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      風力發(fā)電機偏航軸承故障檢測分析研究

      2020-12-09 07:28:56
      科技視界 2020年34期
      關鍵詞:機位調質內圈

      喬 偉 安 康 王 朋

      (國華<巴彥淖爾>風電有限公司,內蒙古 巴彥淖爾 015000)

      0 引言

      風力發(fā)電是一種清潔能源,近年來裝機容量快速增長。 偏航軸承是風電設備中最重要的零部件。 偏航軸承性能與工況的好壞直接影響偏航系統(tǒng)甚至整個設備的性能。因此,研究偏航軸承的失效機理,提出合理化建議為改善軸承質量提供一定理論依據(jù),對生產(chǎn)實踐起到一定的指導意義[1-5]。

      以內蒙古某風電場偏航軸承設備損壞問題、對偏航軸承的實效問題加以研究。針對失效設備做出一系列實驗研究,逐一排查偏航軸承失效原因,為同類型設備提供參考。 根據(jù)偏航軸承檢驗評估工作方案,對5 臺機組 (35103#、35110#、35111#、35311#、35306#)進行現(xiàn)場檢驗,表1 為五臺機組軸承信息。

      表1 五臺機組偏航軸承詳細信息

      1 實驗內容

      1.1 理化性能試驗

      1.1.1 樣品制樣

      3 套偏航軸承(35205#機位(SN:090313009)、35103#機位(SN:081227006)、35110# 機位(SN:090313008)各取2 份大樣,一份郵寄國檢中心進行制樣、理化分析,另外一份在成都天馬檢測中心進行制樣、理化分析。

      制樣過程中分別將偏航軸承SN:090313008 (機位35110#)外圈標記為W1、內圈標記為N1;偏航軸承 SN:081227006(機位 35103#)外圈標記為:W2、內圈標記為N2;偏航軸承SN:090313009(機位35205#)外圈標記為:W3、內圈標記為N3。

      1.1.2 理化分析結果

      根據(jù)各檢測項目檢驗標準,成都天馬鐵路軸承有限公司檢測中心金相分析報整理數(shù)據(jù)如下:

      (1)失效軸承均存在一定的材質不良,表現(xiàn)在化學成分、淬硬層深度和基體硬度。

      (2) 化學成分:Cr 元素在調制鋼中主要作用提高淬透性,從而提高材料硬度和耐磨性,該元素含量偏低, 會造成淬硬層深度偏低;Mn 元素可以提高淬透性,提高材料強度和硬度。

      圖 1 (a)外圈試樣標記;(b)外圈取樣后標記;(c)內圈試樣標記;(d)內圈取樣后標記

      (3)基體組織屬于回火索氏體,基體硬度偏低材料容易產(chǎn)生變形。

      2 實驗檢測

      2.1 制樣與檢測標準

      對三臺偏航軸承(35110#、35306#、LY)的取樣進行晶相、拉伸等性能檢測試驗。 “35110-內”代表編號為35110#的軸承內圈。

      每臺軸承的內外圈分別取5 個試樣, 進行光譜、低倍組織、基體金相組織、夾雜物、淬硬層厚度、基體組織硬度和淬硬層厚度檢測分析。 如圖2 所示,每臺軸承內外圈分別取直徑φ10 mm 標準拉伸試樣,進行常溫單軸拉伸試驗,檢驗依據(jù)如表1 所示。

      圖2 偏航軸承宏觀照片

      2.2 光譜檢測

      直讀光譜儀對試樣進行光譜檢測,每個試樣選取3 個點 (編號1-3) 。圖3 為直讀光譜檢測點位置分布圖。 測試結果如表2 所示(評判標準以使用方提供的數(shù)據(jù)為準),結果顯示元素含量未見異常。

