风力发电机组电机滚动轴承故障的产生及诊断方法

2020-11-26乔美中广核新能源投资深圳有限公司江苏分公司

数码世界 2020年5期

乔美中广核新能源投资（深圳）有限公司江苏分公司

一、引言

电机设备作为机械驱动设备，其轴承是电机的主要部件，对于风力发电机机组中涉及到电机，其功能对设备安全运行起着举足轻重的作用，在电机运行时，一旦其轴承发生缺陷或故障，将造成整套设备不能正常运行，严重影响设备工作，对于风力发电机机组电机发生故障，造成的影响就更大，直接导致风机停机，在预防和减少风力发电机机组电机轴承故障的发生，对于机组的安全稳定运行非常重要，并且将故障诊断出减少故障率，提高设备可运行时间。

二、合格轴承的鉴别

外包装是否明晰、钢印字是否清晰、是否有杂响、表面是否有浑浊的油迹、倒角是否均匀。

三、轴承故障

引起轴承的损坏的原因是多方面的，是综合几方面作用引起的，特别运行条件和环境比较恶劣造成恶性循环，严重时烧损轴承，在故障发生后，一般不容易原因出自哪方面，给我们诊断带来一定的极大困难，现从如下几个方面分析轴承故障发生的原因。

1 轴承非正常磨损

1.1 轴承本身存在的缺陷、瑕疵，引起运行中轴承的不良润滑，导致轴承的过热，连续长期过热，最终引起轴承润滑不良、材质的过渡疲劳，硬度极大下降。轴承内圈严重位移，滚动体长时间失圆，运行中生热，导致轴承内部熔接一起。所以在电机运行过程时，发现轴承严重发热时，要远程遥控停车，如果继续任其运行后果是轴承将卡塞，电机电流增大，电机过热烧坏。

1.2 电机轴承的油脂十分重要，适量的加油保证电机轴承润滑良好。轴承内油量加注过多，会导致轴承滚珠打滑，由滚动摩擦变成滑动摩擦，损坏滚珠，轴承油脂加注过多，轴承体内自由空间小，引起轴承的运行过程温度会上升，轴承过热，减少使用期限。

1.3 电机轴承的超期使用，超出了轴承使用寿命使材质的过度疲劳，同时在激烈的冲击作用力下使材质老化变形，滚子、滚道面最终剥离，最后造成轴承润滑不良和加大振动。

2 安装的影响

2.1 做好安装前轴承的检查工作。首先要型号正确。

2.2 安装专用工具选择。选择合适工具，避免在安装时作业人员选择工具不符给轴承安装中产生损伤。

2.3 游隙不匹配，容易引起轴承故障，游隙小轴承内部摩擦过热；间隙过大，滚子的振动加大，都会引起故障。

2.4 间隙配合不符，轴承过盈量超出范围，引起轴承内圈张应力过大使轴承崩裂，过盈量太小，引起轴承内圈松弛。

2.5 未按工艺执行，组装轴承时用铜锤敲打轴承，结果是保持架严重变形，轴承安装中内外圈未适当进入预定轴侧，轴承内圈与外圈卡死。

3 选择的影响

3.1 选型对于电机很重要。如果在轴承选型过程中选择错误，在电机安装完毕并投运，轴承出现了过热现象，经检查在排除了其他原因后，轴承未正确选型。我曾经在华润公司工作过，6 千伏高压电动机发生多次轴承的损坏，特别是驱动端侧轴承，损坏程度更是超出想象。轴承驱动端是双轴承，由滚动轴承和滚珠轴承组成，轴承型号不在此列举。原因分析是轴承选型存在问题导致轴承损坏。最后与厂家沟通以及内部研究是选择合适轴承，并对其他电机进行检查，发现类试其他电机也存在此问题，后经更换避免其他电机故障发生。电机轴承经换型后已运行了1 年以上，未发生电机轴承故障现象。

3.2 轴承的保持架选择也很重要。对于重型冲击性、负荷大，推介选用保持架为钢性的。对于振动大、温差大的，可选用保持架为铜性的。

四、运行条件

1 控制轴承温度。对直接影响到风力发电机组安全运行的重要电机，适当调整轴承温度定值，防止轴承温度超限，温度在出现异常升高时，能够确保有充足时间做出反应，防止轴承过热烧损。

