【科普】风机轴承的分类与要求

风电峰观察 2018-05-21 14:36:57
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  风力发电机组一般分双馈式、直驱式和半直驱式等,各种轴承被广泛应用于风力发电机组中,应用轴承数量最多且类型最全的当属传统双馈式风机,一台风力发电机组应用轴承最多可达32套。所以选好轴承对保证风电机组的安全稳定运行非常重要。

  风力发电机组都安装在野外风沙或者湿度比较大的地区,风电轴承的工况条件非常恶劣,需要承受的温度、湿度和载荷变化的范围很大。特别是偏航和变桨轴承需要承受较大的轴向力和倾覆力矩,变速箱轴承需要承受在启动和制动时巨大的冲击载荷,同时还要求风机变速箱轴承在低速启动时具备低摩擦力矩和高运转灵活性的特点。


  风力发电机组轴承一般分为以下几种:偏航轴承、变桨轴承、主轴轴承、变速箱轴承和发电机轴承。根据轴承类型不同,技术要求也不同。

1、偏航、变桨轴承
  这类轴承一般都是总成设计,采用单排四点接触球转盘轴承或双排四点接触球转盘轴承,应该符合如下技术要求:



四点接触球轴承


  根据风机轴承的受力特点,偏航轴承都采用小游隙,变桨轴承采用零游隙或者“负游隙”设计的四点接触球轴承,沟道要进行特别设计及加工,可以承受大的轴向载荷和力矩载荷。总成中的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。

  由于风机暴露在野外,因此对轴承的密封性能有着严格的要求,必须对轴承的密封形式进行优化设计,以保证轴承寿命和风机寿命相同。风机都装在50m以上甚至上百米的高空,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,因此对设计制造的要求极高。
2、主轴轴承

  主轴轴承一般为调心滚子轴承,亦有采用大锥角双列圆锥滚子轴承的,大多数叶轮主轴是由两个调心滚子轴承支承。由于叶轮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。



双列圆锥滚子轴承

3、齿轮箱轴承

  齿轮箱轴承数量多,种类也多,包含深沟球轴承、圆柱滚子轴承、满滚子圆柱滚子轴承、双列圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、推力调心滚子轴承以及四点接触球轴承。


  齿轮箱中的轴承主要是靠齿轮箱中的齿轮油润滑,润滑油中金属颗粒比较多,会明显影响轴承寿命,因此需要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。同时还需要根据轴承的工况条件,对轴承结构进行优化,改进轴承加工工艺,进一步提高轴承的性能指标。

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。要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。

  从主轴到发电机所用轴承统称为传动系统轴承,这些轴承从结构型式上看大多为标准轴承,所不同的是,为了保证高可靠性,除在材料和热处理方面有一些特殊要求外,还需要采用其他关键技术。


  例如,钢材质量控制技术和控制措施;转盘轴承套圈表面淬火硬度以及有效硬化层深度的控制,淬火裂纹的防止;圆锥滚子轴承及圆柱滚子轴承球基面与挡边接触位置和形状的优化;调心滚子轴承内圈、滚子和外圈工作面硬度和粗糙度匹配的优化;套圈和滚动体的无损探伤;残余奥氏体含量的最佳控制等。

来源:MM《现代制造》