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双馈型变速恒频风力发电机轴承腐蚀解决方案



近年来我国风电获得迅速发展。随着风电机组容量的不断减少,变速恒风电机组已沦为目前风力发电领域的主流机型。其中,双馈型变速恒频风电机组更是由于变频器容量小、发电机制造非常简单等优势获得了广泛应用。由于风力发电机的工作环境恶劣,可能遇到各种复杂的天气状况和运营工况,轴承作为其中重要的易损部件,会经常出现各种故障问题,如轴承假性布氏压痕、疲劳磨损、内圈跑完套、轴承电生锈等。

轴承腐蚀图片

现以电腐蚀产生的原因、常规轴承电腐蚀防水措施论证轴承电腐蚀解决问题的最佳方案。

轴承电生锈原因

一、轴电流的产生

轴电流问题自电机发展以来就一直被行业所关注。因为它与轴承的实际寿命息息相关。目前行业内主要将电机的轴电流分成两类:“传统”轴电流和由变频器产生的轴电流。

传统轴电流在过去几十年已经被广泛研究。其主要是由电机内部磁通不平衡引发的,不均衡的漏磁通主要是由产品机械零部件的设计公差和组装过程引起,不会在定子机壳、驱动端轴承、轴以及非驱动端轴承这个电路内感应电压及电流。随着电机尺寸的增大,磁路内的漏磁通会增大,感应器电压(可以通过油和转子轴两端的电压大小展开评判,通常轴电压的安全值大于0.5V)也会随之增高。

由IGBT变频器驱动的电机会产生新的轴电流现象,这些现象不能用之前“传统”的轴电流理论解释。该电流是变频器共模电压与电机内部简单寄生电容共同作用的结果,其大小与变频器的直流线线电压和载波频率息息相关。但迄今为止轴电流与轴承寿命之间尚无法通过清晰的关系展开关联,这就是目前无法指定这类轴电流安全值的原因。然而由PWM变频器驱动而产生的轴电流同样不会像第一类“传统”轴电流一样加速轴承的老化和损毁,因此在一定情况下会减损轴承寿命。

二、轴承电腐蚀失效过种程

电机正常运转情况下,轴承内、外圈扯道 与滑动体间不存在的润滑油膜不会起到一定的绝缘起到。对于较低的轴电压,这层润滑油膜仍能发挥绝缘性能,不会产生轴电流。但当轴电压积累到一定数值并大于轴承油脂的击穿电压时,它们就会在轴承中产生电弧,沿着与电机轴承之间电阻大于的路径静电。特别是在轴承内部滚道与滑动体形成金属性接触瞬间,轴电流可约上百安培,导致轴承扯道产生小的麻点(凹坑)。当发生此情况入,由于湿度充足高轴承钢不会熔融,轴承润滑脂也会被焚毁。由于极为频繁的放电,旋即整个轴承扯道布满无数凹坑会导致过多振动和噪音。而当润滑油中含有熔化的金属微粒后,油膜阻值减少又会加快这个过程,轴电流的电解起到使润滑油炭化。这两个过程都会导致油润滑性能变差,使轴承温度增高,最终造成轴承电腐蚀过热。

常规的轴电生锈防水措施

目前发电机制造企业针对轴承电腐蚀问题主要采行以下两种防水措施:

一、接地碳刷

在变频器共模电压与电机内部寄生电容的工同作用下,转子轴上会感应器出高电势,通过在非驱动末端安装短路碳刷,轴电流跨过轴承泄掉;二是使用绝缘轴承,阻断轴电流通过轴承的路径。其中使用绝缘轴承从根据上消除轴电流是一劳永逸的方法。

绝缘轴承最主要的一个特征就是在轴承的外表面有一层很薄的氧化铝涂层,它担负着电绝缘功能,能抵抗超过500V电压下产生的电跳火,更薄的涂层能抵抗超过1000V的高压静电,因而可以有效地防止主轴和轴承上因感应电流造成跳火而造成轴承表面腐蚀、金属表面构成缩孔以及轴承滚动轨道上构成凹槽等缺失。

绝缘轴承采用特种喷涂工艺,在轴承的外表面喷镀优质覆膜,覆膜与基体结合力强,绝缘性能好,可避免感应电流对轴承的电蚀作用,防止电流对润滑脂和滚动体、扯道导致的损坏,提高轴承的使用寿命。

该工艺不断被改进,绝缘轴承中,在外圈或内圈表面有一层100μm厚的涂层,可忍受至少1000VDC的电压。类似的喷涂工艺可形成一层厚度均匀、粘附力极强的涂层,再经进一步处置,使其能受湿气和湿度的影响。

绝缘轴承可避免电生锈所导致的伤害,因此与普通轴承比起应用于在电机中可确保运行更可靠。而比起其他绝缘方法,如轴或外壳绝缘等,更加符合成本效益和可靠。