梁雪

（遼寧中科經(jīng)創(chuàng)智慧能源有限公司）

本文針對某風(fēng)電場站1.5MW風(fēng)電機(jī)組調(diào)心滾子軸承滾動體和內(nèi)外圈滾道剝落損傷等實(shí)際故障案例進(jìn)行詳盡剖析，旨在揭示其背后的成因，評估其對風(fēng)電機(jī)組主軸系的影響，并提出預(yù)防和改進(jìn)措施。

1　軸承滾道磨損

通過綜合實(shí)際現(xiàn)場考察與查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，一般情況下，在役風(fēng)電機(jī)組初期，主軸系統(tǒng)固定端軸承的運(yùn)行特性尤為關(guān)鍵。在低速重載工況下，軸承通常處于單邊滾道承載，且與滾動體的接觸處于邊界潤滑狀態(tài)，這導(dǎo)致潤滑油膜難以形成，從而增加了磨損的風(fēng)險(xiǎn)。在軸向高頻微振的作用下，滾動體與滾道間產(chǎn)生周期性微動滑移，并且在剪切力作用下邊界潤滑膜極易發(fā)生破裂，引發(fā)滾動體與滾道的粗糙峰接觸磨損。隨著時間推移，齒輪箱側(cè)滾道接觸表面會出現(xiàn)微小疲勞裂紋，這些裂紋逐漸擴(kuò)展，形成微點(diǎn)蝕坑，表現(xiàn)為滾道接觸表面的“表面起源型微剝落”。

如圖1所示，由于軸承滾道長期的承受偏載接觸應(yīng)力導(dǎo)致滾道表面集中應(yīng)力，亞表面的最大剪切應(yīng)力向滾道接觸區(qū)域移動，引發(fā)疲勞裂紋從滾道表面起始。這種應(yīng)力“集膚效應(yīng)”加劇了滾道的疲勞，最終在滾道上形成局部鱗片狀疲勞剝落。如果未能及時發(fā)現(xiàn)并處理，剝落區(qū)域可能會遭受二次損傷，演變成大面積剝落。硬質(zhì)金屬碎片的剝落不僅加劇了滾道的磨損，還可能造成套圈斷裂，進(jìn)而喪失軸向約束能力，引發(fā)主軸系后竄故障，與支承結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重干涉，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

綜上所述，根據(jù)軸承滾道發(fā)生失效的復(fù)雜過程揭示了維護(hù)和預(yù)防工作的重要性。通過優(yōu)化運(yùn)行條件、強(qiáng)化維護(hù)管理，可以有效防止這種失效模式的發(fā)生，保障風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 固定端軸承內(nèi)外圈滾道失效

2　軸承外圈表面剝落

如圖2所示，軸承內(nèi)外圈滾道邊緣材料大面積缺失，表明固定端軸承內(nèi)外圈磨損較為嚴(yán)重。其原因是由于在軸承的轉(zhuǎn)動過程中，由于材料長期處于疲勞極限，受力部位因疲勞損傷會出現(xiàn)細(xì)小裂紋，隨著裂紋的不斷加深，從受力部位開始逐漸出現(xiàn)剝坑，最終導(dǎo)致軸承表面的大面積剝落，使主軸后竄以及機(jī)組出現(xiàn)異常振動與噪聲。因此為了避免軸承外圈出現(xiàn)該現(xiàn)象，應(yīng)降低主軸負(fù)載和頻繁的啟停操作，這會加速軸承的磨損。同時，保持設(shè)備的清潔，避免塵埃和雜質(zhì)進(jìn)入軸承。

圖2 軸承內(nèi)外圈剝落示意圖

3　軸承保持架損壞

如圖3所示，保持架的兜孔接觸面呈現(xiàn)出嚴(yán)重的塑性卷邊變形，同時伴有明顯的劃痕。這些劃痕的產(chǎn)生，部分是由于滾動體表面粗糙，導(dǎo)致在與保持架接觸時產(chǎn)生摩擦，形成大量絲狀切屑，這顯著加劇了保持架的磨損。因滾道和滾動體的頻繁互動，使得保持架承受著持續(xù)的疲勞應(yīng)力，這不僅可能導(dǎo)致其幾何形狀的改變，磨損速度加快，甚至可能引發(fā)斷裂，從而對齒輪箱的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，如溫度升高和噪聲增大，對發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了潛在威脅。

保持架的損傷并非孤立事件，它可能源于安裝過程中的疏忽，例如未正確對齊或緊固，或者使用操作不當(dāng)，如過度負(fù)載或不恰當(dāng)?shù)木S護(hù)頻率。此外，意外的沖擊，如振動或沖擊載荷，也可能導(dǎo)致保持架受損。而潤滑狀況的不良，如潤滑劑質(zhì)量差、供應(yīng)不足或潤滑系統(tǒng)故障，是保持架磨損和故障的另一個關(guān)鍵因素。因此，全面考慮和優(yōu)化這些因素對于防止保持架損壞，確保風(fēng)電設(shè)備的高效運(yùn)行至關(guān)重要。

圖3 調(diào)心滾子軸承保持架變形

4　軸承滾子

如圖4所示，調(diào)心滾子軸承的后排滾動體出現(xiàn)的劃痕特征表現(xiàn)為接觸表面的環(huán)形凹槽。由于滾動體無法有效碾壓硬質(zhì)顆粒，這些顆粒會嵌入滾道和滾動體之間。這導(dǎo)致滾道和滾動體之間形成環(huán)形劃痕，滾動體表面因此失去原有的金屬光澤，顯得粗糙，呈現(xiàn)出灰色。每個滾動體的端面都可見到明顯的壓痕和劃痕，同時伴隨著滾動體邊緣的疲勞剝落現(xiàn)象。接觸疲勞剝落發(fā)生在滾子表面，往往也伴隨著疲勞裂紋，首先從接觸表面以下最大交變切應(yīng)力處產(chǎn)生，然后擴(kuò)展到表面形成不同的剝落形狀，如點(diǎn)狀為點(diǎn)蝕或麻點(diǎn)剝落，剝落成小片狀的稱淺層剝落。由于剝落面的逐漸擴(kuò)大,而往往向深層擴(kuò)展，形成深層剝落。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞源。由此可知，軸承的潤滑及維護(hù)管理也是預(yù)防滾子表面發(fā)生疲勞剝落的重要措施。正確的潤滑可以減少軸承的表面磨損，同時也能夠有效承載旋轉(zhuǎn)載荷，減少軸承剝落的發(fā)生。及時更換潤滑油和清洗軸承，加強(qiáng)軸承的維護(hù)管理也是預(yù)防軸承剝落的常用方法之一。

圖4 滾動體故障示意圖

綜上所述，針對異常運(yùn)行的主軸軸承，可采用清理軸承室內(nèi)潤滑脂、縮短注油周期等方法，以減緩主軸軸承的劣化趨勢。然而，如圖1-1軸承滾道已磨損至失效，機(jī)組仍在服役期內(nèi)，因此只能更換主軸軸系來解決問題。大部件吊裝下塔不僅直接導(dǎo)致風(fēng)電場生產(chǎn)效益損失，還帶來高風(fēng)險(xiǎn)的吊裝作業(yè)。因此，及時有效地進(jìn)行技術(shù)干預(yù)，延長固定端軸承的使用壽命在風(fēng)電后市場顯得尤為重要。

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