系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定及與現(xiàn)場實(shí)際工作需要是否匹配合理,對(duì)全場所有風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)前軸承潤滑系統(tǒng)、主軸承潤滑系統(tǒng)及輪轂變槳潤滑系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、儲(chǔ)油量及管路、油脂使用型號(hào)是否正確進(jìn)行全面檢查,提交報(bào)告;同時(shí)要求風(fēng)機(jī)廠家技術(shù)部門考慮對(duì)軸承潤滑系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳改造,使風(fēng)電場集控室便于掌握風(fēng)機(jī)軸承潤滑系統(tǒng)運(yùn)行狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。
  (4)要求風(fēng)機(jī)廠家對(duì)風(fēng)機(jī)所有參數(shù)、定值進(jìn)行重新梳理,特別是影響風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的振動(dòng)、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等信號(hào)的檢查;同時(shí)嚴(yán)禁存在屏蔽風(fēng)機(jī)報(bào)警信號(hào)的情況。
  3.2內(nèi)部措施
 ?。?)要求生產(chǎn)值班人員加強(qiáng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)控,每三小時(shí)全面檢查一次100臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào),對(duì)異常信號(hào)要及時(shí)關(guān)注并記錄;對(duì)反復(fù)出現(xiàn)的報(bào)錯(cuò)信息,如振動(dòng)、溫度蓄電池電壓等,要特別注意,及時(shí)匯報(bào)風(fēng)電場領(lǐng)導(dǎo)并及時(shí)告知現(xiàn)場風(fēng)機(jī)廠家人員進(jìn)行處理;對(duì)頻繁出現(xiàn)的報(bào)錯(cuò)不要輕易復(fù)位風(fēng)機(jī),及時(shí)通知廠家人員處理。
 ?。?)制定專門負(fù)責(zé)人參與廠家對(duì)軸承失效技術(shù)分析,并安排專人參與到風(fēng)機(jī)各項(xiàng)檢查工作中,對(duì)檢查結(jié)果及時(shí)記錄。
 ?。?)建立風(fēng)機(jī)缺陷管理制度及設(shè)備缺陷檔案,實(shí)行責(zé)任追溯制,明確各級(jí)管理責(zé)任,細(xì)化分工,層層落實(shí),風(fēng)機(jī)缺陷管理要明確分配到個(gè)人。
  (4)加強(qiáng)風(fēng)電場運(yùn)行人員理論及技能培訓(xùn),提升風(fēng)機(jī)故障缺陷處理、問題分析及風(fēng)機(jī)檢修維護(hù)動(dòng)手能力?!科]
  【參考文獻(xiàn)】
  [1]鐘海權(quán).發(fā)電電動(dòng)機(jī)雙向推力軸承設(shè)計(jì)計(jì)算方法的研究[j].東方電機(jī),2004,(02).
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 ?。?]劉士奇.廣州抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[j].東方電機(jī),1999,(02).  
來源:《科技致富向?qū)А?012年26期