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风电场风机主轴轴承保持架失效原因分析

摘要：阐述一起风电场风机主轴轴承保持架失效故障。从现场轴承部件失效情况、润滑油脂分析、风机运行轴承温度对比、周边风机运行振动情况对比等方面，以及翻查轴承维护记录。判断本次保持架失效原因为油脂质量劣化。通过故障总结分析，制定相关纠正及预防措施，避免风机再次发生同类故障。

关键词：风力发电机组；主轴轴承；保持架；失效分析

0引言

随着风力涡轮机单个机组容量的逐渐增加，对风力涡轮机主要部件的安全性和可靠性提出了更高的要求[1]。作为双重供给风扇的主要构成要素的主轴轴承通过风轮对主轴施加轴力和弯曲力矩荷载。受到风向瞬间可变性的影响，主轴轴承的作用力变得更加复杂，特别是在湍流条件下，还会产生主轴组件的振动[2]。因此，主轴轴承是风力发电技术开发的主要研究对象。本文对风机主轴轴承笼的故障进行了分析，并提出了防止此类故障再次发生的预防措施。1事件概况

2021年2月16日，21#风机主轴轴承B端温度高（达55℃）报警。根据值班记录，检修人员现场清理旧油脂，加注460g新油脂。

2021年2月27日，21#风机主轴轴承B端温度高高（达60℃）报警。根据值班记录，检修人员现场清理旧油脂，加注500g新油脂。

2021年3月7日下午14:20，21#风机人工停机。风电场月度巡检人员登机巡检，发现21#机组主轴B端轴承的保持架兜孔多处断裂，滚动体打横。将21#风机由停机状态切至维护状态。

1主要故障现象和质量损失情况

在风机工作的过程中，有缺陷的主轴轴承，轴承温度高，轴承内部有异响，有几个缺陷的轴承同时存在温升和异响。由于轴承生产环节的材料种类复杂，且受运输、使用和维护等因素的影响，所以分析轴承故障的原因是非常困难的。现在风扇的主轴轴承与主轴连接在红色套筒上。在轴承发生故障需要更换的情况下，必须用起重机将主轴轴承和主轴抬到地面进行整体更换。根据目前主轴轴承市场价格，单个轴承价格约为5万元，进口轴承价格约为10万元。但是，如果轴承发生故障，强制更换主轴轴承的话，会造成轴承价格的数倍或10倍以上的质量损失，成本包括以下内容。

1.主轴轴承本身的成本

主轴轴承和主轴连接在红套上，所以不能拆卸轴承。可以拆卸轴承修理主轴再利用。被损坏，被分解的主轴轴承，已经不能修理了。轴承本体的成本包含在质量的损失中。

1.2主轴修理

在轴承故障时更换轴承时，在移除轴承后，需要修复主轴才能再利用。如果修理过程不能正确处理，主轴不能再利用的损失会变大。

1.3吊装费用

在删除有缺陷的轴承后，必须将其抬到地面上，完成这一过程需要借助大型起重机，因此会产生高成本。

1.4主轴轴承及主轴运输成本

由于轴承故障而被更换的传动链条，为了运输和修理在风力发电园区的单元组需要高额费用。

2主轴轴承故障的主要原因

2.1材料质量下降

材质的质量是决定主轴轴承质量的重要因素，主要因素是我国风扇的主轴轴承和国外的区别，材质是主要因素，其次是轴承设计、技术水平、技术装备。我国制定了JB/T10705-2007《风力涡轮机滚动轴承轴承》标准，修订了GB/T18254-2002《高碳铬合金轴承钢》标准，该标准对碳化物、偏析、含氧量和含水量的要求有所提高。由于冶炼技术和国内钢铁企业成本等因素，仍难以完全实现。真空脱气的广泛应用，使我国轴承钢的含氧量控制大幅提高，接近国外水平。但是，在超硬均匀性、网络车载控制、包括控制等方面还有很大的差距，国内的风力轴承的质量、寿命、可靠性和一致性都不如国外产品。有很多种类的风力涡轮机的轴承，有超过12种材料。选择正确的材料，需要考虑轴承部件的服务条件、故障模式、材料本身的性价比、其强化方法、加工条件和制造成本。

2.2不恰当的热处理

轴承钢的传递状态，大部分是容易切断，球状化烧钝的退火状态。轴承钢球状化烧钝时间长，消耗时间和能源。根据研究和生产的结果，奥氏体的C含量在急冷和加热过程中被控制在0.5%就能得到足够高硬度的淬火矩阵，确保合金的体积分率足够防止奥氏体晶粒的增长。C含量约为5%的马氏体具有明显的板条特性和高韧性和可塑性，可以大幅增加轴承的接触疲劳寿命。

2.3润滑不良

主轴轴承作为风机传动系统的支撑部件，在运行过程中需要在滚动体与内外圈及保持架之间形成有效油膜，减少轴承的摩擦损耗，有效提高轴承的使用寿命。轴承自动润滑系统适用于风扇的润滑，润滑参数的合理设定和有效的手动维护，保证了轴承的良好运行。如果润滑油不足，就会诱发轴承工作的润滑不良，形成干式摩擦，容易对轴承本身造成很大的损伤，从而导致轴承的故障。

2.4运输过程中不适当的保护

在风扇工作之前，在输送过程中主轴轴承轨道面上会产生轴向的刻纹，刻纹有时会成为轴承损坏的原因之一。故障原因的分析上的理论比较