風(fēng)力發(fā)電機軸承

1、風(fēng)力發(fā)電機專用軸承風(fēng)力發(fā)電機用軸承大致可以分為三類，即：偏航軸承、變槳軸承、傳動系統(tǒng)軸承(主軸和變速箱軸承)。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。每臺風(fēng)力發(fā)電機設(shè)備用一套偏航軸承和三套變槳軸承(部分兆瓦級以下的風(fēng)力發(fā)電機為不可調(diào)槳葉，可不用變槳軸承)。代號方法風(fēng)力發(fā)電機偏航、變槳軸承代號方法采用了JBT104712004中轉(zhuǎn)盤軸承的代號方法，但是在風(fēng)力發(fā)電機偏航、變槳軸承中出現(xiàn)了雙排四點接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承，而此結(jié)構(gòu)軸承的代號在JBT104712004中沒有規(guī)定，因此，在本標準中增加了雙排四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承的代號。風(fēng)力發(fā)電機專用軸承由于單排四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸

2、承的結(jié)構(gòu)型式代號用01表示，而結(jié)構(gòu)型式代號02表示的是雙排異徑球轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)，因此規(guī)定03表示雙排四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)。技術(shù)要求材料本標準規(guī)定偏航、變槳軸承套圈的材料選用42CrMo，熱處理采用整體調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)后硬度為229HB269HB，滾道部分采用表面淬火，淬火硬度為55HRC-62HRC。由于風(fēng)力發(fā)電機偏航、變槳軸承的受力情況復(fù)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。風(fēng)力發(fā)電機主機壽命要求20年，軸承安裝的成本較大，因此要求偏航、變槳軸承壽命也要達到20年。這樣軸承套圈基體硬度為229HB-269HB，能夠承受沖擊而不發(fā)生塑性變形，同時滾道部

3、分表面淬火硬度達到55HRC-62HRC，可增加接觸疲勞壽命，從而保證軸承長壽命的使用要求。低溫沖擊功本標準對偏航、變槳轉(zhuǎn)盤軸承套圈低溫沖擊功要求：20Akv不小于27J，冷態(tài)下的Akv值可與用戶協(xié)商確定。風(fēng)力發(fā)電機可能工作在極寒冷的地區(qū)，環(huán)境溫度低至40吧左右，軸承的工作溫度在20C左右，軸承在低溫條件下必須能夠承受大的沖擊載荷，因此，要求軸承套圈的材料在調(diào)質(zhì)處理后必須做低溫沖擊功試驗，取軸承套圈上的一部分做成樣件或者是與套圈同等性能和相同熱處理條件下的樣件，在20C環(huán)境下做沖擊功試驗。軸承齒圈由于風(fēng)力發(fā)電機軸承的傳動精度不高，而且齒圈直徑比較大，齒輪模數(shù)比較大，因此，一般要求齒輪的精度等級

4、按GBT100952-2001中的9級或者10級。但是由于工作狀態(tài)下小齒輪和軸承齒圈之間有沖擊，因此，軸承齒圈的齒面要淬火，小齒輪齒面硬度一般在60HRC，考慮到等壽命設(shè)計，大齒輪的齒面淬火硬度規(guī)定為不低于45HRC。 游隙偏航、變槳軸承在游隙方面有特殊的要求。相對于偏航軸承，變槳軸承的沖擊載荷比較大，風(fēng)吹到葉片上震動也大，所以要求變槳軸承的游隙應(yīng)為零游隙或者稍微的負游隙值，這樣在震動的情況下可減小軸承的微動磨損。偏航軸承要求為小游隙值，即0-501m。另外，由于風(fēng)力發(fā)電機偏航和變槳軸承的轉(zhuǎn)動都由驅(qū)動電機驅(qū)動，軸承在負游隙或小游隙狀態(tài)下應(yīng)保證驅(qū)動電機能驅(qū)動，因此，軸承在裝配后需要空載測量啟動摩

