摘要:风力发电机齿轮箱是风力发电机组的核心机械部件,其中的高速轴轴承越来越多采用圆锥滚子轴承,但轴承在使用过程中有时会出现振动超标。分析表明,滚子的波纹度异常是引起振动超标的主要原因。
关键词:圆锥滚子轴承;风力发电机;齿轮箱;振动;波纹度
风电齿轮箱是风力发电机组的重要机械传动部件,其将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机,从而得到相应的转速进行发电。由于齿轮箱安装在80~100 m的高空,使用环境恶劣,维护困难,因此对齿轮箱的可靠性要求非常高。为了保证齿轮箱的可靠性,根据设计规范,要求齿轮箱在设计时振动不大于3.5 mn∥s。目前,风电齿轮箱的高速轴越来越多采用圆锥滚子轴承,但该轴承振动经常导致齿轮箱振动超标,影响齿轮箱的运行寿命和可靠性。
1 、轴承布置型式
风电齿轮箱高速轴轴承通常采用1套圆柱滚子轴承和2套面对面配对的圆锥滚子轴承(32034一x)支承,如图1所示。
图l 风电齿轮箱高速轴轴承布置
2、轴承的振动测试
32034一X安装后的轴向游隙调整为0.20~O.25 mm(20℃温差下计算所得运行游隙0—0.05mm)。在样机试车中进行了振动测试,各个轴承及齿轮等部件上均安装振动加速度传感器,其中高速轴轴承座处的安装位置如图2所示。
第1次测试发现高速轴轴承振动异常,其他各处性能指标符合要求,为了比较高速轴轴承振动对齿轮箱性能的影响,分别在齿轮箱1和齿轮箱2上安装2个品牌的轴承,齿轮箱其他配置相同,并通过试验进行振动测试,结果见表1。由表可知,齿轮箱2在1 400,1 700,2 000 kw负载下的轴向振动值超出3.5 mm/s,不符合设计要求,而齿轮箱1基本能满足设计要求。因此,通过对比试验,可以初步判断齿轮箱2的高速轴轴承引起了齿轮箱的振动测试数据偏高,需要对齿轮箱2的高速轴轴承进行分析,查找原因。
图2振动传感器位置
表1振动测试结果
3 、振动分析
3.1 外观检查
针对振动超标,轴承服务工程师在现场对轴承的内圈、外圈、保持架、滚子等零件进行了目测,没有发现轴承有异常磨损等情况,如图3所示。
图3试验轴承
3.2 轴承固有故障频率
为进一步分析轴承振动异常的原因,先计算高速轴转速1 802 r/min时轴承各零件的固有频率,结果见表2。
表2 轴承各零件的故障特征频率
3.3 振动分析
根据表1振动测试结果及圆锥滚子轴承振动特性,主要对轴向振动数据进行分析,轴承轴向振动频谱分析如图4所示。
图4 轴承轴向振动频谱分析
从图4可以看出,在低于3 000 Hz的低频区间,2个齿轮箱的振动幅值基本相同;在大于3 000Hz的高频区间,齿轮箱2轴承的振动幅值大于齿轮箱1,且振动幅值高点超标。针对3 000 Hz以上区段与表2进行综合分析发现,滚子故障特征频率的22倍、44倍谐波频率分别为3 234和6 468Hz。如果滚子的22~44波圆度比较差,产生的振动频率应该为3 234~6 468 Hz,与3 200~6 500Hz的区间非常吻合。因此,根据实际应用经验,初步判断轴承振动很有可能是受到滚子第22~44波波纹度的影响。
对轴承进行拆解并进行检测,发现滚子的波纹度出现异常,其中第11 8滚子的第28波波纹度为0.265¨m(图5a),第12”滚子的第44波波纹度为0.307“m(图5b),均大于风电齿轮箱所要求滚子波纹度(0.16“m)。当轴承高速旋转时,滚子引起振动,导致齿轮箱运行时高速轴轴承振动检测值偏高,与之前频谱分析的结果比较吻合。
图5滚子的波纹度
4 、结束语
通过对2套不同品牌的风电齿轮箱轴承的对比试验发现,高速轴轴承的振动异常是导致齿轮箱振动超标的原因之一;滚子的波纹度对轴承的振动有很大影响,可对滚子进行油石研磨(珩磨),进一步控制滚子的波纹度,从而保证轴承的使用及质量控制。
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