兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因分析及对策

  兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因分析及对策  2.龙源电力（上海）风力发电有限公司上海浦东新区200120）摘要：风电并网可有效节约当前化石能源的有效，风能是一种洁净清洁能源，符合当前节能减排的基本需求。兆瓦级的风电机组构建，其适应风电行业的发展需求，配置大直径叶轮，达到兆瓦级。其在具体的服务中，对推动电力行业发展具有积极作用。然而，兆瓦级风电机组在实际的工作中，大直径叶轮受到自重和风荷载的作用，可能会出现变桨轴承开裂的问题，不利于风电机组的服务，甚至造成安全事故的发生。故此，文章对兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因展开分析，再提出相应的应对措施，旨意推动兆瓦级风电机组的服务能力和服务稳定性提升。关键词：兆瓦级；风电机组；变桨轴承；开裂；原因；对策风能是一种洁净清洁能源，且随着风电的研究不断深入，风电机组的相关技术不断完善，为风电行业的发展奠定基础，实现了产业化与规模化。兆瓦级风电机组属于大型风电机组，机组在具体的服务中，兆瓦级风电机组选用大直叶轮，达到提高机组性能的目的。但是，大直径叶轮在具体的工作中，容易受到外界因素，造成变桨轴承开裂问题。基于此，本文结合实际情况，展开对兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因分析，并提出相应对策，详细内容如下。1兆瓦级风电机组研究（1）塔架。它是风电机组的主要支撑部分，避免风电机组在实际的服务中出现问题。塔架在具体建设中，应具有良好的承载能力，确保塔架的刚度与强度，促使塔架能在恶劣气候环境下，维持风电机组的安全性。故此，可将塔架理解为兆瓦级风电机组的安全维持装置，直接决定了风电机组的工作性能。（2）叶轮。风电机组部分，主要承担将风能转化为机械能的部分。其中，叶轮主要是由3个叶片、轮毂几个部分构成，其中叶片与轮毂之间连。轮毂的作用是促使叶片和主轴之间固定连接。轮毂的形状相对复杂。叶片则是采集风能的关键，在具体的叶片布置中，3个叶片之间的夹角控制在120°。叶片所承担的静荷载、动荷载将传递到轮毂，这样则会影响轮毂的受力，造成轮毂受力复杂。轮毂的设计合理性直接影响风电机组的整体性能。（3）机舱底座。机舱底座与大轴、增速机此轮箱、发电机等具有直接联系，实现对这些设备的固定。按照结构形式划分，可划分为铸造和焊接2种形式。在实际的机舱底座服务中，会受到发电机旋转产生的共振影响，如果机舱底座稳定性不佳，则容易造成安全事故，需要给予足够重视。对于变桨轴承则是风电机组的关键部分，是兆瓦级风电站的常用设备。主要位置为叶片和轮毂之间，叶片能相对其轴线旋转实现变桨，进而达到增强风力发电机风能利用能力的目的，还能优化兆瓦级风电机组的输出功率曲线，应用价值显著。在具体的变桨轴承工作中，主要受到空气动力、重力、离心力等所致的荷载。变桨轴承的工作高度相对较高，一般为40~60m，这一特点使得变桨轴承拆装相对困难，故此，变桨轴承具有良好的工作性能。2兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因分析2.1兆瓦级风电机组情况现结合实际情况，对兆瓦级风电机组变桨轴承开裂的原因进行分析，为具体问题处置奠定基础。现以某低速风电场为例，该风电场巡检工作中，检查出一风电机组桨叶的变桨轴承外圈0°位置出现裂纹，机组停运，并更换叶片及变桨轴承，实现机组正常运行。该风电机组为2.X兆瓦级风电机组主力机型，变桨轴承为国内某企业生产，机组投入使用时间3年以内，风电场的平均风速≤6m/s。