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摘要：风力发电作为清洁能源，成为我国重点投资的新兴能源领域，随着单机功率的越来越大，为确保机组的正常运行及寿命，需对机组振动情况进行监测。本文主要介绍了某款双馈风力发电机振动加速度试验、考核情况，对振动超差的原因进行了分析，并针对性地采取相应措施，从而达到提高产品可靠性的目的。
关键字： 双馈风力发电机 振动加速度 轴向磁拉力
0 引言
针对某款双馈风力发电机预研机型，作为一项研究性试验内容，使用在线振动监测设备CMS，对起动—运行—停机阶段进行振动监测。根据《GB10068 轴中心高为56mm及以上电机的机械振动 振动的测量、评估及限值》及《NB/T31004-2011振动状态监测导则》要求，在发电机传动端（前端）、非传动端（后端）垂直、水平、轴向6个方向进行振动加速度监测，起动和停机阶段振动加速度≤10m/s2，运行阶段振动加速度≤3.6m /s2。
1 引出问题
发电机在空载电动机工况，同步速运行阶段，试验监测前端振动加速度值4～5m/s2（见图一 前端振动超差）;后端振动加速度超差，同时伴随吱吱音（见图二 后端振动超差）。
2 原因分析
2.1轴承预紧力不足，摩擦力过大
2.1.1倾斜验证试验
双馈风力发电机设计，轴承结构前端为固定端，后端为浮动端，由后端弹簧对轴承外滚道施加一个预紧力，从而使得前、后端轴承滚动体在整个滚道运动中，由轴承内、外滚道施加均匀受力。试验中前端振动加速度值超差，有吱吱因，分析前端轴承预紧力不足，用试验来验证。因实际发电机倾斜某个角度安装（前端高于后端）运行，转子重力沿轴向分量，相当于对轴承一个额外预紧力，在倾斜平台进行了试验，振动加速度试验值0.9～1.2m/s2，运行阶段平稳，无异音。
2.1.2 水平、倾斜试验对比
对水平放置试验合格的做倾斜试验对比。起动—运行—降速阶段整个过程前端振动加速度值符合要求，无异响。后端从起动到运行阶段的前15分钟振动加速度值超，波形图杂乱，运行约15分钟后后端振动值符合要求，无异响。原因分析在电机由水平状态进入倾斜安装时，电机运转过程中轴承系统从一种平衡状态进入到另一种平衡状态，这个过程需要时间，最后达到力的平衡。
2.1.3 增大弹簧预紧力验证试验
水平放置试验不合格，前端振动值超差，后端弹簧间接提供前端轴承预紧力不足，在电机后内轴承盖内增加约800N力（弹簧的刚度系数x弹簧个数x压缩量，1.49%额定动载荷）进行试验，试验结果一台试验全程监测数据合格，无异响;一台试验前端运行阶段振动加速度值超，实测值7～8m/s?，无吱吱声。
分析认为：考虑转子重量，轴承与轴承室摩擦因数取0.25，计算摩擦力9400N，单边约4700N，从现场测量的数据计算弹簧预紧力为4735N（约1.27%额定动载荷），弹簧预紧力只比摩擦力略大，增大后端弹簧预紧力，增加800N为5585N（约1.49%额定动载荷），此时作用于前端轴承，由于轴承轴向游隙为0.96将使弹簧预紧力在现有的基础上逐渐减小，始终无法对前端轴承达到理想状态，表现为前端有异响，振动加速度值超差。进一步加大轴承后端的弹簧预紧力会超过1.55%的推荐值，再用试验来验证。在后端增加弹簧超过推荐值，前端合格，但后端振动加速度值超，有异响。
结论：弹簧预紧力可适当增加，只是其中的一种原因。
2.2 磁拉力轴向分量原因
2.2.1定、转子通风道对齐情况验证
对上面两台电机解体，测量后端轴承室与轴承端面的间隙，测量结果两台间隙数值相差0.2内，证明两台电机的加工、装配误差不大，轴承预紧力基本一致。观测定、转子每档径向通风道对齐情况，有差异：从定子铁心上方某一位置透过通风道进行每档观测，试验合格的那台前7档基本对齐，后9档转子相对定子铁心每档向前偏约1.5mm;另一台转子铁心相对定子铁心每档向后偏约1～1.5mm。
