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技能剖析：风力发电机的轴承处理方案
来源:海力轴承网 时间:2014-05-28
作为风力发电机的首要零部件；轴承的选用一向是主机出产厂商最关怀的难题；不论是轴承本身的描绘；仍是轴承装备的挑选；都决议着风力发电机主机的运转功用及运用寿命.
因为风力发电机运转工况杂乱；主机修理本钱较高；确保其运转的可靠性；即风力发电机的运用寿命；一向都是困惑主机制作商的重要难题.其间轴承的运用对主机功率的影响极为重要.因而；依据风力发电机的杂乱性；SKF专门为其并开发了一种特别的轴承；即“Nautilus”轴承 一种具有特别的大触摸角的双列圆锥滚子轴承（图1）.
图1 SKF公司研制的Nautilus轴承
风力发电机主机轴承装备
传统的风力发电机轴承装备为双轴承支撑.依据风力发电机的作业原理；传动链一般选用如下描绘：主轴、齿轮箱(增速箱)和发电机.在主轴上；采纳双轴承的装备是比拟传统且比拟常用的方式；选用的轴承类型依据描绘需要的不一样而有所不一样；但一般较为传统的轴承装备为球面滚子轴承装备或圆锥滚子轴承装备.
双轴承装备的优点在于主轴轴承接受了大多数杂乱的风力载荷；除扭矩外；基本上没有其他载荷会传递到传动链的齿轮箱里；给齿轮箱的描绘带来了极大便当.但这种装备也有其本身的缺陷；比方传动链较长；除主轴长度外；还要思考主轴与齿轮箱衔接的联轴器的长度.因而；在小功率的风力发电机中；这种装备比拟常见.在大功率的风力发电机中；过长的传动链则意味着更大的体积以及更高的制作本钱.
现最新的主轴轴承装备处理方案为单轴承支撑.跟着风力发电机的开展；大功率风力发电机成为商场开展的趋势；较高的能量密度也成为各主机制作商争相追逐的方针；给轴承描绘带来了极大应战.
在大功率风力发电机里；要确保有满意的载荷才干接受较大的风力载荷.因而；主轴；包含轴承的尺度势必要增大；而这必定会形成主机全体分量的添加；随之而来的则是主机关联部件；包含塔架等零部件制作本钱的添加.那么能否有能够在进步风力发电机功率的一起还能减轻分量并下降整个风力发电机的制作本钱呢？这成为主机厂商和零部件厂商所面对的日益急迫的难题；因为本钱的下降；意味着产物竞赛才干的进步.依据以上种种意图；SKF专门为大功率风力发电机开发了大触摸角的圆锥滚子轴承（图2）.
Nautilus轴承的杰出特性
该轴承为背对背装备的圆锥滚子轴承；具有较大的触摸角(45).其不只让单轴承的主轴装备成为可能；一起大大缩短了传统描绘中的传动链长度；使紧凑型的风力发电机描绘成为可能.当然；特别的描绘一样确保了轴承或许说传动体系的一切功用.
1。较大的触摸角
传统的配对(或许双列)圆锥滚子轴承；触摸角一般只要20左右；在确保其较大的径向承载才干以外；轴承的轴向承载才干以及接受倾覆力矩的才干都有必定的约束.因而；在一根主轴上要确保描绘能够满意运用的需要；有必要要有别的一个轴承作为第二个支点接受别的的径向力；并且两个轴承的装备；才干满意整个轴在遭到倾覆力矩时；不会发作变形.
而Nautilus轴承打破了传统触摸角的描绘；将每个单列轴承的触摸角扩大到45.与传统的双轴承装备相比拟；Nautilus轴承两个单列轴承触摸点的连线间的间隔远远高于一般圆锥滚子轴承；这两个触摸点连线的交点能够作为整个轴系中的两个焦点；成为支撑轴系运转的效果点.
2。分段式的工程塑料坚持架
除较大的触摸角外；该轴承另一个明显的特征就是选用了分段式工程塑料坚持架.关于轴承的内部部件来说；翻滚体是重要的承载部件；而坚持架除坚持翻滚的运转状况外；还有分隔翻滚体防止其相互间发作冲突的功用.坚持架不是一个受力元件；不能接受任何方式的外力.因而；其往往选用较轻的资料来出产；一起；坚持架资料要满意另一个需要；即满意的强度.因为坚持架在轴承运转中的旋转所需要的动力是由翻滚体所供给的；因而；坚持架的资料需要必定的强度来确保其正常的运转.
关于SKF Nautilus轴承来说；为了确保触摸角连线足以接受体系中的受力；轴承的尺度往往都很大；当前商场上运用较多的是直径为2~2。5 m的轴承产物.因而；下降轴承本身分量成为其描绘中亟待打破的技能难题.作为承载部件的内外圈和翻滚体；为要确保轴承的承载才干；在选材上不能有一点点大意.SKF Nautilus轴承选用的工程塑料；不只能确保满意的强度；并且分量较轻；确保了轴承的旋转功用；一起下降了轴承内部的冲突.
