梁雪

辽宁中科经创智慧能源有限公司

本文针对某风电场站1.5MW风电机组调心滚子轴承滚动体和内外圈滚道剥落损伤等实际故障案例进行详尽剖析，旨在揭示其背后的成因，评估其对风电机组主轴系的影响，并提出预防和改进措施。

1　轴承滚道磨损

通过综合实际现场考察与查阅相关技术文献，一般情况下，在役风电机组初期，主轴系统固定端轴承的运行特性尤为关键。在低速重载工况下，轴承通常处于单边滚道承载，且与滚动体的接触处于边界润滑状态，这导致润滑油膜难以形成，从而增加了磨损的风险。在轴向高频微振的作用下，滚动体与滚道间产生周期性微动滑移，并且在剪切力作用下边界润滑膜极易发生破裂，引发滚动体与滚道的粗糙峰接触磨损。随着时间推移，齿轮箱侧滚道接触表面会出现微小疲劳裂纹，这些裂纹逐渐扩展，形成微点蚀坑，表现为滚道接触表面的“表面起源型微剥落”。

如图1所示，由于轴承滚道长期的承受偏载接触应力导致滚道表面集中应力，亚表面的最大剪切应力向滚道接触区域移动，引发疲劳裂纹从滚道表面起始。这种应力“集肤效应”加剧了滚道的疲劳，最终在滚道上形成局部鳞片状疲劳剥落。如果未能及时发现并处理，剥落区域可能会遭受二次损伤，演变成大面积剥落。硬质金属碎片的剥落不仅加剧了滚道的磨损，还可能造成套圈断裂，进而丧失轴向约束能力，引发主轴系后窜故障，与支承结构产生严重干涉，造成严重的经济损失。

综上所述，根据轴承滚道发生失效的复杂过程揭示了维护和预防工作的重要性。通过优化运行条件、强化维护管理，可以有效防止这种失效模式的发生，保障风电机组的稳定运行。

图1 固定端轴承内外圈滚道失效

2　轴承外圈表面剥落

如图2所示，轴承内外圈滚道边缘材料大面积缺失，表明固定端轴承内外圈磨损较为严重。其原因是由于在轴承的转动过程中，由于材料长期处于疲劳极限，受力部位因疲劳损伤会出现细小裂纹，随着裂纹的不断加深，从受力部位开始逐渐出现剥坑，最终导致轴承表面的大面积剥落，使主轴后窜以及机组出现异常振动与噪声。因此为了避免轴承外圈出现该现象，应降低主轴负载和频繁的启停操作，这会加速轴承的磨损。同时，保持设备的清洁，避免尘埃和杂质进入轴承。

图2 轴承内外圈剥落示意图

3　轴承保持架损坏

如图3所示，保持架的兜孔接触面呈现出严重的塑性卷边变形，同时伴有明显的划痕。这些划痕的产生，部分是由于滚动体表面粗糙，导致在与保持架接触时产生摩擦，形成大量丝状切屑，这显著加剧了保持架的磨损。因滚道和滚动体的频繁互动，使得保持架承受着持续的疲劳应力，这不仅可能导致其几何形状的改变，磨损速度加快，甚至可能引发断裂，从而对齿轮箱的性能产生负面影响，如温度升高和噪声增大，对发电机组的稳定运行构成了潜在威胁。

保持架的损伤并非孤立事件，它可能源于安装过程中的疏忽，例如未正确对齐或紧固，或者使用操作不当，如过度负载或不恰当的维护频率。此外，意外的冲击，如振动或冲击载荷，也可能导致保持架受损。而润滑状况的不良，如润滑剂质量差、供应不足或润滑系统故障，是保持架磨损和故障的另一个关键因素。因此，全面考虑和优化这些因素对于防止保持架损坏，确保风电设备的高效运行至关重要。

图3 调心滚子轴承保持架变形

4　轴承滚子

如图4所示，调心滚子轴承的后排滚动体出现的划痕特征表现为接触表面的环形凹槽。由于滚动体无法有效碾压硬质颗粒，这些颗粒会嵌入滚道和滚动体之间。这导致滚道和滚动体之间形成环形划痕，滚动体表面因此失去原有的金属光泽，显得粗糙，呈现出灰色。每个滚动体的端面都可见到明显的压痕和划痕，同时伴随着滚动体边缘的疲劳剥落现象。接触疲劳剥落发生在滚子表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。由此可知，轴承的润滑及维护管理也是预防滚子表面发生疲劳剥落的重要措施。正确的?滑可以减少轴承的表面磨损，同时也能够有效承载旋转载荷，减少轴承剥落的发生。及时更换润滑油和清洗轴承，加强轴承的维护管理也是预防轴承剥落的常用方法之一。

图4 滚动体故障示意图

综上所述，针对异常运行的主轴轴承，可采用清理轴承室内润滑脂、缩短注油周期等方法，以减缓主轴轴承的劣化趋势。然而，如图1-1轴承滚道已磨损至失效，机组仍在服役期内，因此只能更换主轴轴系来解决问题。大部件吊装下塔不仅直接导致风电场生产效益损失，还带来高风险的吊装作业。因此，及时有效地进行技术干预，延长固定端轴承的使用寿命在风电后市场显得尤为重要。

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