从“单点监测”到“阵列布控”：多探头全息透视变桨轴承裂纹从萌芽到断裂

在风电机组的运行中，变桨轴承被称为“隐形炸弹”。

它不仅承受叶片巨大的翻转力矩和交变载荷，更因螺栓孔区域刚度最弱、应力最集中，成为裂纹的高发点。

交变载荷：叶片重量引起的倾覆力矩周期性反转，形成对称正弦载荷曲线；

图 1

疲劳累积效应：年均约 200 万次交变应力循环；

位置特异性响应：螺栓孔区域刚度最低，承受最大交变应力幅值。

图 2

一旦裂纹发生，轻则导致停机，重则造成叶片脱落。而传统人工检测方式对裂纹的预警往往具有极大的偶然性，很难精准预警裂纹发生、发展趋势及最终断裂时间，留给运维人员的处置窗口极其有限。

事实上，螺栓孔疲劳裂纹会随着交变载荷的累积，由叶根方向逐步向轮毂方向拉通。如何做到对裂纹的早发现、全跟踪、可量化管理，成为提高发电量的关键。

图 3

创新方案：三探头布阵，掌控裂纹发展全程

上海应谱基于变桨轴承裂纹扩展规律，在重点螺栓孔部位布置三重电涡流探头，形成递进式监测网络：

探头一：裂纹初始点 —— 螺栓孔靠近叶根方向，捕捉裂纹初始发生的时间；

探头二：裂纹扩展点 —— 孔位与轴承中部之间，追踪裂纹扩展进度；

探头三：裂纹贯通点 —— 靠近轮毂，预警裂纹即将贯通。

这一布阵方式，如同为变桨轴承部署了“三重哨兵”：

前哨负责发现、主哨负责追踪、后哨负责警报。

不仅能提前捕捉裂纹萌生，还能实时跟踪裂纹从叶根到轮毂的扩展路径与速率，帮助运维人员科学决策：

是立即更换，还是延长运行、择机停机？

图 4

实际案例

项目背景

某沿海风电场，48 台 2MW 机组，服役超 10 年；

变桨轴承裂纹频发，重点集中在外圈 0°和 180° 区域；

在频繁开裂的 8 条螺栓孔位，布置三重探头。

图 5

监测结果

1 月 20 日：探头一捕捉到 7 号螺栓孔裂纹萌生（初始宽度约 0.15 mm）；

监测曲线图

4 月 15 日：探头二信号增强，裂纹扩展至 65 mm 以上；

监测曲线图

6 月 1 日：探头三报警，提示裂纹接近贯通。

监测曲线图

处置与成效

业主提前做好维修预案，直至第三探头报警后才更换轴承；

避免灾难性停机，额外多发电 200 万度，直接增收超 百万元人民币。

三大价值

更早预警：裂纹初始即预警，比传统方法提前数周；

趋势可控：裂纹扩展速率量化，安全窗口期清晰；

收益最大化：合理安排停机与更换时机，安全与经济双赢。

通过科学的探头布置和实时算法，风电场业主真正实现了：

知风险 —— 裂纹何时发生、发展到哪一步；

控节奏 —— 裂纹是否可控，是否能延长运行；

保收益 —— 发更多电，同时避免事故。

变桨轴承裂纹监测，正在成为风电运维的新标准。