风机主轴在役超声检测技术研究

N o.l 《大型铸锻件》
January 2018 HEAVY CASTING AND FORGING
风机主轴在役超声检测技术研究
曹洪兵
(东方电气风电有限公司质M管理部，四川618000)
摘要:制定了适合风机主轴在役检测的方案，顺利完成了主轴的检测，排除了主轴运行存在的隐患。

关键词:风机主轴;在役;超声检测
中图分类号:TG115.28+5 '文献标志码:B
Research on Ultrasonic Test Technology of Main Shaft of Wind Turbine in Service
Cao H ongbing
Abstract：The inspection program suitable for the main shaft of wind turbine in service is established, and the in­spection of main shaft is successfully completed, the hidden danger in the operation of main shaft is eliminated.
Key words：main shaft of wind turbine；in service; ultrasonic test
由于某些原因，风场用户对我公司在风场运 行的风电机组主轴质量产生了质疑。

要求我公司 对主轴进行检测，并出具检测报告,证明运行主轴 不存在质量隐患。

若不能提供检测证明,则需对 正在运行的主轴进行更换。

针对该情况，我公司组织人员与主轴厂家进 行了沟通交流，明确主轴的在役检测必须完成的 要求，否则主轴的更换将导致R额的吊装、安装费 用，引发一系列问题，造成巨大的经济损失和声誉 损失。

因此，我公司联合主轴厂家对主轴在役检测 展开了一系列研究。

1风机主轴介绍
1.1风机主轴的作用
风机主轴作为风力发电设备二大重要部件之 一，是连接风机叶片与风机机舱的重要部件，其技 术系数、力学性能要求高，强度、塑性指标高，形位 公差和尺寸公差要求严格，必须保证在较严酷的 环境下稳定运转30年，而且机件无腐蚀。

.
1.2主轴的主要生产过程
.风机主轴是中空的,材质是不锈钢，内孔加工 比较困难，现在风机主轴的加工设备是深孔钻镗 床，根据风机主轴的特性，深孔钻镗床要加高床 头。

1.3主轴的工作状况
风力发电扒的主轴既有径向偏移，又有轴向
收稿 H期."2017—0R—30
作者简介:曹洪兵(1983—），助理工程师，从事风机岑部件、装配 过程、风场机组运行的质ffl控制工作。

偏移。

实际1：，主轴的轴向偏移直接传递到齿轮 箱的输人轴。

除非对调心滚子轴承的径向间隙、轴向间隙控制以及行星轮的定位做特另彳处理，否 则轴向的偏移会对齿轮筘里行星架支撑轴承产生 不利的影响n
主轴的轴向偏移取决于系统的刚性和固定端 轴承的内部游隙。

在固定端使用预紧的双列圆锥 滚子轴承后,主轴右端的轴向偏移几乎比使用调 心滚子轴承时减少4倍。

减小轴向偏移可以减小 轴向挤压齿轮箱输人轴的风险，这点非常重要。

在一端固定、一端浮动的轴承布置情况下，固定端轴承（双列圆锥滚子轴承或调心滚子轴承）同时承受径向力和轴向力，而浮动端轴承.（圆柱 滚子轴承或阔心滚子轴承）只承受径向力。

因为 轴向力作用方向是从转子端指向齿轮箱端的，因此不管是使用双列圆谁滚子轴承还是使用调芯滚 子轴承，只冇靠近齿轮箱一端的一列滚子承受所 有的轴向力。

.
2在制主轴的检测分析
主轴在生产过程中，为了控制主轴内部质量 和表面缺陷，主要采用超卢检测和磁粉检测，其检 测要求见表1。

在制主轴超声检测示意图见图1。

3主轴在役检测分析研究
3.1在役主轴检测方式的选取
对比分析在制主轴检测要求，以超声检测手 段为主，磁粉检测为辅助。

鉴于主轴运行特点，选 取超卢检测作为发现在役主轴内部缺陷的检查手 段，取消磁粉检测。

3.2在役主轴超声检测分析
48
《大型铸锻件》
HEAVY CASTING AND FORGING
N o.l
January 2018
表1在制主轴无损检测要求
Table 1
Non-destructive test requirements to the main shaft in manufacturing 序号
检测时期检测方法检测要求
检测标准
1粗加工后超声检测采用010/24 mm 探头对主轴径向和轴向 100%及R 部位进行检测
DW403A5027A-2005 4 级
2主轴精车后
磁粉检测
对大R 和轴颈
DZ2.6.45test of main shaft in manufacturing
主轴在制时，因其未进行装配，主轴各位置无 任何限制，可以从主轴各部位进行100%检测。