分析认为：转子铁心相对定子铁心向前偏、向后偏导致电机运转中磁拉力沿轴向方向的分力方向不同，进而影响前后端轴承滚动体的受力状态。定、转子通风道对齐情况由铁心叠压尺寸控制及定、转子中心公差带偏差引起。
转子铁心相对定子铁心向后偏，由于磁拉力的轴向分量向前，不但对前端轴承不利，亦对后端轴承产生过大的预紧力，通过试验验证结果为前、后端振动加速度值均超，有吱吱声。
转子铁心相对定子铁心向前偏，由于磁拉力的轴向分量向后，对前端轴承有利，同时适当增大后端弹簧预紧力，大于转子轴承室的摩擦力，可达到理想状态，通过试验也验证了这点。
结论：定、转子铁心通风道对不齐，且转子相对定子偏的方向不一致是一种原因。
2.2.2 偏移量验证
计算转子相对定子的偏移量有多大，是否影响通风散热，增加电机的温升，并通过试验来验证。
电磁力的轴向分量至少应大于前面计算的摩擦力4700N，上限不能超过1.55%的额定动载荷，即应该在4705N～5925N之间，采用磁拉力的计算方法在轴向分量得到转子向前偏移1.8～2.3mm，轴向分量为4705N～5925N，这是理想情况每档均向前偏移1.8～2.3mm，实际现场每档情况不尽相同，需通过试验来验证。分别按照三种方案进行验证：从定子铁心上方某一位置观察通风道對齐情况一号方案为基本对齐;二号方案转子向前累积偏移约16mm;三号方案转子向前累积偏移28mm。试验结果为一号方案基本对齐的前端三个方向振动加速度超，有吱吱音;二号方案前端无吱吱音，声音均匀，三个方向垂直、水平方向合格，但是轴向方向不稳定，从波形看周期性的高点超过标准值（也有其他两个方向某个方向超差的情况）;三号方案前、后端振动加速度值符合要求，无异响，声音均匀。 试验结果验证了分析，对于第二种方案分析认为单档平均偏移0.5～1mm，定、转子铁心叠压时，由于冲片毛刺不均匀或加压不均匀造成铁心圆周不等高（从圆周铁长测量数据说明），在电机运行时轴向分量的磁拉力方向不稳定造成。从电机温升试验对比情况看，温升无明显差异。
2.3 谐波振动
结合频谱分析来看，即使振动加速度试验合格的电机，亦存在二阶谐波频率附近，有明显振动高点值存在。
3 措施
3.1 适当增加弹簧预紧力，减小摩擦力
在现有弹簧规格不变的情况下，后内轴承盖增加约800N的弹簧预紧力，总预紧力增加到额定动载荷的1.49%。
提高后轴承室粗糙度等级，由现在精车加工改为精磨加工，粗糙度等级提高到0.8，減小摩擦力。
3.2 铁心中心公差带调整及叠压尺寸控制
对配件尺寸及加工基准进行调整，将装配后的尺寸链转子铁心向后偏移极限偏差调整到0.85。机座热套位以传动端止口作为加工基准，定子铁心热套位以铁心档作为加工基准，对转子铁心叠压尺寸进行调整，装配后的转子相对定子向前偏1.65～2.79之间。
加强定、转子铁心叠压尺寸控制及冲片毛刺圆周均匀性检测要求。铁心叠压过程中，现场须制定每档累积尺寸控制表格，公差控制在±0.5，单档叠片时须对前面几档的累积误差作出调整，最后一档作为铁心总长尺寸的调整，测量叠片过程中累积尺寸与成品尺寸之间的数据差异，总结经验达到最佳值。对冲片毛刺均匀性作出要求，现有毛刺要求不超过4s，应明确圆周分布几个点、对齿部、扼部分别检测，最大、最小毛刺要求不超过2s。
3.3 改进试验
3.3.1 定子斜槽试验
为降低高阶电磁谐波对振动造成的影响，保证定、转子通风散热，在定、转子通风道对齐的情况下，定子采用斜槽，同样转子受到的电磁力在轴向有个分量，利用这个分量，对前端轴承施加一个预紧力。
3.3.2 弹簧试验
现有弹簧计算下来的预紧力，一是预留压缩量过小，二是刚度系数过大，当转子铁心相对定子铁心向后偏时，自适应平衡能力差，应选择预留压缩量大，刚度系数小，总预紧力不变的弹簧进行试验。
4 结束语
针对双馈风力发电机单机功率越来越大，通过试验验证了适当增大后端弹簧预紧力并减小轴承室摩擦力是有效的，同时在未进行斜槽研究、弹簧试验前，采取定、转子通风道错位方向一致性亦是有效的，对减小双馈风力发电机振动加速度设计具有参考意义。
