DQZHAN技術訊：風電機組壽命延長的關鍵：變槳軸承升級
風電產業的迅猛發展，風電機組正朝著低風速高功率的方向發展，在功率提升的同時，風機對各子系統均提出了更高的要求，變槳軸承作為風電機組的核心零部件，直接影響整個變槳動作的連貫性穩定性以及精準度。
隨著國內在役風電機組逐漸老化，外加極端天氣、不可預知的負載波動等因素影響，風機變槳軸承可能出現意外故障，導致風機壽命下降，通過變槳軸承的設計升級改造，可以將變槳軸承的壽命延長多達10年，延長風力發電機組的用壽命的同時，提高風機的運行效率，減少故障停機時間。
01、變槳軸承特性及原理
變漿就是風力發電機葉片改變角度的過程，變漿軸承就是用于變漿機構的軸承，其位于轉子輪轂與葉片連接位置，在液壓驅動可將葉片調整到適合風況的*佳角度，變漿軸承維修成本高，要求壽命長。
變槳軸承的設計使用壽命為20年（約175,000小時），通常由具有深槽的哥特式拱形滾道和*大的滾珠球構成。滾珠球由圓盤狀的墊片或籠式分隔器均勻分布。單排四點或雙排八點接觸設計可提供出色的負載能力，軸承滾道可使滾珠同時從任何方向承受載荷。
但是，風機一些工況情況下特性可能會導致變槳軸承的使用壽命下降，理想情況下，變槳軸承在其整個使用壽命中旋轉的角度永遠不會超過90°，但事實變槳軸承在負重載荷下會受到非常小的（<5°）擺動角，這會對變槳軸承部件施加很大的壓力，另外由于震動原因，軸承潤滑劑會迅速降解并導致粘合劑磨損。
國內多數風電機組地理位置偏僻，環境復雜，變槳軸承位置處于風機塔架頂部的位置，常規巡檢和觀察發現不了其問題，只有在每隔6到12個月的定期維護期間可直接觀察到變槳軸承并發現問題。
變槳軸承故障原因之一：潤滑
由標準軸承計算模型預測的經典故障模式（即疲勞剝落和布氏剝落）實際上并不是變槳軸承故障的常見原因。常見故障通常是潤滑不佳造成的。潤滑引起的故障包括振動磨損（錯誤的布氏磨損），腐蝕，碎屑沉降和表面引發的疲勞。分離器損壞，滾道剝落，剖分式滾珠和軸承鎖定都可能是變槳軸承潤滑不佳的跡象。許多歸類為基于負載的故障實際上可能是由于潤滑脂降解引起的問題所致。
由于風電機組要經受惡劣的天氣環境，因此必須設計正確潤滑方法，以確保*大的機器正常運行時間和*少的維護。
正確選擇潤滑脂是**步也是*重要的一步。變槳軸承潤滑脂必須能夠抗水沖刷，并包含耐用的添加劑包，可防止高負載和振動。使用連續進給潤滑系統還可以使現場根據需要添加或調整潤滑脂填充，而無需技術人員攀爬。
變槳軸承故障原因之一：過載運行
盡管潤滑是主要原因，但過載運行故障也是一個值得關注的領域。通常會發生過載，因為軸承缺乏輪轂組件的剛性支撐，導致不平衡，其中一部分滾道承受了大部分載荷。載荷和操作引起的故障包括部件破裂（滾動球元件，球分離器，座圈），分離器鎖定和滾道芯破碎。如上所述，潤滑條件也會加劇這些故障。
在變槳軸承中，滾珠與滾道之間的接觸區域形成一個橢圓形，該橢圓形以滾道接觸角為中心。在較大的推力或傾覆載荷下，接觸橢圓會溢出滾道的物理極限（截斷）。接觸截斷的可能性隨軸承直徑與厚度的比率增加，或者隨著外部支撐的減少而增加。嚴重的接觸截斷會產生應力上升，從而導致路徑邊緣折斷或球分裂成碎片。
*后，計算依賴于一組條件假設，這些條件假設有時與現實生活幾乎沒有相似之處。在無塵室中使用新密封件，新鮮油脂并將其安裝在堅固，完全平坦的表面上的軸承可能會使用數十年。
02、變槳軸承升級方法
增加路徑表面積并加強座圈
