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技能剖析：風力發電機的軸承處理方案
來源:海力軸承網 時間:2014-05-28
作為風力發電機的首要零部件；軸承的選用一向是主機出產廠商最關懷的難題；不論是軸承本身的描繪；仍是軸承裝備的挑選；都決議著風力發電機主機的運轉功用及運用壽命.
因為風力發電機運轉工況雜亂；主機修理本錢較高；確保其運轉的可靠性；即風力發電機的運用壽命；一向都是困惑主機制作商的重要難題.其間軸承的運用對主機功率的影響極為重要.因而；依據風力發電機的雜亂性；SKF專門為其并開發了一種特別的軸承；即“Nautilus”軸承 一種具有特別的大觸摸角的雙列圓錐滾子軸承（圖1）.
圖1 SKF公司研制的Nautilus軸承
風力發電機主機軸承裝備
傳統的風力發電機軸承裝備為雙軸承支撐.依據風力發電機的作業原理；傳動鏈一般選用如下描繪：主軸、齒輪箱(增速箱)和發電機.在主軸上；采納雙軸承的裝備是比擬傳統且比擬常用的方式；選用的軸承類型依據描繪需要的不一樣而有所不一樣；但一般較為傳統的軸承裝備為球面滾子軸承裝備或圓錐滾子軸承裝備.
雙軸承裝備的優點在于主軸軸承接受了大多數雜亂的風力載荷；除扭矩外；基本上沒有其他載荷會傳遞到傳動鏈的齒輪箱里；給齒輪箱的描繪帶來了極大便當.但這種裝備也有其本身的缺陷；比方傳動鏈較長；除主軸長度外；還要思考主軸與齒輪箱銜接的聯軸器的長度.因而；在小功率的風力發電機中；這種裝備比擬常見.在大功率的風力發電機中；過長的傳動鏈則意味著更大的體積以及更高的制作本錢.
現最新的主軸軸承裝備處理方案為單軸承支撐.跟著風力發電機的開展；大功率風力發電機成為商場開展的趨勢；較高的能量密度也成為各主機制作商爭相追逐的方針；給軸承描繪帶來了極大應戰.
在大功率風力發電機里；要確保有滿意的載荷才干接受較大的風力載荷.因而；主軸；包含軸承的尺度勢必要增大；而這必定會形成主機全體分量的添加；隨之而來的則是主機關聯部件；包含塔架等零部件制作本錢的添加.那么能否有能夠在進步風力發電機功率的一起還能減輕分量并下降整個風力發電機的制作本錢呢？這成為主機廠商和零部件廠商所面對的日益急迫的難題；因為本錢的下降；意味著產物競賽才干的進步.依據以上種種意圖；SKF專門為大功率風力發電機開發了大觸摸角的圓錐滾子軸承（圖2）.
Nautilus軸承的杰出特性
該軸承為背對背裝備的圓錐滾子軸承；具有較大的觸摸角(45).其不只讓單軸承的主軸裝備成為可能；一起大大縮短了傳統描繪中的傳動鏈長度；使緊湊型的風力發電機描繪成為可能.當然；特別的描繪一樣確保了軸承或許說傳動體系的一切功用.
1。較大的觸摸角
傳統的配對(或許雙列)圓錐滾子軸承；觸摸角一般只要20左右；在確保其較大的徑向承載才干以外；軸承的軸向承載才干以及接受傾覆力矩的才干都有必定的約束.因而；在一根主軸上要確保描繪能夠滿意運用的需要；有必要要有別的一個軸承作為第二個支點接受別的的徑向力；并且兩個軸承的裝備；才干滿意整個軸在遭到傾覆力矩時；不會發作變形.
而Nautilus軸承打破了傳統觸摸角的描繪；將每個單列軸承的觸摸角擴大到45.與傳統的雙軸承裝備相比擬；Nautilus軸承兩個單列軸承觸摸點的連線間的間隔遠遠高于一般圓錐滾子軸承；這兩個觸摸點連線的交點能夠作為整個軸系中的兩個焦點；成為支撐軸系運轉的效果點.
2。分段式的工程塑料堅持架
除較大的觸摸角外；該軸承另一個明顯的特征就是選用了分段式工程塑料堅持架.關于軸承的內部部件來說；翻滾體是重要的承載部件；而堅持架除堅持翻滾的運轉狀況外；還有分隔翻滾體防止其相互間發作沖突的功用.堅持架不是一個受力元件；不能接受任何方式的外力.因而；其往往選用較輕的資料來出產；一起；堅持架資料要滿意另一個需要；即滿意的強度.因為堅持架在軸承運轉中的旋轉所需要的動力是由翻滾體所供給的；因而；堅持架的資料需要必定的強度來確保其正常的運轉.
關于SKF Nautilus軸承來說；為了確保觸摸角連線足以接受體系中的受力；軸承的尺度往往都很大；當前商場上運用較多的是直徑為2~2。5 m的軸承產物.因而；下降軸承本身分量成為其描繪中亟待打破的技能難題.作為承載部件的內外圈和翻滾體；為要確保軸承的承載才干；在選材上不能有一點點大意.SKF Nautilus軸承選用的工程塑料；不只能確保滿意的強度；并且分量較輕；確保了軸承的旋轉功用；一起下降了軸承內部的沖突.
