G58-850型风机变桨系统故障分析及处理

魏硕岐,李 云

(1.东北电力大学,吉林 吉林 132012;2.吉林名门电力实业集团公司,长春 130033)

近几年,大唐洮南风电场及吉林省内其他风电场的同类型 G58-850型风机连续发生多起风机变桨系统故障。由于多方面原因,以往风机变桨系统故障需要委托设备制造厂家进行处理,风机停运时间较长,费用也较高。针对这一情况,通过对 G58-850型风机变桨系统结构及原理深入分析研究,找出造成G58-850风机变桨系统故障频发的根本原因,结合现场实际情况制定出详细的自行修复方案,并对故障设备检修整体过程进行优化。

1 G58-850风机变桨系统结构及原理

1.1 变桨系统结构

G58-850型风力发电机组为双馈型液压变桨机型,液压变桨系统主要组成部分有油箱、油缸、液压动力泵、变桨蓄能器、液压油管路、旋转接头、变桨推力杆、变桨轴承、三角法兰及其他配件等。其中,变桨推力杆是动力传动的中间环节,通过空心主轴与轮毂中的变桨机构相连接,在空心主轴内设有空心套筒,在空心套筒内安装有两组特氟龙滑块对变桨推力杆起到支撑和减震作用[1]。

1.2 变桨系统工作原理

G58-850型风力发电机液压变桨系统的工作原理为液压蓄能机械传动 3个叶片同时实现机械变桨。主要过程是电动液压泵提供工作动力,液压油作为能力传动介质,将能量存储在蓄能器中,当风机控制系统发出变桨指令时,蓄能器释放能量推动变桨油缸活塞运动,带动变桨推力杆拖动 3个叶片变桨机构运动改变叶片桨距角完成变桨。

2 G58-850型风机变桨系统故障情况

2.1 变桨系统故障现场检查

近年来发生的几起 G58-850型变桨系统故障故障现象极为相似,均为远程控制系统计算机发出800报文(变桨矩工作错误)故障停机。现场检查测试变桨系统时发现比例阀工作异常,拆解检查发现比例阀堵塞。堵塞物为变桨油缸特氟龙滑块碎片,初步断定为风机变桨油缸损坏。进一步检查发现变桨轴承内部与变桨星联接机构相连法兰盘的螺栓部分剪断,变桨轴承、变桨油缸、及主轴内套筒法兰、变桨推力杆等部件损坏 (见图1)。

2.2 全部风机隐患排查情况

针对风机变桨系统故障频发情况,对风电场风机进行了逐台检查,通过排查发现 7台风机变桨系统存在设备隐患,具体排查情况见表1。

3 故障原因分析

综合故障设备的解体检查和隐患排查情况进行分析研究,最终判定导致液压变桨系统故障原因为故障风机的运行时间均在 5年以上,主轴空心套筒内对变桨推力杆起支撑和减振作用的特氟龙滑块由于磨损严重,造成间隙超差 (标准间隙不大于0.50 mm)。由于特氟龙滑块间隙超差,其对变桨推力杆的支撑与减振作用减弱,使得变桨推力杆振动加剧并超标,造成特氟龙滑块磨损超差进一步加大。当振动幅度达到一定程度时主轴空心套筒内法兰损坏,变桨推力杆无中间支撑运行,强烈振动传递到变桨油缸和变桨轴承等部位,最终由于振动严重超标导致变桨系统部件损坏。主轴空心套筒内的特氟龙滑块磨损严重间隙超差,与其材质、安装工艺、设备调试及设备运行等情况有关。

图1 变桨系统部件损坏情况

4 变桨系统故障修复

经过技术研究与论证,最终确定自行加工所需要的风机主轴内空心套筒和专用工具,利用夏季枯风季节自行对 7台风机变桨系统缺陷进行处理,及时消除设备隐患。风机停运后,将转子旋转至“Y”位置,导向杆位于右侧,锁定轮毂双侧叶轮锁,将桨距设置在 90°,使机舱于风向成 90°,锁定高速轴刹车盘T型锁。在风速不大于7 m/s时按以下方案及工艺流程进行作业。

a.将液压站“A203储能压力传感器”接线WS285和“偏航刹车压力传感器”接线WS177A对调,并测试液压站工作正常。进入“变桨距和制动器”菜单,将桨距角设置在 85°,通过按触摸屏微量调节桨距角,用 36杆式棘轮套筒将 M24螺栓式 90叶根锁拧进卡槽内(带螺纹处不能缩进卡槽,以免叶片转动损坏螺纹,至使叶根锁退不出来)。进入轮毂的人员应同控制触摸屏的人员直接通信,轮毂内的操作人员随时向控制触摸屏的操作人员发出指令,控制触摸屏的操作人员应向轮毂内的人员请求确认,确认后方可执行。其他人员应远离紧急按钮。

表1 风机变桨系统隐患排查情况统计表

b.拆掉轴承盖6个 M6螺钉,松开超级螺母内的螺栓,退出超级螺母和垫片,拆掉变桨轴承上的 8个M12螺栓,从变桨杆上退出变桨轴承,并拆掉三角法兰和空心轴的连接法兰盘。

c.将桨距角变到 0°位置,迅速泄掉液压站压力并按下急停按钮。此时应有2名人员进入轮毂内工作(未泄掉液压站压力,不得进入轮毂工作,轮毂内应有足够照明)。

d.拆掉导向杆盖上的 4个 M12螺栓,将导向杆从三角法兰滑块抽出,将空心轴从三角法兰内退出,此时三角法兰和空心轴会下沉,轮毂内人员应做好防止碰伤的安全措施。拆掉上部2个叶片的挡板螺栓,将挡板拿出轮毂外,拆掉轴支撑 8个 M12螺栓,将其从空心轴上退出。松开导向杆侧三角法兰与叶片拉杆连接处 M36自锁螺母,三角法兰侧自锁螺母拆掉,叶片侧自锁螺母松开1/2。把三角法兰侧连杆万向轴从螺杆中顶出。用1根2米长的绳索穿进三角法兰上方90°锁孔内系好,外面固定在轮毂环形支架处,松开三角法兰与上部叶片拉杆连接处M36自锁螺母,三角法兰侧自锁螺母拆掉,叶片侧自锁螺母松开1/2。把三角法兰侧连杆万向轴从螺杆中顶出。缓慢放开绳子,将三角法兰放倒。将空心轴从缸套中抽出,将缸套法兰8个M8的螺栓卸下来,将缸套从主轴内抽出。

e.清洗空心轴、变桨轴承、轴支撑、三角法兰等部件,检查有无划痕、锈蚀、磨损,如有问题应更换新部件。

f.回装顺序与拆解顺序相反,注意各螺栓的力矩,安装前空心轴、轴支撑、变桨轴承、导向杆等处应涂抹 SKF润滑油脂,全部安装完毕后应测量空心轴与轴支撑间隙、导向杆与滑块间隙是否合格。

g.更换工作结束后,拆除安全及技术措施,然后启动液压站,进行风机变浆测试,测试通过后启动风机,投入运行。

5 结束语

随着大规模风电开发并网,早期建设的风电场经营压力也将日益加大,采用新技术、新手段、新方法、新工艺降低运行成本,已成为风电企业扩大利润空间以及促进发展的有力支撑。随着风力发电机组达到一定运行年限,其设备及部件发生疲劳损坏是必然的,及时发现和设法消除由此所造成的设备隐患,是保证设备安全可靠运行的唯一有效途径。

[1]姚兴佳,宋 俊.风力发电机组原理与应用 (第 2版)[M].北京:机械工业出版社,2011.