2.2变桨轴承开裂原因结合变桨轴承的工作环境，可以发现，变桨轴承的工作环境恶劣，外界因素对轴承的影响较大。在具体的工作中，变桨轴承的转动频次高，负荷混乱。这些原因的综合作用，使得变桨轴承的开裂原因相对复杂。结合变桨轴承的基本情况，从多个角度入手，对具体的失效原因进行分析。（1）设计因素。变桨轴承的设计与裂缝产生具有关联，结合风电场的基本情况，建立变桨轴承的载荷模型。再的结合有限元计算方式，实现对变桨轴承的相关校核计算，进而获取变桨轴承的设计方案，具体设计中，应确保变桨轴承的设计余量，如果余量不足，可能会影响变桨轴承的安全新。结合上述案例中，发现断裂位于荷载较为集中的位置，经过拆解后，发现断裂处存在较为严重的锈蚀，说明防腐设计不够全面，造成安全隐患。（2）风电场风况的影响。了解风电场的风况，确定机组载荷是否满足具体情况。①极限载荷分析。主要是对电场参数和机组设计风况参数，具体的分析中可分析影响机组关键部位极载荷的因素，确认这些部位的静强度和净空情况，并判断是否符合。②疲劳载荷分析。对比风电场与风电机组的设计风况参数，主要以关键部位为切入点，判断这些部位是否符合设计。借助风况分析，能够得到关键部位的具体参数情况，判断是否符合标准。（3）机组运行维护情况。运行维护是机组正常运行的根本，在具体的运行维护中，需要定期维护，检查运维记录，重点分析变桨轴承的情况，结果本未发现异常。（4）变桨轴承的追本溯源。主要对变桨轴承的生产工艺进行研究，探究制造工艺中是否存在问题。本工程的记录完整可靠，且复核无异常。（5）失败变桨轴承检测分析。对拆卸的失效变桨轴承进行分析，进行多方分析。确认本风电场具体故障情况。宏观分析中，发现疲劳源的具体位置。借助电镜观察，以疲劳源为主要对象，发现疲劳源存在多个锈蚀坑。再进行材质检测，借助光谱分析确认材质符合标准，无元素含量异常。失效变桨轴承力学检测，进行拉伸、硬度、冲击等检测，符合标准。实施金相检测，结合检测发现疲劳断裂因得点腐蚀坑引起。3兆瓦级风电机组变桨轴承开裂对策现结合实际情况，对具体的开裂对策进行分析，详细如下。（1）为保障风电站的正常运行，实施强化巡检工作，结合风电场现有的巡检，进一步对巡检工作进行优化。日常应用间隔3月实施1次专项检查。当出现异常气候后，间隔1周后进行检查。检查中，应记录具体检查的信息，判断是否存在异常，必要时拍照记录。（2）增设变桨轴承的在线监控。为实现对变桨轴承开裂的预防，假装断线报警装置，如果出现异常，装置将信号传递到PLC控制系统中，SCADA系统远端获取开裂信息。但是，该项技术还存在一定的不足，可将其作为辅助手段，用于判断是否开裂。（3）注意对变桨轴承的加固。结合案例的基本内容，常规外加固的方式，实现对变桨轴承的加固。再注意对锈蚀进行清洗和检查，之后加装2~4片加固连接板，并规避应力过于集中，再循证标准实现对标准力矩紧固螺栓的使用，实现对变桨轴承的加固。结合上述方式，能实现对变桨轴承的控制，减少变桨轴承的开裂问题，提高变桨轴承的服务能力和年限，为风电场的发展奠定基础。结束语本文结合兆瓦级风电机组变桨轴承开裂原因进行分析，简单分析具体的风电机组情况，分析变桨轴承价值，再结合具体案例，对变桨轴承开裂云因进行分析，最后，结合这些原因，提出强化巡检、加装监控措施，注意加固，从而弱化开裂发生，实现变桨轴承的功能体现，积极推动风电机组的整体服务能力，达到节能减排的目的。参考文献[1]孙乐乐.风力发电机组变桨轴承不出油问题原因分析及改进措施[J].现代制造,2018(3):52-53.[2]刘勇,王兴祖,赵登利.风电机组变桨轴承漏油分析[J].轴承,2016(11):46-49.[3]董姝言,杨扬,齐涛,等.基于周期对称模型的MW级风电机组变桨轴承连接螺栓强度计算[J].机电工程,2017,34(4):357-360.[4]孙振生,张爱强.风电机组变桨轴承连接螺栓强度分析[J].风能,2016(11):94-98. -全文完-