2 工艺要求要提高，严格执行电机检修工艺标准，提高作业人员检修质量，每一个工艺流程做到工艺求精。

五、诊断检测

轴承检测手段通常是温度测量、噪声检测及振动参数检测，经过数据检测与历次检测对比，分析判断电机是否在正常范围之内，如发现有检测数据异常，要加大检测周期，最终判断电机轴承是否良好。

1 日常监控，通过远程数据确定电机轴承是否存在过热、振动、异响现象。风力发电机组在风机上电机端侧加装测温、测振装置，将数据传到主控监控室，实时监控。

2 专项检测，在风机定检或维护时，用检测仪器对电机进行检测，判断轴承情况，作劣化趋势分析，并确定电机轴承的维修时间。

六、轴承的故障识别方法

对运行电机可识别或预测运转中的轴承有无故障通过判断温度变化和噪音大小。

1 温度高

温度过高主要原因：润滑油脂不达标；轴承选型错误、电机与机械轴不对中振动过大；电机基础不平整；轴承本身有缺陷等。

2 噪音异常

电机轴承噪音的原因产生是多方面的，轴承磨损导致轴承噪音异常最直接原因。轴承磨损后果会使轴承与壳体、轴承与轴的配合关系失效，偏离了正确的轴线位置，特别是在高速旋转时极易产生异响。当过度疲劳运转时，轴承表面金属会剥落，轴承间隙增大也会产生异响。

3 损伤

可根据滚动轴承拆卸检查时发现轴承的损伤情况来判断轴承的故障。

3.1 金属表面剥落

轴承内、外圈滚道面和滚动体上均承受周期性脉动载荷的作用，进而引起周期的接触应力变化。长期接触应力达到一定程度，轴承会产生金属表面过度疲劳引起剥落。电机运转精度在轴承滚道的疲劳剥落会降低的，加大电机振动和噪声发生。

3.2 烧伤

长期运行电机轴承发生轴承烧伤，可以从电机轴承滚道、滚动体上有烧伤痕迹。原因通常是润滑油脂质量问题、润滑油脂长期运行导致油脂变质，以及轴承本身缺陷等。

3.3 变形

轴承产生塑性变形是因轴承内接触面上出现不同程度的斑点或凹坑。在很大的静载荷或冲击载荷作用下轴承发生变形，超出了工作表面的局部应力，屈服极限严重超范围，电机轴承在低速轴上有极大体现。

3.4 保持架损坏

一般原因轴承润滑不足、滚珠圆度失效、保持架材质缺陷等。

3.5 滚道磨损

原因是座圈内在装配时落入异物、润滑油脂太少或润滑油脂发生混油现象等。

七、诊断轴承方法

一般有两种：1、电机轴承的简易诊断，2、电机轴承振动值分析。

1 简易诊断，

1.1 声音进行诊断

通过声音进行识别需要有丰富的经验。用听音器或听音棒贴在外壳上可清楚地听到轴承的声音，或者与同类风机声音进行比较进行综合判断。

1.2 工作温度进行诊断

该方法属比较识别法，就是通过连续记录温度数值。发生轴承温度异常或故障，造成轴承温度异常升高，还会伴随出现其他异常现象，可能噪音加大。

1.3 润滑剂的化验进行诊断

通过对润滑油脂抽取化验，检测润滑油脂各项指标是否在合格范围之内，同时对油脂内污浊程度更深入分析，如混入异物或金属粉末来判断其是否变质，满足电机轴承有效使用。

1.4 振动值分析判断

振动参数的大小是通过振动检测装置获取的，通过实际值与标准值对比，来判断轴承的好坏，当轴承工作齿面有磨损现象或出现异常时，工作面在运转过程中在有缺陷处的发生冲击脉冲，轴承发生故障程度越大，同时轴承冲击响应产生幅值就越大，最后随着轴承故障长期运转导致严重劣化，并且轴承故障劣化程度不断上升，最终使轴承损坏。