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最新消息| 04-14 風機軸承研制的關鍵技術要點 | 2021-05-12 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://new.qq.com/omn/20210415/20210415A07UYJ00.html" 1、代號方法國外各家廠商的風電軸承的代號尚未確切信息，國產風力發電機偏航、變槳軸承代號方法采用JB／T10471―2004中轉盤軸承的代號方法，但是在風力發電機偏航、變槳軸承中出現了雙排四點接觸球式轉盤軸承，而此結構軸承的代號在JB／T10471―2004中沒有規定，因此，在風電軸承標準中增加了雙排四點接觸球轉盤軸承的代號。由于單排四點接觸球轉盤軸承的結構型式用01代號表示，而02代號表示的是雙排異徑球轉盤軸承結構型式，因此有公司用03代號表示雙排四點接觸球轉盤軸承結構。2、技術要求2.1基本要求風力發電機常年在野外工作，工況條件惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風速最高可達23ms，且帶有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封和潤滑性能、耐沖擊、長壽命和高可靠性。因為發電機在2-3級風時就要啟動，并能跟隨風向變化而轉動，所以需要特殊的軸承結構設計，以保證滿足低摩擦、高靈敏度的要求。在設計和制造中，對外圈帶齒的大型偏航軸承的材料加工、熱處理、潤滑、密封和防腐都有特別高的要求，需要進行專門設計研究。風力發電機主機壽命設定為20年，因此，要求風電軸承的可靠性壽命與機組壽命相同，且在20年以上，這是因為軸承安裝位置不易拆裝，且拆裝費用高，周期長。2.2安裝部位在風機的轉子主軸、齒輪箱（增速機）、發電機、偏航齒輪箱（減速機）、以及偏航旋轉座、葉片節矩旋轉座、液壓泵等部位都使用軸承。偏航軸承安裝在塔架與座艙的連接部，變槳軸承安裝在每個葉片的根部與輪轂連接部位。其中用于變槳和偏航系統的變槳軸承和偏航軸承為特大型轉盤軸承。2.3設計要求2.3.1轉子主軸軸承轉子主軸軸承，在經受變動負荷的同時，需反復不規律地起動、加速、減速、停止。因此除研究轉子主軸軸承設計外，對軸承類型、軸承游隙、軸承滾子個數、凸面加工、保持架結構等各種條件，特別是對軸承使用部位的最小負荷、平均負荷、最大負荷，以及最佳技術條件的研究尤為重要。設計時要考慮到最大承載負荷時，軸箱的必要強度和平均載荷時軸箱的變形，需進行軸承壽命的研究，選擇滿足沒有額外累贅的瘦身軸箱設計，并在實用上充分計算主軸軸承的壽命。另外，需考慮軸箱和外圈滾道面的變形，計算出各滾動體負荷，以及計算旋轉套圈和固定套圈各自的壽命。依據ISO,IEC,GL等國際規定對軸承理論壽命的計算制訂指導方針。計算基準為：工作時間175000小時（20年）以上，安全率（靜額定載荷靜等效載荷）2.0。軸承的理論壽命采用以下公式進行計算：Lmnh=aISO×10660n（CP）paISO：壽命修正系數n:旋轉速度（min-1）C:基本動額定載荷（N）P:動等效載荷p:球軸承p=3；滾子軸承p=1032.3.2發電機用軸承通常在發電機中配置深溝球軸承支持轉子并采用脂潤滑。用于發電機的軸承必須防止電蝕損傷。為此，在軸承外圈的外徑部位至側面均應噴鍍特殊陶瓷層。噴鍍絕緣陶瓷的軸承的抗電阻值要大于100MΩ，具有抗絕緣破壞電壓2KV以上的絕緣性能。2.3.3增速機軸承增速機中使用的變槳軸承要求具有高可靠性，輕量化及小型化的特點。特別是高速軸的支承軸承，由于受軸向載荷和徑向載荷的合成載荷作用，軸承壽命受到很大影響。與低速軸的軸承相比，該部位須采用既具有高載荷能力又具有高速性的軸承。2.3.4偏航驅動裝置軸承偏航驅動裝置軸承應符合減速機要求的既小型化，又大扭矩傳輸的特性，設計的截面要低，具有高剛性承受來自小齒輪的力矩載荷。為此，用于減速機主軸的角接觸球軸承采用加深內外圈滾道溝，提高軸向載荷能力的特殊設計。2.3.5結構形式由于風電用轉盤軸承除受較大的傾覆力矩外，還受空氣動力和葉片轉動等多種復雜疲勞載荷的影響，再加上高可靠性和長壽命的要求，更應在設計結構時注意軸承的動載荷能力，尤其是滾道的抗疲勞壽命。雖然國內標準已對變槳和轉盤軸承的結構形式作出規定，但并沒有給出合理的選型結構，從目前的裝機使用情況來看，變槳軸承多采用雙排四點接觸球軸承，偏航軸承多采用單排四點接觸球軸承，也有少量采用交叉滾子或其他形式的。2.4材料風電軸承的偏航、變槳軸承套圈材料一般選用42CrMo鋼材，熱處理采用整體調質處理，調質后硬度為229HB―269HB，滾道部分采用表面淬火，淬火硬度為55HRC-62HRC。