双馈风力发电机轴承振动加速度超差原因及对策简析

双馈风力发电机轴承振动加速度超差原因及对策简析

赵一帆

中车永济电机有限公司       山西永济        044500

摘 要：电动机轴承异响是指在20-20 kHz范围内能够被人类耳朵辨识出来的异常噪声，在电动机测试和使用过程中，其振动和异常噪声给电动机生产和用户带来了巨大的困难。长时间地出现轴承的振动，会导致轴承的振动增加，从而降低其使用寿命。若得不到适当的调节或替换，就会对电动机轴承室或转轴进行损伤，轻则导致电动机转子堵塞后，电动机的连线烧毁，甚至还会导致电动机的捣鼓等重要的质量事故，从而导致电动机不能正常工作。

关键词：风力发电机；轴承振动；加速度超差

为了找出产生异常声音的根源，根据 GB 10068《轴中心高为56 mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值》的规定，采用VM-63A型手持振动测试仪和EN900C型便携式振动分析器对双头深沟球轴承的振动进行了监控，结果表明，当有异常声音的情况下，电动机的振动加速均会在瞬间急剧上升。所以，研究影响其振动的主要原因，找到有效的抑制方法，将其应用于 GB 10068标准中，是降低或消除其产生的主要原因。为了减小系统的振动加速，通过对系统中轴承的振动加速过大的现象进行了详细地研究，并通过实验加以证实，从而找到了消除这种现象的方法。

1.轴承振动加速度超差的原因

1.1轴承润滑不良

在轴承工作中，适当地应用润滑脂，以确保润滑脂的浓度和黏性的稳定，从而确保在转动时，在钢的外表面上能生成一层稳定的油膜，从而减小摩擦，减小振动，延长其使用寿命。通过在油脂中添加助剂强化油膜，保证了最优承载容量，可以有效地减小摩擦，大幅度地减小了轴承的振动加速，从而提高了轴承的使用寿命。

1.2轴承室配合尺寸超差

轴承腔与轴承的匹配度对轴承的运动间隙有很大的影响，由于轴承腔和轴承外圈的过度配合，会引起轴承的间隙太小，即使在高转速下，轴承的振动也会得到提高，但是也会引起轴承的快速升温，最终把轴承烧毁。由于轴承腔与轴承外圈之间的间隙不匹配，会引起外圈的磨损，从而导致轴承腔的破坏，使轴承的振动增加，从而降低了轴承的使用寿命。

1.3轴承预紧力不够

预压轴承的功能有：提高刚性，降低噪音，提高轴导向精度，补偿运转时的磨损，延长使用寿命；双端深沟球轴承电动机的设计中，一般都是通过预压来实现的，所以其预紧程度会直接影响到电动机的振动加速度。

2.试验验证

为消除电动机外部的各种故障，对其进行了静态测试，测试数据见表1。由测试数据可知，电动机台架和空气冷却器电动机对整个机组的振动均无明显的影响，故本文中可以不考虑。

表1 电机自身以外的振动加速度

2.1润滑脂验证

通过对风力发电机组中常见油脂的选择，比较了美孚SHC100和KLUBERBEM41-141两种油脂的特性。结果列于表2中。

采用美孚SHC100与克鲁勃公司KLUBERBEM41-141等容积的两种油脂，在同等容积条件下，在同一台电动机上进行了测试，并与试验结果进行了比较。这些成果列于表3中。

在相同电动机中加入相同数量的SHC100和KLUBERBEM41-141进行对比，发现在加入KLUBERBEM41-141润滑脂后，电动机的振动加速度大幅下降，且其对电动机的振动加速度产生了显著的影响。

表2 润滑脂性能对比

表3 SHC100和KLUBERBEM41-141润滑脂水平振动加速度检测数据

2.2轴承室配合尺寸验证

针对本公司生产的双沟滚珠轴承的结构特征，对其进行了喷涂处理，将轴承腔与外圈的单向缝隙从0.35毫米减至单侧0.01—0.015毫米，并对其进行了使用寿命的测算，并在两个实验中分别添加了KLUBERBEM41-141型油脂。实验结果显示，调整轴承腔的配合容差后，马达轴承的振速总体上降低，并且马达的最大振动加速度比尾部轴承的更大。电动机轴承腔的装配误差会对电动机的振动加速度产生较大的影响。

2.3轴承预紧力验证

对实验结果进行了理论和实验研究，结果表明：在电动机的传动末端，其振动的加速度要比在非传动的端部大得多；通过对电动机的长度进行了分析和研究，得出了由于电动机的长度过大，其前部支承的预紧作用不好，导致了前部支承的预紧力不足。为了提高轴承的预紧力，将发动机后部的轴承罩改造为42个，并在两个实验中分别加入克鲁勃KLUBERBEM41-141号轴承的油脂，进行了比较。实验表明，在三个方向上，三向的震动从4.3米/秒下降到3.2米/秒，三向的震动从2.0米/秒提高到2.5米/秒。在此基础上，通过对前支承进行预紧处理，使前支承的预紧程度提高，使原支承的振动加速度显著降低，达到了设计要求。结论：电动机轴承的预张力对其产生的冲击有很大的作用，这很有可能是造成这种现象的重要因素。

结束语：

综上所述，双馈电动机为研究对象，通过理论和实验研究，探讨了在实际生产中产生的一些问题，并提出了一些改进方法。在设计中，如何优化设计参数，统一设计和制备工艺规范，以及测试电源品质的效果，都是有待进一步研究的问题。异步电动机中出现的“异响”问题已成为制约双馈风电机组稳定运转的瓶颈问题，笔者深感这方面的研究还有很长的路要走，希望本文的研究成果能够为双馈风电机组在空载实验中的故障诊断与排除工作奠定基础。

参考文献

[1]马宏忠,李思源.双馈风力发电机轴承故障诊断研究现状与发展[J].电机与控制应用, 2020(09):19-21.

[2]王文恒,吕达.双馈风力发电机齿轮箱轴承无转速信号工况下的故障诊断研究[J].南方农机, 2022(05):35-37.

[3]杨晓光,许仪勋.双馈风力发电机故障诊断方法研究[J].电测与仪表, 2021(02):52-58.