电动变桨轴承故障原因分析及改进措施

� 电动变桨轴承故障原因分析及改进措施 徐 � 斌, 王志德 (内蒙古工业大学, 呼和浩特 010051) 摘 要: 介绍了电动变桨距系统的结构,阐述了变桨距系统在运行中因变桨轴承故障而存在 的问题。重点分析了变桨轴承产生故障的 3个原因, 并针对这些故障给出相应的改进措施。这些 措施在实际应用中减少了轴承故障,提高了风力发电机的效率, 降低了经济损失。 关键词: 电动变桨; 故障; 措施 中图分类号: TD724 � 文献标志码: A � 文章编号: 1003�0794( 2008) 10�0139�02 Analysis and Improvement Measure Reason of Electric Pitch System Bearings on Wind Turbine XU Bin, WANG Zhi- de ( Inner Mongoliapoly Technic University, Huhehaote 010051, China) Abstract: Introduced electric pitch from the structure of system and elaborated electric pitch from system in the movement because of electric pitch system bearings failure but existent problem. The point analyzed electric pitch system bearings� creation failure of three reason, and aim at these failure to correspond of improvement measure. These measures reduced bearings failure in physically appliedly, raised the efficiency of wind power turbine and lowered economy loss. Key words: electric pitch system; failure; measure 0 � 前言 风能是一种绿色的可再生能源, 风力发电也在 迅猛发展。但是风速的变化是随机的, 从空气动力 学角度考虑。当风速过高或过低时,只有通过调整 桨叶节距,改变气流对叶片攻角,从而改变风力发电 机组获得的空气动力转矩, 才能使功率输出保持稳 定。同时, 风力机在起动过程也需要通过变距来获 得足够的起动转距。目前变桨系统有液压驱动变桨 系统和电动变桨系统 2种类型。近来,电动变桨距 系统已越来越多地应用于风力发电机组。 内蒙古辉腾锡勒风电厂 FL1500型风力发电机 为电动变桨风力发电机, 发电机在运行中出现了轴 承故障,给生产造成了损失。本文主要阐述变桨轴 承在运行中的故障, 分析其原因,并给出解决措施。 1 � 电动变桨距系统的概述 与液压驱动变桨距系统不同的是, 电动变桨距 系统的 3 个桨叶分别带有独立的电驱动变桨距系 统,其机械部分包括回转支承、减速机和传动装置 等。减速机固定在轮毂上, 回转支承的内环安装在 叶片上,叶片轴承的外环固定在轮毂上。当变桨距 系统上电后,电机带动减速机的输出轴小齿轮旋转, 而且小齿轮与回转支承的内环啮合,从而带动回转 支承的内环与叶片一起旋转, 实现了改变桨距角的 目的。图 1为电动变桨机构传动图。叶片由变桨电 机带动轴承旋转调整叶片的受风角度。3个叶片分 别由 3台独立的电机带动叶片转动,它们接受的是 同一个旋转信号, 因此 3 个叶片的旋转是同步的。 使 3个叶片保持相同的受风角度。变桨电机在接受 调整信号后通过变桨齿轮箱减速, 通过齿轮传动带 动变桨轴承转过一个角度, 调整叶片的受风角度。 图 1� 电动变桨机构传动图 1� 变浆电机 � 2� 变浆轴承 � 3� 极限工作位置装块 � 4� 变浆齿轮箱 5� 变浆限位 2 � 变浆系统运行中存在的问题 辉腾锡勒风电厂 FL1500 型风力发电机为电动 变桨风力发电机, 在运行过程中主要存在的问题是 3个叶片在变桨电机的带动下变换叶片的角度, 出 现变桨不同步的现象, 也就是同时给变桨电机输送 变桨信号后,由于变桨轴承发生了故障,只有 2个叶 片发生了变桨,另外一个没有动,或者 3个叶片都不 发生动作。使风机的效率大大降低, 输出的功率达 不到要求,甚至停机。 FL1500型风力发电机的叶片长度是 34 m, 重达 17�7 t,所以出现这种问题维修起来需要将叶片卸载 下来,动用大型的机械, 而且维修的周期长,维修成 139 第 29卷第 10期 2008年 � 10月 � � � � � � � � � � � � � � � � 煤 � 矿 � 机 � 械Coal Mine Machinery � � � � � � � � � � � � � � � � Vol�29No�10 Oct . 