分段式描繪是SKF Nautilus軸承另一大特征（圖3）.在該軸承中四五個翻滾體共用一個堅持架組件；而各堅持架組件之間沒有任何其他連接.如果在該軸承中運用傳統的一體式堅持架；因為尺度過大；堅持架本身的分量就會使其發作變形；在軸承運轉進程中；這種變形會招致翻滾體與堅持架的額定觸摸；發作額定沖突.這不只會添加軸承的運轉溫度；并且沖突對堅持架和翻滾體資料的磨損也會招致堅持架乃至翻滾體的變形；結尾影響軸承的承載才干乃至運用壽命.
分段式堅持架；每個組件的個別都很.詞購芏嘧榧旁諞黃穡灰膊換岵湫.一起；因為每個組件只要四到五個翻滾體；因而；堅持架所發作的沖突也會被下降到最小規模內.
3。運用特征
Nautilus軸承現已被廣泛運用在大功率風力發電機中；替代了雙軸承描繪；縮短了傳動鏈的尺度.那么這種運用究竟能帶來啥優點；在運用中又會發作哪些難題呢？
傳統風力發電機主軸的描繪；其軸承的受力分工一般是固定端的軸承接受一切的軸向載荷和有些徑向載荷；而另一個軸承作為起浮端接受有些的徑向載荷.風場風力載荷的巨細決議了所需軸承的尺度；而軸承尺度則決議了兩軸承間的間隔；也決議了整個傳動鏈的長度.
單軸承（Nautilus）描繪是在確保一樣軸接受力條件下；由一個軸承接受一切的軸向和徑向載荷；縮小了整個傳動鏈的尺度.單軸承描繪中除需思考內部預緊力外；關于軸承的運用來講；與雙軸承沒有任何差異.并且單軸承特別的堅持架描繪；使其在脂光滑和油光滑條件下都具有十分好的運轉功用.
在主軸上只要一個軸承；卻要完成兩個軸承的效果；那么；這個軸承的剛度就成為在軸承描繪中有必要思考的要害要素.Nautilus軸承的內圈為兩個別離的部件；經過對風力發電機運用的校核；在出產中將軸承的內部游隙描繪到抱負規模；在軸承裝置后；就能到達最優化的預緊力；簡化軸承的裝置進程；一起滿意軸承正常運轉的需要.
圓錐滾子軸承的描繪
在早期的商場上；為了滿意單軸承的描繪需要；一般選用的軸承為三列圓柱滾子軸承.該軸承的描繪類似于反轉支承；一列翻滾體(類似于圓柱滾子軸承)接受一切的徑向力；別的兩列翻滾體(類似于滾子推力軸承)接受體系中的雙向軸向力.該軸承好像能夠滿意單軸承裝備的一些功用；但經過軸承運轉的剖析發現作為推力軸承功用的兩列翻滾體在軸承做整圈旋轉時；翻滾體的兩個端面不能到達一樣的線速度；這就意味著在軸承運轉進程中存在很多的滑動沖突.而作為翻滾軸承；滑動沖突是要竭力防止的；因為它不只會帶來更多的軸承發熱；一起滑動沖突的光滑在軸承光滑中也是十分扎手的一個難題.因為描繪上的一些難題；該軸承如今已不能滿意日益走向大功率化的風力發電機的需要.
不一樣描繪堅持架的比擬
除SKF Nautilus軸承的堅持架描繪外；商場上還有幾種不一樣的堅持架描繪.現別離比擬一下幾種堅持架的優缺陷.
圖4為金屬一體的穿銷式堅持架.望文生義；該軸承的翻滾體為通孔式描繪；在翻滾體中心有一根銷子別離銜接在堅持架側圈的兩頭.在描繪上；這種軸承的翻滾體尺度要比一樣尺度的其他軸承大得多；因為不只要滿意滿意的承載才干；還要在翻滾體內部開一個通孔以便穿銷式堅持架的裝置.別的；滑動部件的光滑是一個很重要的難題；這在上文中現已提及.該軸承翻滾體內孔與堅持架穿銷之間全部都是滑動沖突；不只光滑難題欠好處理；它所帶來的軸承發熱也是有必要要重視的難題.
另一種典型描繪是沒有堅持架的滿滾子軸承描繪.當然；從主軸軸承較低的轉速來看；滿滾子軸承所帶來的旋轉才干的下降不足以成為該軸承運用的阻止.可是；翻滾體之間的沖突則是一個不行無視的要害.
軸承中之所以要描繪堅持架；一個重要的功用就是將相鄰的兩個翻滾體分隔；在軸承運轉時防止軸承翻滾體內部的沖突；下降沖突及噪聲.因而；滿滾子軸承盡管具有很高的承載才干；可是在主軸軸承上；因為翻滾體內部的沖突其依然不是抱負的挑選.
別的；上文中提及的另一種堅持架描繪；即與傳統軸承相似的一體式堅持架.在SKF Nautilus軸承中沒有挑選一體式堅持架；首要是因為其尺度過大；本身分量會引起堅持架的變形；帶來更多的翻滾體與堅持架之間的沖突.此外；作為發作動力的設備；風力發電機描繪中的一個重要難題就是進步能量密度；最大化的下降其零部件的能量丟失.從此視點動身；一體式堅持架也有著局限性.
風力發電機；因其特別的運用工況；對零部件的挑選至關重要.據研究報告顯現；到2012年；風力發電的裝機容量將由2007年的90000 MW上升至290000MW.風力發電機制作商及運營商；都越來越傾向于高可靠性的風力發電機主機；以到達經濟效益與生態效益的平衡.
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