      表2 項目標準

      表3 理化分析總結

      圖3 試樣的制取

      圖4 光譜檢測

      2.3 低倍組織檢測

      圖4 為低倍實驗樣品,使用鹽酸水溶液對試樣進行熱酸浸,評級結果如表3 所示,結果顯示低倍組織未見異常。

      圖5 低倍試驗樣品

      2.4 夾雜物檢測

      試樣縱截面拋光,進行夾雜物級別評定,評級結果如表4 所示,均在標準誤差允許范圍內,夾雜物評價符合標準要求。

      表4 光譜檢測結果匯總表

      2.5 調質組織檢測

      試樣進行拋光,使用4%硝酸酒精腐蝕,通過金相顯微鏡觀察組織并評級,金相照片及評級結果如圖5所示,調質組織未見異常。

      表5 低倍試驗評級匯總表

      2.6 淬硬組織檢測

      試樣淬硬層拋光,使用4%硝酸酒精腐蝕,通過金相顯微鏡觀察組織并評級,金相照片及評級結果如圖6 所示,調質組織未見異常。

      2.7 調質硬度檢測

      如圖 7 所示, 每個試樣選取 3 個位置 (編號1,2,3)進行布氏硬度檢測,檢測結果如表 4 所示,標準值為260-300 HB, 紅色表示檢測值低于標準下限值。

      根據(jù)相關標準要求,使用維氏硬度計對試樣淬硬層進行硬度測量,對比標準得知淬硬層硬度及深度未見異常。

      3 潤滑油脂檢驗

      有機溶劑溶解少量潤滑脂樣品,取底部含顆粒沉淀物的溶液制作譜片。鐵譜分析表明樣品中有鐵磁性磨粒、疲勞磨粒(毫米級)和鐵系磨粒(<850 μm)等。沒有發(fā)現(xiàn)外界污染物、油脂干渴現(xiàn)象。 錐入度與新脂相比變化不大,在可接受范圍。

      KLUBER BEM 41-141 和FUCHS GLEITMO 585K性能比較,F(xiàn)UCHS GLEITMO 585K 產(chǎn)品水分含量較高,不符合要求(依據(jù)GB/T33540.1 產(chǎn)品標準),標準要求為不低于 250℃,實測結果:197℃。 KLUBER BEM 41-141產(chǎn)品油分離度很高,不符合要求(依據(jù)GB/T33540.1 產(chǎn)品標準),標準要求:2%~6%,實測結果:8.5%。 滾筒安定性差值較大(64),不符合要求[依據(jù)GB/T33540.1 產(chǎn)品標準(30~50)]。

      表6 夾雜物評級匯總表

      圖6 調質組織照片及評級

      圖8 布氏硬度檢測試樣

      表8 淬硬層硬度值及深度值匯總表

      4 偏航軸承失效分析

      偏航閘鉗本體邊緣與剎車盤上表面距離間隙、偏航減速器間隙、偏航軸承軸向跳動超標,其中 35103#機位偏航剎車閘鉗本體與剎車盤干涉接觸,導致機組無法偏航,是此次事件的起因。

      (1)偏航閘鉗與剎車盤干涉原因:偏航軸承滾道發(fā)生塑性變形,機艙隨軸承內圈下沉(外圈未發(fā)生形變),閘鉗隨機艙下沉導致剎車盤間隙減小,形成干涉。

      圖7 淬硬層組織照片及評級

      表7 調質硬度檢測結果匯總表

      (2)軸承滾道塑性變形原因:隔球器碎裂缺失,滾子不均勻分布在滾道內。載荷的作用下導致滾道塑性變形。

      (3)隔球器碎裂缺失的原因:磨損的金屬顆粒導致隔球器卡死,受到其他滾子的撞擊,導致?lián)p傷碎裂。碎塊混在油脂內經(jīng)進一步磨損而消失。

      (4)從拆解的軸承發(fā)現(xiàn):滾道損傷程度依次是外圈滾道的下表面 (最嚴重), 內圈滾道的上表面 (次之),內圈滾道下表面和外圈滾道上表面(輕微)。

      外圈滾道的下表面出現(xiàn)硬化層剝落(凹凸不平的鱗狀),具備疲勞剝落的形狀特征。造成疲勞失效的原因可能是由于材質疲勞、熱處理不當、偏載、沖擊。

      (5)潤滑不良的原因。

      a)密封圈失效;

      b)潤滑油管未平均分布,增大注油孔內部阻力;

      c)偏航軸承缺少專門排油孔,廢油無法排出;

      d)目前加油控制策略不確定軸承內有足夠的油脂。

      5 結論

      (1)偏航閘鉗與剎車盤干涉的直接原因:偏航軸承滾道塑性變形,導致了機艙隨偏航軸承內圈整體下沉。

      (2)軸承材質不良(Mn、Cr 含量、淬硬層深度、基體硬度),是造成本次軸承失效的主要原因。

      (3) 潤滑不良是造成本次軸承失效的次要原因,潤滑不良加速了軸承失效。

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