作者：梁雪

风电机组主轴系窜动一直是影响机组正常运行的疑难杂症。主轴系轴向窜动可能会损伤到齿轮箱里其他零部件，造成齿轮箱失效，进而直接或间接的导致机组停机。受设计条件和现场湍流因素的影响，主轴系窜动问题很难得到根治，一些主机厂将该问题视作需要进行严格控制的故障参数。一旦出现，主轴系窜动量超过极限，将导致主轴承、齿轮箱失效，此类事故已在风电场屡屡出现。

在现场勘察调研中发现，已投入使用10年的1.5MW风电机组主轴系轴承均存在一定程度的磨损以及性能衰减，因1.5MW风电机组主轴系统采用的是双列调心滚子轴承，同时承受轴向及径向的载荷，失效的概率较高。这是由于双列调心滚子轴承的游隙较大，浮动端的轴承承受载荷很小，大部分径向载荷和轴向力由固定端轴承承受，造成滚子过多的打滑，加上润滑不良使材料发生从点蚀到粘附剥落，座圈和滚子以及保持架受力不均发生变形、卡死等常见故障。这些都会造成主轴系后窜影响风电机组正常运行。如图所示，通过拆解失效后吊装下塔的固定端轴承发现，固定端轴承第1列滚道（远离风轮侧滚道为第1列，靠近风轮侧滚道为第2列）受损程度明显高于第2列滚道，该轴承长期处于第1列滚动体单边承载状态；在冲击轴向载荷作用下，中隔圈与第1列滚动体受力点处严重剥落失效，最终导致主轴系后窜。因此，从实际工程意义和经济价值角度出发，有必要进一步确定机组轴承滚道损伤机制以及主轴系后窜故障机理，重构卸荷路径，从而提高轴承服役期限、抑制或良好改善轴系后窜故障。

其次，风电机组主轴系统中轴承的润滑问题也可能引发后窜故障。滚动轴承大多用润滑脂润滑，润滑脂的失效一度被认为是轴承失效的主要原因。润滑脂由基础油、添加剂和增稠剂微观结构组成，充当储油器，缓慢释放油以补充接触。因风电机组经常在极端环境下运行，主轴系统中的各个部件要承受较大的负载和振动。例如：调心滚子轴承中滚子发生偏移或磨损，容易导致主轴系统失去稳定性。

目前在运行的风电机组主轴轴承的润滑方式主要有两种：润滑脂润滑及压力润滑油润滑，其中使用润滑脂润滑比例较高。风轮的转速一般在10-20转/分，低转速导致主轴轴承的油膜形成往往比较难。若油膜厚度不足以隔开两个金属表面，则润滑没有达到预定的效果，轴承就会发生早期磨损，产生材料剥落的损伤，发生半干滑动摩擦，继而导致轴承跑圈。压力润滑方式对改善轴承的工作条件十分有利，除了及时形成油膜保护滚道滚子之外，还能带走热量和磨粒。

根据以往风电机组主轴后窜故障的发生，得出主轴轴承的磨损是导致主轴后窜的主要原因之一。由于风力发电机主轴系统长时间处于低速重载的条件下进行工作，主轴轴承容易受到磨损。随着磨损程度的加剧，主轴的运转会变得不稳定，从而引发后窜故障。因此，定期检查和维护主轴轴承是保障主轴系统正常运行的重要措施之一。

由于内圈内隔环与后排滚子边缘出现大面积疲劳剥落、外圈后排滚道表面疲劳微剥落，导致滚子溢出，使风电机组主轴系出现后窜故障。如上图所示，前排滚子后端接触面（齿轮箱侧）颜色光亮具有金属光泽，伴随有密集淬硬钢颗粒压痕，延伸至滚子该区域整个圆周表面，对比外圈前排滚道接触轨迹可确定：前排滚子存在较大后移窜动量，该接触区域已溢出外圈前排滚道，与轴承外圈的内隔圈直接接触，导致其承载无效的接触载荷以及内隔圈与轴承内圈对滚子的挤压载荷；前排滚子中后端呈灰暗色、淡黄色相间环形条纹，延伸至滚动体该区域整个圆周，且伴随少量淬硬钢颗粒压痕，以及少量犁沟擦痕损伤，该区域滚子局部呈现淡黄色光亮条纹，滚子存在自转打滑，通常伴随着摩擦热，形成局部高温，滚子作用面回火再硬化，呈现淡黄色条纹，然而该区域未发现因摩擦热引起局部应力集中导致产生裂纹或剥落；前排滚子前端呈现淡黄色光亮区域，滚子存在自转打滑，通常伴随着摩擦热，形成局部高温，滚子作用面回火再硬化，呈现淡黄色条纹，然而该区域未发现因摩擦热引起局部应力集中导致产生裂纹或剥落。

因此，针对尚在服役期内的1.5MW风电机组，理清其主轴系统后窜故障机理，从而探究缓解风电机组主轴系后移的解决办法是至关重要的。    

来源：中科经创智慧能源

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