参考文献
[1] 宋亦旭.《风力发电机的原理与控制》机械工业出版社。
[2] 邓爱华.《浅析降低电机振动和噪音的措施》，中国科技纵横2012（7）：94。
关键字： 双馈风力发电机 振动加速度 轴向磁拉力
0 引言
针对某款双馈风力发电机预研机型，作为一项研究性试验内容，使用在线振动监测设备CMS，对起动—运行—停机阶段进行振动监测。根据《GB10068 轴中心高为56mm及以上电机的机械振动 振动的测量、评估及限值》及《NB/T31004-2011振动状态监测导则》要求，在发电机传动端（前端）、非传动端（后端）垂直、水平、轴向6个方向进行振动加速度监测，起动和停机阶段振动加速度≤10m/s2，运行阶段振动加速度≤3.6m /s2。
1 引出问题
发电机在空载电动机工况，同步速运行阶段，试验监测前端振动加速度值4～5m/s2（见图一 前端振动超差）;后端振动加速度超差，同时伴随吱吱音（见图二 后端振动超差）。
2 原因分析
2.1轴承预紧力不足，摩擦力过大
2.1.1倾斜验证试验
双馈风力发电机设计，轴承结构前端为固定端，后端为浮动端，由后端弹簧对轴承外滚道施加一个预紧力，从而使得前、后端轴承滚动体在整个滚道运动中，由轴承内、外滚道施加均匀受力。试验中前端振动加速度值超差，有吱吱因，分析前端轴承预紧力不足，用试验来验证。因实际发电机倾斜某个角度安装（前端高于后端）运行，转子重力沿轴向分量，相当于对轴承一个额外预紧力，在倾斜平台进行了试验，振动加速度试验值0.9～1.2m/s2，运行阶段平稳，无异音。
2.1.2 水平、倾斜试验对比
对水平放置试验合格的做倾斜试验对比。起动—运行—降速阶段整个过程前端振动加速度值符合要求，无异响。后端从起动到运行阶段的前15分钟振动加速度值超，波形图杂乱，运行约15分钟后后端振动值符合要求，无异响。原因分析在电机由水平状态进入倾斜安装时，电机运转过程中轴承系统从一种平衡状态进入到另一种平衡状态，这个过程需要时间，最后达到力的平衡。
2.1.3 增大弹簧预紧力验证试验
水平放置试验不合格，前端振动值超差，后端弹簧间接提供前端轴承预紧力不足，在电机后内轴承盖内增加约800N力（弹簧的刚度系数x弹簧个数x压缩量，1.49%额定动载荷）进行试验，试验结果一台试验全程监测数据合格，无异响;一台试验前端运行阶段振动加速度值超，实测值7～8m/s?，无吱吱声。
分析认为：考虑转子重量，轴承与轴承室摩擦因数取0.25，计算摩擦力9400N，单边约4700N，从现场测量的数据计算弹簧预紧力为4735N（约1.27%额定动载荷），弹簧预紧力只比摩擦力略大，增大后端弹簧预紧力，增加800N为5585N（约1.49%额定动载荷），此时作用于前端轴承，由于轴承轴向游隙为0.96将使弹簧预紧力在现有的基础上逐渐减小，始终无法对前端轴承达到理想状态，表现为前端有异响，振动加速度值超差。进一步加大轴承后端的弹簧预紧力会超过1.55%的推荐值，再用试验来验证。在后端增加弹簧超过推荐值，前端合格，但后端振动加速度值超，有异响。
结论：弹簧预紧力可适当增加，只是其中的一种原因。
2.2 磁拉力轴向分量原因
2.2.1定、转子通风道对齐情况验证
对上面两台电机解体，测量后端轴承室与轴承端面的间隙，测量结果两台间隙数值相差0.2内，证明两台电机的加工、装配误差不大，轴承预紧力基本一致。观测定、转子每档径向通风道对齐情况，有差异：从定子铁心上方某一位置透过通风道进行每档观测，试验合格的那台前7档基本对齐，后9档转子相对定子铁心每档向前偏约1.5mm;另一台转子铁心相对定子铁心每档向后偏约1～1.5mm。
分析认为：转子铁心相对定子铁心向前偏、向后偏导致电机运转中磁拉力沿轴向方向的分力方向不同，进而影响前后端轴承滚动体的受力状态。定、转子通风道对齐情况由铁心叠压尺寸控制及定、转子中心公差带偏差引起。