2 00 8 本太高,特别在盛风期给风电厂造成的损失非常巨 大。 3 � 变桨轴承故障原因分析 电动变桨轴承是在不同于一般的条件下工作 的。轴承的内外圈不相对旋转, 而是在很小的角度 范围内摆动,因此它的滚珠不是沿整个滚道滚动, 而 只移动很小的距离, 事实上是在摇动,也就是说永远 是同一部分的滚珠受载荷的作用。轴承发生故障原 因: ( 1)轴承润滑不好造成的磨损 做摆动的轴承与单向旋转的轴承不同, 如果没 有很好的润滑, 那么在短时间工作之后轴承就会磨 损及损伤。滚道磨损及滚珠损伤将使摩擦力矩增 加。在摆动的振幅相当大的情况下,轴承圈将受到 2种载荷的作用, 如图 2( a)所示。轴承圈上未被润 滑部分边缘一段处在与连续旋转的轴承相似工作滚 珠改变运动方向后经过的区域, 在被润滑之前将出 现压力峰, 该压力峰的压力比连续旋转时所产生的 压力大 1倍。当轴承以很小的摆动振幅工作时, 如 图2( b)所示。这时相离最远的两接触面也部分地 相互重叠, 轴承的工作条件将变得极端不好。因为 润滑剂不可能流入重叠的接触面,因此该区域内的 压力峰将变得非常大, 以至于立刻就会产生了永久 变形。在此情况下金属表面由于猛烈挤压, 可能发 生分子溶接现象- 接触部分烧化,在滚道上留下凹 坑。轴承磨损逐渐加大, 由于轴承圈金属被氧化及 部分润滑剂变成酸而生成氧化物的侵蚀作用, 轴承 将更快损坏。导致轴承变形卡死。 图 2 � 滚珠及润滑剂运动图 1、4�载荷图 � 2� 滚珠 � 3� 接触面 ( 2)螺栓松动引起轴承移位 风力发电机在运行过程中叶片所受到的气动力 是变化的,风速不仅大小变化而且方向也会变化, 从 而产生陀螺力矩,它作用在叶片上是一种变化的惯 性载荷,这个载荷对转动的叶片是变化的,也是激振 源。这个振源使叶片产生振动, 叶片是用螺栓固定 在变桨轴承的内圈上。叶片的振动使固定螺栓产生 松动,叶片的受力不再均匀,从而引起轴承在受载时 内外圈相对错位, 使接触角发生变化,造成滚动体载 荷不均匀或滚动体与滚道产生边缘力, 从而引起滚 动体卡死在滚道上。 ( 3)安装不当引起轴承变形 变桨轴承是安装在支承基座上,保证轴承有足 够的刚度和应力的均匀分布。回转支承安装不好, 轴承运行时产生工作变形。支承的形状偏差导致滚 道变形,滚动体在滚道中卡死,引起停机或锁死。 4 � 变桨轴承故障改进措施 电动变桨系统在变桨过程中 3个叶片不能同步 的原因是因为轴承出现了故障, 上述分析了变桨轴 承出现故障的原因。针对这些原因所采取的改进措 施: ( 1)选用好的润滑脂 � 最好润滑剂是能受高压 且不易被氧化的润滑脂。每个轴承需要足够的润滑 脂,大约 1 600 g。在润滑过程中应小幅度旋转轴 承。 ( 2)定期检查轴承螺栓的预紧力 � 用液压力矩 扳手以规定的力矩检查螺栓。如果螺母不能被旋转 或者螺母的终点位置距松开前的位置相差 20!以内, 说明预紧力仍在限度以内。 ( 3)按照说明书正确地安装轴承 � 轴承的安装 满足说明书上的形状和刚度公差, 确保结构符合技 术要求,并要做好定位和强制对中,安装后及时对安 装的轴承进行检测。 5 � 结语 电动变桨系统是近年来应用比较广泛的变桨形 式。变桨轴承是变桨系统中的一个重要零件,变桨 轴承出现故障会使风力发电机的发电效率降低。对 轴承故障原因做出了上述分析并给予了解决的措 施。给风力发电厂技术维修提供故障诊断帮助, 同 时也给轴承制造和安装部门提供理论研究依据。 参考文献: [ 1]柴春红,曹志刚.滚动轴承故障的模糊诊断 [ J] . 煤矿机械, 2006, 27(4) : 714- 716. [ 2]屈跃灵,张雁,李会轩.转盘轴承常见故障分析及改进措施[ J] . 轴 承, 2000( 9) : 16- 18. [ 3]王莹.转盘轴承的应用与选择[ J] .轴承, 2005( 8) : 44- 46. [ 4]刘志强, 徐辉. 转盘轴承的选型计算 [ J] . 机械设计与制造, 2005 ( 2) : 23. [ 5]李媛媛,叶亚飞.风力发电机专用轴承[ J] .轴承, 2004( 2) : 48- 49. [ 6] IQBAL M T, COON ICK A, ERER IS L L. Dynamiccontrol op t ions for variable speed wind turbines [ J] . Wind Engineering, 1994, 18( 1) : 1- 12. 作者简介: 徐斌( 1979- ) , 山东日照人, 内蒙古工业大学机械 学院在读研究生,主要研究方向是液压和风力发电机的设计与研究, 电话: 0471- 6593152,电子信箱: xubin197945@ 163. com. 收稿日期: 2008�03�02 140 � Vol�29No�10 � � � � 电动变桨轴承故障原因分析及改进措施 徐 � 斌,等 � � � � 第 29卷第10期 