大多數變槳軸承都以類似的方式失效，但潛在的原因可能會有所不同，因此必須從了解該軸承的獨特問題開始進行升級。停機和更換軸承的潛在成本高達數十萬美元，因此直接與制造商合作是有益的，該制造商可以提供軸承更換解決方案，從而提高生產率并延長風電機組的使用壽命。*有效的軸承升級可減輕邊緣載荷，加強座圈，解決分離器磨損，這將導致軸承效率更高。
分離環和滾道幾何形狀
盡管有一些理論上的優勢，但考慮到連續環式分離器制造差異所必須做出的折衷大于其任何好處。直徑通常超過2 m，實際上不可能在5 mm厚的環上保持良好的形狀和公差。座圈之間的間隙必須擴大以容納環，從而減小路徑接觸面積并增加截斷。環還必須由低碳鋼制成，因為高強度合金通常不可焊接。另一方面，分段式保持架沒有這些缺點，并提供了有限的運動自由度，可以減輕可能撕裂單件式環的載荷。
對于路徑，對形狀，表面光潔度和間距進行嚴格的幾何尺寸和公差（GD＆T）控制可改善負載分配和平衡。
接近上乘的形狀意味著更少的摩擦，打滑和狹窄的斑點，從而減少內部磨損并改善變槳系統的響應和效率。
密封件升級
變槳軸承密封具有雙重作用：保護內部部件免受污染，防止潤滑劑泄漏到環境中。不幸的是，密封不是完全有效的；畢竟，如果軸承是密封的，它就不能旋轉。常見的瀝青軸承密封件是氫化丁腈橡膠（HNBR），安裝在一個座圈的凹槽上，兩個密封唇沿相反座圈拖動。這種密封方式磨損迅速，當暴露在紫外線和臭氧中時會迅速降解，對變形的反應很差，并為污染物提供一條直接通向軸承內部的路徑。
由熱塑性聚氨酯（TPU）制成并安裝在迷宮式固定槽上的“ H型”密封設計顯著提高了密封效果。這種自由浮動的設計具有很高的響應速度，即使變形也能提供密封壓力。它對操作過程中的環變形不敏感，從而減少了油脂泄漏和進水，從而有助于提高堅固性并降低維護成本。此外，TPU磨損率是傳統橡膠的一小部分，從而延長了使用壽命和更換間隔。
提升滾道耐久性
巨大的接觸載荷所產生的剪應力會穿透表面之下，并使較軟的鐵芯屈服，從而導致硬化的路徑脫離滾道（鐵芯破碎）。為了防止這種情況，感應淬火層必須足夠深地滲透，以使鋼強度超過接觸剪切應力。在變槳軸承中，結構變形和沉重的傾覆載荷意味著峰值剪切應力可能會在沿路徑表面的任何點發生。因此，當固化層從設計接觸角移開時，必須使其具有均勻的圖案且不會減少。深度均勻的熱處理大大減輕了接觸截斷的影響。
正確的存儲，包裝和處理
由于大多數軸承在安裝前可能具有較長的保質期，因此重要的是要確保將其存儲和包裝以防止在使用前降解。正確的包裝可以防止運輸過程中的腐蝕以及震動，振動和其他危險。包裝應包括在安裝孔上涂一層防腐涂料，用揮發性腐蝕抑制劑（VCI）紙包裹軸承，用真空密封袋包裝和單獨的板條箱包裝（兩捆裝）。
軸承應保留在其原始包裝中，直到安裝前才可避免接觸污染物，特別是灰塵，并應用干凈，干手和干凈的碎布進行處理。在安裝之前，應將它們放在干凈的紙上，保持遮蓋，并且切勿將其暴露在臟的桌子或地板上。
定制解決方案，延長風機壽命
當風電機組由于維護問題或設備故障而脫機時，維修人員的高昂成本和起重機的工作日費用會使成本飆升。
升級的變槳軸承解決方案可以通過以下方式提高風電機組的壽命和效率，并減少停機時間：
1.即使在惡劣環境下也能提高風電機組的可靠性
2.延長密封件和軸承的使用壽命
3.降低運營和維護成本
4.改善音調控制以提高性能
5.減少安裝和更換時間
由于軸承的健康狀況取決于多種因素，因此必須與能夠進行軸承分析失敗的制造商合作，并使用模擬程序測試新解決方案，以確定可能需要進行哪些升級以減輕將來發生故障的風險，這一點很重要。此外，狀態監測和預測性維護等增值服務可以進一步延長風電機組的使用壽命，使其遠遠超過其預期壽命。
