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风电轴承分类及指标

发布时间：2013-02-07 浏览次数：754

　　近十年来，风力发电作为一项可再生的绿色环保新型洁净能源，受到了各国的高度重视，得到了长足的发展。风力发电机用轴承主要包括：偏航轴承总成(660PME047) 、风叶主轴轴承(24044CC) 、变速器轴承、发电机轴承等，轴承的结构形成主要有四点接触球轴承、交叉滚子轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、深沟球轴承等。其中大型偏航轴承总成和风叶主轴轴承技术难度较大，现在基本依靠进口，是风机国产化的难点之一。风机轴承国产化可提高国内轴承工业的设计应用水平，缩小与国外先进水平的差距，促进国内轴承工业的发展和技术进步，另一方面，可以降低风电成本，加快我国新能源和可再生能源的发展。
　　风力发电机常年在野外工作，工况条件比较恶劣，温度、湿度和轴承载荷变化很大，风速Z高可达23m/s ，有冲击载荷，因此要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命和高可靠性，发电机在2～3级风时就要启动，并能跟踪风向变化，所以轴承结构需要进行特殊设计以保证低摩擦、高灵敏度，大型偏航轴承要求外圈带齿，因此轴承设计、材料、制造、润滑及密封都要进行专门设计。
　　1　风机轴承技术要点分析
　　1.1 偏航轴承总成(660PME047)　
　　偏航轴承总成是风机及时追踪风向变化的保证。风机开始偏转时，偏航加速度ε将产生冲击力矩M = Iε( I为机舱惯量) 。偏航转速à越高，产生的加速度ε也越大。由于I非常大，这样使本来就很大的冲击力成倍增加。另外，风机如果在运转过程中偏转，偏航齿轮上将承受相当大的陀螺力矩，容易造成偏航轴承的疲劳失效。
　　根据风机轴承的受力特点，偏航轴承采用“零游隙”设计的四点接触球轴承，沟道进行特别设计及加工，可以承受大的轴向载荷和力矩载荷。偏航齿轮要选择合适的材料、模数、齿面轮廓和硬度，以保证和主动齿轮之间寿命的匹配。同时，要采取有针对性的热处理措施，提高齿面强度，使轴承具有良好的耐磨性和耐冲击性。
　　风机暴露在野外，因此对该轴承的密封性能有着严格的要求，必须对轴承的密封型式进行优化设计，对轴承的密封性能进行模拟试验研究，保证轴承寿命和风机寿命相同。风机装在40m的高空，装拆费用昂贵，因此必须有非常高的可靠性，一般要求20年寿命，再加上该轴承结构复杂，因此在装机试验之前必须进行计算机模拟试验，以确保轴承设计参数无误。
　　1.2 风叶主轴轴承(24044CC)
　　风叶主轴由两个调心滚子轴承支承。由于风叶主轴承受的载荷非常大，而且轴很长，容易变形，因此，要求轴承必须有良好的调心性能。确定轴承内部结构参数和保持架的结构形式，使轴承具有良好的性能和长寿命。
　　1.3 变速器轴承
　　变速器中的轴承种类很多，主要是靠变速箱中的齿轮油润滑。润滑油中金属颗粒比较多，使轴承寿命大大缩短，因此需采用特殊的热处理工艺，使滚道表面存在压应力，降低滚道对颗粒杂质的敏感程度，提高轴承寿命。同时根据轴承的工况条件，对轴承结构进行再优化设计，改进轴承加工工艺方法，进一步提高轴承的性能指标。
　　1.4 发电机轴承
　　发电机轴承采用圆柱滚子轴承和深沟球轴承。通过对这两种轴承的结构设计、加工工艺方法改进、生产过程清洁度控制及相关组件的优选来降低轴承振动的噪声，使轴承具有良好的低噪声性能。
　　2　风机轴承技术现状
　　目前，国内开发生产的风机轴承主要是变速器轴承和电机轴承，但性能和寿命还达不到要求。因此，90%左右的变速器轴承和电机轴承仍然依赖进口。偏航轴承总成和风叶主轴轴承总成还在研制之中，国内除洛轴、瓦轴等大型国有企业有少量试制外，很少有厂家生产，基本属国内空白。
　　风机轴承开发研制中，存在的主要技术难点是实现长寿命所需的密封结构和润滑脂、特殊的滚道加工方法和热处理技术、特殊保持架设计和加工制造方法等。国内目前的技术水平与国外先进水平相比存在较大差距，但近几年来我国的一些研究单位在这些方面已经取得了一些突破性的研究成果，这必将加速风机轴承国产化的进程。