分段式描绘是SKF Nautilus轴承另一大特征（图3）.在该轴承中四五个翻滚体共用一个坚持架组件；而各坚持架组件之间没有任何其他连接.如果在该轴承中运用传统的一体式坚持架；因为尺度过大；坚持架本身的分量就会使其发作变形；在轴承运转进程中；这种变形会招致翻滚体与坚持架的额定触摸；发作额定冲突.这不只会添加轴承的运转温度；并且冲突对坚持架和翻滚体资料的磨损也会招致坚持架乃至翻滚体的变形；结尾影响轴承的承载才干乃至运用寿命.
分段式坚持架；每个组件的个别都很.词购芏嘧榧旁谝黄穑灰膊换岵湫.一起；因为每个组件只要四到五个翻滚体；因而；坚持架所发作的冲突也会被下降到最小规模内.
3。运用特征
Nautilus轴承现已被广泛运用在大功率风力发电机中；替代了双轴承描绘；缩短了传动链的尺度.那么这种运用究竟能带来啥优点；在运用中又会发作哪些难题呢？
传统风力发电机主轴的描绘；其轴承的受力分工一般是固定端的轴承接受一切的轴向载荷和有些径向载荷；而另一个轴承作为起浮端接受有些的径向载荷.风场风力载荷的巨细决议了所需轴承的尺度；而轴承尺度则决议了两轴承间的间隔；也决议了整个传动链的长度.
单轴承（Nautilus）描绘是在确保一样轴接受力条件下；由一个轴承接受一切的轴向和径向载荷；缩小了整个传动链的尺度.单轴承描绘中除需思考内部预紧力外；关于轴承的运用来讲；与双轴承没有任何差异.并且单轴承特别的坚持架描绘；使其在脂光滑和油光滑条件下都具有十分好的运转功用.
在主轴上只要一个轴承；却要完成两个轴承的效果；那么；这个轴承的刚度就成为在轴承描绘中有必要思考的要害要素.Nautilus轴承的内圈为两个别离的部件；经过对风力发电机运用的校核；在出产中将轴承的内部游隙描绘到抱负规模；在轴承装置后；就能到达最优化的预紧力；简化轴承的装置进程；一起满意轴承正常运转的需要.
圆锥滚子轴承的描绘
在早期的商场上；为了满意单轴承的描绘需要；一般选用的轴承为三列圆柱滚子轴承.该轴承的描绘类似于反转支承；一列翻滚体(类似于圆柱滚子轴承)接受一切的径向力；别的两列翻滚体(类似于滚子推力轴承)接受体系中的双向轴向力.该轴承好像能够满意单轴承装备的一些功用；但经过轴承运转的剖析发现作为推力轴承功用的两列翻滚体在轴承做整圈旋转时；翻滚体的两个端面不能到达一样的线速度；这就意味着在轴承运转进程中存在很多的滑动冲突.而作为翻滚轴承；滑动冲突是要竭力防止的；因为它不只会带来更多的轴承发热；一起滑动冲突的光滑在轴承光滑中也是十分扎手的一个难题.因为描绘上的一些难题；该轴承如今已不能满意日益走向大功率化的风力发电机的需要.
不一样描绘坚持架的比拟
除SKF Nautilus轴承的坚持架描绘外；商场上还有几种不一样的坚持架描绘.现别离比拟一下几种坚持架的优缺陷.
图4为金属一体的穿销式坚持架.望文生义；该轴承的翻滚体为通孔式描绘；在翻滚体中心有一根销子别离衔接在坚持架侧圈的两头.在描绘上；这种轴承的翻滚体尺度要比一样尺度的其他轴承大得多；因为不只要满意满意的承载才干；还要在翻滚体内部开一个通孔以便穿销式坚持架的装置.别的；滑动部件的光滑是一个很重要的难题；这在上文中现已提及.该轴承翻滚体内孔与坚持架穿销之间全部都是滑动冲突；不只光滑难题欠好处理；它所带来的轴承发热也是有必要要重视的难题.
另一种典型描绘是没有坚持架的满滚子轴承描绘.当然；从主轴轴承较低的转速来看；满滚子轴承所带来的旋转才干的下降不足以成为该轴承运用的阻止.可是；翻滚体之间的冲突则是一个不行无视的要害.
轴承中之所以要描绘坚持架；一个重要的功用就是将相邻的两个翻滚体分隔；在轴承运转时防止轴承翻滚体内部的冲突；下降冲突及噪声.因而；满滚子轴承尽管具有很高的承载才干；可是在主轴轴承上；因为翻滚体内部的冲突其依然不是抱负的挑选.
别的；上文中提及的另一种坚持架描绘；即与传统轴承相似的一体式坚持架.在SKF Nautilus轴承中没有挑选一体式坚持架；首要是因为其尺度过大；本身分量会引起坚持架的变形；带来更多的翻滚体与坚持架之间的冲突.此外；作为发作动力的设备；风力发电机描绘中的一个重要难题就是进步能量密度；最大化的下降其零部件的能量丢失.从此视点动身；一体式坚持架也有着局限性.
风力发电机；因其特别的运用工况；对零部件的挑选至关重要.据研究报告显现；到2012年；风力发电的装机容量将由2007年的90000 MW上升至290000MW.风力发电机制作商及运营商；都越来越倾向于高可靠性的风力发电机主机；以到达经济效益与生态效益的平衡.
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