风力发电机主轴轴承加速寿命试验研究
郄礼民 赵荣义 陈玉明 肖剑东 毛利品 张松琪
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郄礼民 赵荣义 陈玉明 肖剑东 毛利品 张松琪,. 风力发电机主轴轴承加速寿命试验研究[J]. 发电技术与研究,2023.6. DOI:10.12721/ccn.2023.157245.
摘要: 不同于一般工业用滚动轴承,风电主轴轴承所处的工作环境比较恶劣且工况多变,载荷幅值变化具有很大随机性,轴承后期维护困难,维护成本非常高,这就对风电轴承的可靠性和使用寿命提出了更高的要求。为检验风电轴承的可靠性,常对其进行寿命试验。由于轴承属于高寿命产品,在时间和经费制约下,常规寿命试验无法实现,需采用加速寿命试验。
关键词: 风力发电机;主轴轴承;寿命试验
DOI:10.12721/ccn.2023.157245
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引言

公司提供给我公司的主轴承在风场运行中受到损坏,不能满足风机运行要求,因此需要更换主轴承的阀门远远大于轴承本身的质量损失,因此需要分析轴承故障的原因,以验证主轴承供应商和供应商之间的责任是风力机的核心,并且处于风力机的薄弱环节,这是主要问题之一, 导致某些类型风力机的轴承力主要包括叶片和轮毂的重量、主轴的重量、轴承核心的力、作用在主轴上的力以及风和轮毂的力,因此主要轴承受到径向力的影响,并且部分由于风力引起的轴向力更为复杂,会随风力的变化而变化并产生振动,因此轴承失效分析涉及更广的区域,很难获得准确的失效原因。

1条件假定

风电机组主轴轴承运行工况特殊、随机性强,除了承受轴向载荷、径向载荷和弯矩外,还承受冲击载荷。试验过程中加载随机的疲劳载荷比较困难,为简化试验加载过程,在满足试验结果的前提下,需要对机组载荷进行等效简化处理。加速寿命试验通过提高试验载荷、增加试验转速和缩短试验时间,实现轴承加速疲劳验证的目的。为保证加速寿命试验的准确性,试验应遵循下述准则:(1)轴承在正常应力水平和加速应力水平的寿命服从Weibull分布,应力水平的改变不会改变寿命分布类型。(2)轴承在正常应力和加速应力水平下的失效机理不变。(3)在加速应力水平下,轴承的工作原理不变,影响轴承寿命的载荷和应力性质不变。

2维护保养方式分析

风力发电机的主轴承就像密封一样工作,因此它们的日常维护使用润滑方法:6个月内必须加满油,也就是说,在机组停机时,每次加满油大约2.1公斤时,使用黄色的枪,这种维护方法很容易,但在关闭状态下加满油也有缺点,无法擦除轴承内部的所有滚珠和支架, 为了只在一个地方润滑,并且在实际运行中出现润滑板夹点,维护人员无法确定润滑油是否通过肉眼连接,并认为油已完成,但实际情况是油没有进入轴承润滑,导致轴承变黑、机油短缺等,从而导致轴承由于更大的摩擦和振动而疲劳,因此一般适用, 单个1.5mw双馈风力发电机的主轴承由于轴承维护和维护量小、内部腐蚀和铁壳磨损而损坏,加上唯一的充油方式可能导致轴承疲劳,并在重负荷下增加铁碎片,从而导致轴承寿命不可逆转的损坏。

3主轴轴承故障的主要原因

(1)低质量材料的质量是决定主轴承质量的重要因素,风扇主轴承与轴承设计、加工水平和制造设备的国外因素之间的差异,尽管我国在2007年创建了JB/t1705-2007,并修订了GB/t18254-2002《低碳实钢标准》,提高了对碳化物、偏析、含氧量和混合材料的要求,但仍难以完全实施。 国内冶金技术和成本等由于真空脱水的广泛应用,我国对接近国外水平的钢轴承的氧含量控制有了较大的提高,但在碳均质、碳酸盐晶格控制、混合控制等方面仍存在较大差异。 ,这将导致国内风力轴承的质量、使用寿命、可靠性和一致性与国外产品相比,必须考虑到服务条件、失效形式、材料本身的价格性能、相应的加工条件和制造成本以及轴承零件的制造成本。(2)轴承的热处理不当,钢的输送状态大多是球形的,以方便加工。钢轴承的球磨时间长,耗费时间和精力。研究和生产结果表明,加热时奥氏体含量控制在0.5%左右,既可以实现奥氏体基板的足够高硬度,又可以获得足够体积比例的合金碳化率,防止奥氏体晶粒的生长,而约0.5% C含量的马氏体具有明显的板状特性,具有较高的强度和可塑性,可以明显改善轴承的接触疲劳。(3)作为风机传动系统的支撑部分,必须在滚动和内回路与外壳之间建立有效的油膜,从而降低轴承摩擦损失,有效地提高风机轴承的润滑寿命,使用自动润滑系统,合理地设置润滑参数,并进行有效的手动维护,这是确保缺少的轴承润滑油脂正常运行的可靠方法,可能导致轴承润滑不良,造成干摩擦,轴承损坏严重。(4)如果在运行风扇之前进行运输时保护不当,可能会导致主轴承表面出现轴向压力,这可能是轴承损坏的原因之一。

4维护保养措施

(1)轴承润滑保养应按照SKF240/630BC轴承保养手册的规定,每6个月补充2.1公斤脂肪,与我以前使用的一种填充方式不同,我尝试确保轴承内的油接近变速器侧轴承盖以确保轴承润滑均匀,如果原始保养手册的润滑不充分,可以打开轴承盖并用油将其加满,而不会损坏轴承结构共18个滚珠间隙, 当轴承盖打开时,在2.1千克移动460WT油中均匀添加黄色武器,以确保每一个球和滑动面形成一个保护膜,该保护膜在充油时充当润滑油,在风力发电机内运行,以确保润滑脂均匀分布,使其在轴承寿命内;(2)在9至10年内,必须按照轴承维护说明更换轴承油, 而油量约为9.5kg,传统的换油方式是打开轴承盖,手动清洗油垢,然后将新油垢填充轴承间隙,但这种方法存在以下缺点:①不能保证完全清除不符合使用寿命的油垢;②油脂中的铁不能完全清除子弹,支架与油脂相连,表面情况不清楚;③了解轴承在提高使用寿命后的实际情况-考虑到这些缺点,创新的轴承清洁方法是不从风力发电机中排除的轴承清洁方法在传统行业中很常见,但风力发电机行业中的轴承清洁方法尚未形成系统。

结束语

基于大量典型风电机组载荷数据,本课题首先对传动链载荷分布特性进行研究,发现了传动链载荷的正负分布规律,提出一种将大量的LDD数据简化为两组数据的等效方法。然后,在保证轴承不发生塑性变形的前提下,以滚动体与滚道间最大许用应力作为约束条件,逆向推导得到加速试验载荷的限值要求。最后通过轴承加速疲劳寿命试验对上述过程进行验证,试验结果与计算结果一致,满足二十年设计寿命要求。本次轴承试验仅基于球面滚子轴承进行验证,轴承型号相对单一,试验样本偏少。后续需要增加轴承类型,通过大样本试验数据积累,提高本试验理论的泛化能力。

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