傳動系統軸承套圈一般采用ZGGr15或ZGGr15SiMn鋼材制造。由于風力發電機偏航、變槳軸承的受力情況復雜，而且軸承承受的沖擊和振動比較大，因此，要求軸承既能承受沖擊，又能承受較大載荷。軸承套圈的基體硬度為229HB-269HB，才能保證承受沖擊而不發生塑性變形，同時滾道部分表面淬火硬度要達到55HRC-62HRC，以便增加接觸疲勞壽命，從而保證軸承長壽命的使用要求。鑒于我國先期安裝風機的新疆、內蒙等地，氣侯溫差變化大、寒冷期長，風沙多，所以國內較早研制風機軸承的兩大公司一開始均選用韓國釜山、平山鋼鐵公司的鋼材，其主要特點是，耐低溫沖擊功性能優良。后來，因交貨周期長和價格調升，現在也有改用日本三洋公司的鋼材。2.5低溫沖擊功風電軸承標準對偏航、變槳轉盤軸承套圈低溫沖擊功要求：―20℃Akv，不小于27J，冷態下的Akv值可與用戶協商確定。有時風力發電機的工作地點可能處于極寒冷地區，所處環境溫度低至―40℃左右，通常工作溫度為―20℃左右，這就要求軸承在低溫條件下，還能夠承受大的沖擊載荷，因此，在對軸承套圈材料調質處理后，必須進行低溫沖擊功試驗。即取自軸承套圈上的一部分做成樣件，或者選用與套圈同等性能和相同熱處理條件下的樣件，在―20℃環境溫度下作沖擊功試驗。2.6支承齒圈加工及熱處理由于風力發電機軸承的傳動精度不高，而且齒圈直徑比較大，齒輪模數也大，因此，一般要求齒輪按GB／T10095．2---2001中的9級，或者10級的精度等級加工。但是，由于在工作狀態下小齒輪和軸承齒圈之間有沖擊負荷，因此，要對軸承齒圈的齒面淬火。小齒輪的齒面硬度一般在60HRC，考慮到等效壽命的設計要求，規定大齒輪的齒面淬火硬度不低于45HRC。由于實際使用過程中有98%的損壞來自滾道的損壞，因此對滾道表面淬火硬度、淬硬層有特殊要求，一般要達到55~62HRC。2.7游隙在安裝游隙方面對偏航、變槳軸承有特殊的要求。相對于偏航軸承，變槳軸承的沖擊載荷較大，考慮到大風吹到葉片上的震動會很大，所以要求變槳軸承的游隙應為零游隙，或稍小的負游隙值，這樣在震動的情況下可減小軸承的微動磨損。要求偏航軸承小游隙值：0-0.05。另外，由于風力發電機的驅動電機都是由偏航和變槳軸承來傳動，應能保證軸承在負游隙或小游隙狀態下轉動驅動電機。因此，在軸承裝配后，需要空載測量啟動摩擦力矩，根據主機驅動系統的不同，具體的力矩數值也不盡相同。2.8潤滑由于風電軸承的野外作業環境惡劣，受載荷復雜，經常需在極高溫、極低溫、晝夜溫差大和轉速變化多的環境下工作，推薦選用適應性強的鋰復合基脂和聚脲基脂的潤滑脂。針對我國風力發電機的分布情況，風電軸承的潤滑劑要求具有耐低溫、極壓抗磨和熱穩定性，國外一般推薦使用含固體添加劑的1#稠度的低溫潤滑脂，在-40℃以下仍能潤滑，國產潤滑脂可用7011低溫極壓潤滑脂。某公司早先開發的風電軸承按參照丹麥維斯塔斯、美國GE和蘇司蘭等國外公司的推薦，采用廠商指定的美孚MobilSHC460WT潤滑脂或殼牌SheelRhodinaBBZ（變槳軸承）潤滑脂，以及（德國）FuchsGleitmo585k（偏航軸承）。特別是：MobilSHC460WT潤滑脂的性能出色，適宜偏航、變槳和主軸軸承，作業溫度范圍為-40℃至150℃。2.9密封風電軸承的密封材料一般采用丁晴橡膠（SN7453），結構形式為唇形密封圈。在氣候寒冷，溫差大的地區，則選用氟橡膠材料的密封圈，其耐寒性能強，工作溫度范圍寬，高溫可適應200℃左右。采用國外某些大企業選用的雙唇形密封結構，能有效防止輻射和氧化氣體進入軸承內；另外，對于特別環境的風場，還應考慮專用的密封圈材料和結構設計。2.10防腐處理由于風力發電機設備的部分安裝部位裸露在外面，尤其是海上風力發電機，長期工作于海上腐蝕性鹽霧環境下，必須嚴格保證密封質量。要求對偏航和變槳軸承的齒面和滾道，以及其他表面部分進行防腐處理，一般先作噴砂處理，再熱噴涂鍍（鍍鋅或鉻）。根據需要，可在鍍鋅層外部采取刷漆保護措施。3、結語風機軸承開發研制中，存在的主要技術難點是實現長壽命所需要的密封結構和潤滑脂、特殊的滾道加工方法和熱處理技術、專用保持架結構設計和加工制造方法等。目前國內的技術水平與國外先進水平相比仍存在較大差距，但近幾年來我國某些單位已經在這些方面取得了一些突破性進展，這些研究成果，必將加速風機軸承國產化的進程。筆者綜述的關鍵技術要點，僅作為拋磚引玉，啟發從事風電軸承設計和研制人員的思考，并引起重視，以期對國內風電軸承的研發和自主創新有所幫助。聲明：圖文均來自網絡，版權歸原作者所有。如認為內容侵權，請聯系我們刪除。魚兒游無雙の小麥 關鍵字標籤：o ring manufacturer |
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