但主轴装配到风电机组之后，由于其结构限制，进 行超声检测时，存在以下困难：
(1) 高空作业，设备携带困难。

主轴在役时， 放置于塔筒顶部，离地约70 m ，超声波仪器携带 困难。

(2)
操作空间狭窄。

风电机舱内部，空间结
构紧密，若进行拆卸处理，则会产生巨额的吊装费
用。

在该状况下对主轴进行检测，操作空间十分狭小。

(3)
主轴可接触面积小。

由于主轴处于机舱
内，裸露部分少，进行超声检测时,探头接触面积 少，无法达到在制检查时的100%面积。

3.3在役主轴超声检测方案
结合以上困难,我与主轴厂家技术人员进行 了沟通交流。

分析了主轴运行过程的受力情况和 可能产生的缺陷，努力寻找克服以上困难的措施。

结合主轴结构尺寸情况，进行了以下对比试 验：
(1)未安装的主轴检测情况。

因结构而形成的回波，见图2。

(幻安装轴承后的检测情况。

安装轴承座后对轴承连接处进行扫查，未发 现界面回波,即轴承安装后，对工件轮廓N 波无干 扰、无影响。

(3)人工对比试块试验。

Figure 2 by
Reflection echo formed by the structure of main shaft
Figure 3 Comparison of sample
Figure 4 Reflection echo formed by artificial groove
在同直径的轴身切取不同深度的线性槽，距 离端面500 m m 处,槽深为1 m m 、2 m m 、3 m m 、4
m m
，分别间距90。

角，见图3。

检测结果显示，各
深度刻槽波形能清晰显示。

对裸轴上R 处T 方80 m m
位置进行人工刻
槽，形成的反射回波见图4。

3.4检测方案
(下转第44页）
49
M o. 1
'《大型铸锻件》
January 2018 HEAVY CASTING AND FORGING
3 635 m m 动叶片淬火后解剖分析
对叶片分不同截面进行取样。

取样后检测其
硬度分布及金相组织，具体结果如图2和表1所 /Ts 〇
Figure 2 Hardness distribution of 635-01-1# sample
表1叶片金相组织及晶粒度
Table 1 Metallurgical structure and grain size of blade
淬硬区基体
组织
晶粒度等级
组织晶粒度等级
635*01-1#回火马氏体6回火马氏体4635-01-2#回火马氏体6回火马氏体4635-01-3#
回火马氏体
6
回火马氏体
4
由表1可以看出，淬火温度选用1040 ± 20T ，淬火后空冷；回火温度为240 - 260T ：，保温 4 ~5 h 。

高频淬火后叶片进汽边硬度约43 ~ 45H R C
，满足要求。

4
结论(1)
通过试验及产品试证，高频淬火工装满 足635 m
m
叶片正、反向髙频淬火要求。

(2)
通过采用自动淬火机床分别对635 m m
叶片进行淬火试验并解剖分析，得出635 m
m
叶 片高频淬火工艺参数，即淬火温度为1020 ~ 1080T
，
淬火后空冷;回火温度为200 ~300T
，
保
温5 ~8 h 。

满足要求。

(3)
通过对实际生产中的叶片进行了硬度抽
查统计，所有硬度值均满足要求。

参考文献
[1] 丁建生，何贵,刘春兰，奪.1080MW 核电汽轮机1448mm 叶
片高频淬火工装设计.热加工工艺,2012,41(24) :211 -
213.
(上接第49页）通过以上试验，确定以下检测方案：(1)
通过主轴法兰断面，对主轴进行整轴两 次穿透扫査，观察主轴底面回波的情况，检验整体 晶粒度情况和轴承支撑处是否开裂及开裂程度。

(2) 检测标准参照执行J B /T 4730. 3—2〇05 中7.2条，模拟裂纹缺陷进行检测。

(3)
检测由取得I I 级或以上超声检测资质，
并有丰富锻件检测经验，熟悉了解风机安装及运 转情况，能正确区分在役检测中外来影响因素的 人员执行。

(4) 仪器设备采用分辨率高、精确度好的德 国K
K
公司U S N 60探伤仪及B 2S 纵波直探头。

(5) 扫查部位:风机主轴法兰侧端面；中心孔 0720 m
m
范_ 内 〇
(6)
灵敏度调节：以风机主轴法兰侧295 m m 处平台为基准，调节底面反射波至基准波高
(60% ~80% )，在此基础上提高30 ~42 d B ;视工 件晶粒情况、底面固波高度而定，确保信噪比>6
d B
;以风机主轴法兰处厚度为基准，多次底波法
调节，目标要发现1 m
m
刻槽波高。

(7)
扫査:按锻件检测标准规定速度、重叠比
例进行扫查。

(8) 记录:记录所有超过10%的缺陷信号;对 于20%以上波高应按端点6 d
B
法测定其范围。

(9) 采用机油作为耦合剂。

4结束语
该方案是结合了在制和在役主轴的结构特 点，充分考虑在役主轴的工作状况，并进行了详细 对比分析和试验。

方案内容成功避开了在役主轴
的结构限制，充分把握了主轴运行后的结构特点，
针对主轴的运行工况和可能产生的问题进行了检
测，能够发现在役主轴的运行缺陷。

方案提交业
主后，得到业主的认可并投入实施。

经过16根主轴的检测跟踪和数据统计，证实
了本方案的可行性和正确性。

排除了风场运行主 轴存在的质量问题，消除了业主的疑虑，避免了吊 装主轴带来的巨大经济损失，达到了预期效果。

44。