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大型风电轴承的发展趋势

发布时间：2012-09-07 浏览次数：852

作者：冯世龙
（铁姆肯公司中国区总裁）

　　很多研究以及目前主要制造商的设计趋势表明，圆锥滚子轴承更能适应大型风电机组的运行。圆锥滚子轴承可承受复合载荷，提高系统刚性，保证风机在更大的载荷下稳定运行。
　　在风能行业，铁姆肯公司能够提供Z佳的摩擦管理解决方案。从轴承设计应用到轴承替换、修复服务到状态监测和润滑系统，包括针对充满挑战性的兆瓦级风机的可靠运营的高端解决方案，铁姆肯公司都坚持为风机用户提供全面支持。针对风电行业，铁姆肯公司提供的主要解决方案包括：高性能轴承解决方案以及可靠性解决方案。
　　高性能轴承解决方案
　　Timken高性能轴承采用高级材料、先进的表面加工、内部几何修型和涂层。
　　在负荷多变，环境恶劣的风机应用中，需要从轴承材料人手，进而通过合理的选型设计，使轴承能够承受更高的负荷，降低轴承应力。
　　在表面工程处理方面，铁姆肯公司的涂层和表面加工应用于风机轴承和齿轮，以延长其疲劳寿命、抗腐蚀并减轻摩擦。
　　风机齿轮传动中的轴承滚道所接触到的润滑剂通常会受到来自齿轮的大颗粒磨粒影响。为了解决这些问题，铁姆肯公司专门推出了抗磨粒轴承。根据测试结果，这种抗磨粒轴承在多磨粒环境中所表现由的疲劳寿命是标准轴承的3倍。
　　可靠性解决方案
　　随着风速和风向不断发生变化，风机需要应对不断变化的速度、负荷和工作温度。铁姆肯公司将专业工程知识和状态监测设备相结合，能监测设备的运行状态，预测可能发生的机械问题，帮助客户安排维护，确保客户的设备以Z佳状态运行。铁姆肯公司针对风电应用推出的在线智能系统能解决目前诸多监测问题，非常适用于风电行业。而且，其还能根据风机独特的要求为客户定制额外的可靠性解决方案，包括振动分析、红外热成像和润滑油分析等。铁姆肯公司的轴承设计理念是使产品适用于全寿命周期(20年)的解决方案，满足客户在轴承使用寿命期间(甚至更久)的各种需求。同时，铁姆肯公司还向客户提供润滑、密封、维护和轴承修复等服务支持，从而能够保障设备可靠稳定地运行。
　　目前，风能技术问题日益受到关注，铁姆肯公司Z近专门在官网上建立于风能知识中心。公司风能行业的顶级专家定期在该网页上发表博客，就风能领域普遍关心的问题发表看法，并与感兴趣的读者展开在线讨论，其中也涉及解决方案问题，为专业人士和顾客提供更多的技术支持。
　　大型风机用轴承
　　Timken轴承广泛用于各种标准齿轮箱式风机、直驱式风机和混合型风机。针对这些大型风机，铁姆肯公司可以提供众多产品，主要包括圆锥滚子轴承(单列TS型、双列TDI型、球面外径的双外围TDODA型以及主轴超大型双列圆锥滚于轴承)、圆柱滚于轴承和集成行星齿轮轴承组件等。
　　圆锥滚子轴承专为承受既有径向力又有轴向力的复合载荷而设计，在风速和风向随时发生变化的情况下，是掌控应力的理想选择。该类轴承功率密度高，能在Z紧凑的市局中提供Z佳性能。铁姆肯公司不同类型的圆锥滚子轴承在风机主轴和增速箱中均得到广泛的应用，为风机长期稳定的运行提供保障。
　　除了轴承产品之外，铁姆肯公司还提供润滑产品、密封产品、状态监测、维护工具和轴承修复服务，为风机用户提供全套支持，进一步提高设备可靠性并改善性能。
　　技术发展新趋势
　　随着风电机组单机容量的增大，一个主要的设计方向是降低机舱重量，也即降低每千瓦电力所需的原材料投入(kg/kW)。很多研究以及目前主要制造商的设计趋势表明，圆锥滚子轴承更能适应大型风电机组的运行。圆锥滚子轴承可承受复合载荷，提高系统刚性，保证风机在更大的载荷下稳定运行。无论用于齿轮箱还是主轴上，圆锥滚于轴承的设计都能在保证可靠运行的基础上有效的控制轴承尺寸和主轴及齿轮箱等相关部件的尺寸，防止机舱重量增加过多，有助于风机设计的进一步升级。
　　另外，针对带齿轮箱式风机主齿轮箱的行星齿轮的应用，铁姆肯公司开发了两种创新产品：Planet-Pac Bearing (集成行星齿轮轴承组件)和Integrated Flexpin Bearing(IFB，即集成式柔性销轴承)。集成行星齿轮轴承组件将圆锥滚子轴承外围与齿轮集成，避免了外圈产生的磨损。设计简洁紧凑，降低了系统成本。
　　集成柔性销轴承整合了轴承、齿轮及销轴，能够实现更高的功率密度，也即在更小的尺寸空间中承受更高的负载，符合大型风机的设计要求：高载荷，低重量。这种设计能有效改善行星齿轮箱的负荷分布，提高传动效率，从而既有效提高了系统的性能和疲劳寿命，又减小了齿轮箱的尺寸，主要应用于风力发电和其他各种动力传输设计中。

来源：《现代制造》　2010年21期