转子铁心相对定子铁心向后偏，由于磁拉力的轴向分量向前，不但对前端轴承不利，亦对后端轴承产生过大的预紧力，通过试验验证结果为前、后端振动加速度值均超，有吱吱声。
转子铁心相对定子铁心向前偏，由于磁拉力的轴向分量向后，对前端轴承有利，同时适当增大后端弹簧预紧力，大于转子轴承室的摩擦力，可达到理想状态，通过试验也验证了这点。
结论：定、转子铁心通风道对不齐，且转子相对定子偏的方向不一致是一种原因。
2.2.2 偏移量验证
计算转子相对定子的偏移量有多大，是否影响通风散热，增加电机的温升，并通过试验来验证。
电磁力的轴向分量至少应大于前面计算的摩擦力4700N，上限不能超过1.55%的额定动载荷，即应该在4705N～5925N之间，采用磁拉力的计算方法在轴向分量得到转子向前偏移1.8～2.3mm，轴向分量为4705N～5925N，这是理想情况每档均向前偏移1.8～2.3mm，实际现场每档情况不尽相同，需通过试验来验证。分别按照三种方案进行验证：从定子铁心上方某一位置观察通风道對齐情况一号方案为基本对齐;二号方案转子向前累积偏移约16mm;三号方案转子向前累积偏移28mm。试验结果为一号方案基本对齐的前端三个方向振动加速度超，有吱吱音;二号方案前端无吱吱音，声音均匀，三个方向垂直、水平方向合格，但是轴向方向不稳定，从波形看周期性的高点超过标准值（也有其他两个方向某个方向超差的情况）;三号方案前、后端振动加速度值符合要求，无异响，声音均匀。 试验结果验证了分析，对于第二种方案分析认为单档平均偏移0.5～1mm，定、转子铁心叠压时，由于冲片毛刺不均匀或加压不均匀造成铁心圆周不等高（从圆周铁长测量数据说明），在电机运行时轴向分量的磁拉力方向不稳定造成。从电机温升试验对比情况看，温升无明显差异。
2.3 谐波振动
结合频谱分析来看，即使振动加速度试验合格的电机，亦存在二阶谐波频率附近，有明显振动高点值存在。
3 措施
3.1 适当增加弹簧预紧力，减小摩擦力
在现有弹簧规格不变的情况下，后内轴承盖增加约800N的弹簧预紧力，总预紧力增加到额定动载荷的1.49%。
提高后轴承室粗糙度等级，由现在精车加工改为精磨加工，粗糙度等级提高到0.8，減小摩擦力。
3.2 铁心中心公差带调整及叠压尺寸控制
对配件尺寸及加工基准进行调整，将装配后的尺寸链转子铁心向后偏移极限偏差调整到0.85。机座热套位以传动端止口作为加工基准，定子铁心热套位以铁心档作为加工基准，对转子铁心叠压尺寸进行调整，装配后的转子相对定子向前偏1.65～2.79之间。
加强定、转子铁心叠压尺寸控制及冲片毛刺圆周均匀性检测要求。铁心叠压过程中，现场须制定每档累积尺寸控制表格，公差控制在±0.5，单档叠片时须对前面几档的累积误差作出调整，最后一档作为铁心总长尺寸的调整，测量叠片过程中累积尺寸与成品尺寸之间的数据差异，总结经验达到最佳值。对冲片毛刺均匀性作出要求，现有毛刺要求不超过4s，应明确圆周分布几个点、对齿部、扼部分别检测，最大、最小毛刺要求不超过2s。
3.3 改进试验
3.3.1 定子斜槽试验
为降低高阶电磁谐波对振动造成的影响，保证定、转子通风散热，在定、转子通风道对齐的情况下，定子采用斜槽，同样转子受到的电磁力在轴向有个分量，利用这个分量，对前端轴承施加一个预紧力。
3.3.2 弹簧试验
现有弹簧计算下来的预紧力，一是预留压缩量过小，二是刚度系数过大，当转子铁心相对定子铁心向后偏时，自适应平衡能力差，应选择预留压缩量大，刚度系数小，总预紧力不变的弹簧进行试验。
4 结束语
针对双馈风力发电机单机功率越来越大，通过试验验证了适当增大后端弹簧预紧力并减小轴承室摩擦力是有效的，同时在未进行斜槽研究、弹簧试验前，采取定、转子通风道错位方向一致性亦是有效的，对减小双馈风力发电机振动加速度设计具有参考意义。
参考文献
[1] 宋亦旭.《风力发电机的原理与控制》机械工业出版社。
[2] 邓爱华.《浅析降低电机振动和噪音的措施》，中国科技纵横2012（7）：94。