5、擦力矩，具體力矩數(shù)值根據(jù)主機驅(qū)動系統(tǒng)的不同也不盡相同。防腐處理風(fēng)力發(fā)電機設(shè)備在野外工作，而且偏航、變槳軸承的一部分是裸露在外面的，會受到大氣污染，高濕度的環(huán)境也會腐蝕軸承基體，因此，裸露在外面的偏航和變槳軸承的部位要求進行表面防腐處理，一般采用鍍鋅處理。根據(jù)需要，在鍍鋅層外部進行刷漆保護處理。華銳風(fēng)電現(xiàn)在的技術(shù)路線發(fā)展很明確，相對而言永磁同步（直驅(qū)、半直驅(qū)為代表）技術(shù)近幾年隨得到一定的發(fā)展，但是在以下幾方面仍較雙饋技術(shù)有所不足：（1）. 發(fā)電量比較：永磁同步技術(shù)其機組轉(zhuǎn)速范圍較寬，在低風(fēng)速下發(fā)電量有一定優(yōu)勢，但其全功率變頻的特點導(dǎo)致隨風(fēng)速提高，其發(fā)電量優(yōu)勢將因變頻器損耗迅速增大而減小。理論計算

6、的發(fā)電量比較兩者相近，甚至雙饋技術(shù)略優(yōu)于永磁同步技術(shù)。（2）. 成本比較：永磁同步技術(shù)雖然降低或省去了齒輪箱成本，但其發(fā)電機和全功率變頻器均較雙饋技術(shù)更加昂貴。在一定程度上，機組成本可以以重量的形式體現(xiàn)，現(xiàn)有大型直驅(qū)機組中Enercon公司的E112 4.5MW機組其機艙葉輪總重550噸，我公司雙饋5MW機組機艙葉輪總重約390噸。（3）. THD：永磁同步技術(shù)所采用的全功率變頻系統(tǒng)其THD非常高（基本超過5%），必須使用諧波濾波器。而雙饋機組中THD可控制在前者之下。（4）. 機組安全：電網(wǎng)故障時雙饋系統(tǒng)可提供更高的電流能力（額定電流的5倍），更有利于啟動過電流保護及故障清除；全功率變頻系統(tǒng)

7、其電流能力基本被限制在2倍額定電流。（5）. 退磁問題：永磁同步技術(shù)其發(fā)電機存在退磁隱患，尚無明確更換方案。Enercon公司其發(fā)電機仍采用損耗大的電勵磁方式。（6）. 海上裝機：直驅(qū)機組往往采用利用定轉(zhuǎn)子間氣隙以自然通風(fēng)的方式對發(fā)電機進行冷卻，當(dāng)安裝到海上風(fēng)場時，發(fā)電機作為核心部件會直接與腐蝕性空氣接觸，極大考驗機組防腐能力。且萬一出現(xiàn)問題維修更換更是耗資巨大?，F(xiàn)在海上風(fēng)場尚無安裝大型直驅(qū)風(fēng)電機組的先例。（7）. 維護成本：直驅(qū)機組其發(fā)電機尺寸重量大，更換維護不便，需預(yù)訂專業(yè)安裝船或大型船吊完成工作。PS：GE其2.5MW機組采用永磁電機，3.6MW換用雙饋異步電機，其用意還請讀者發(fā)揮下想象

8、力。 風(fēng)力發(fā)電機專用軸承摘要：介紹了國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機專用軸承設(shè)計、生產(chǎn)及應(yīng)用的現(xiàn)況，展望了今后幾年我國風(fēng)機軸承可觀的市場前景。近十年來，風(fēng)力發(fā)電作為一項可再生的綠色環(huán)保新型潔凈能源，受到了各國的高度重視，得到了長足的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機用軸承主要包括：偏航軸承總成（660PME047）、風(fēng)葉主軸軸承（24044CC）、變速器軸承、發(fā)電機軸承等，軸承的結(jié)構(gòu)形式主要有四點接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、深溝球軸承等。其中大型偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承技術(shù)難度較大，現(xiàn)在基本依靠進口，是風(fēng)機國產(chǎn)化的難點之一。風(fēng)機軸承國產(chǎn)化可提高國內(nèi)軸承工業(yè)的設(shè)計應(yīng)用水平，縮小與國外先進水平的差距，促

9、進國內(nèi)軸承工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步，另外方面，可以降低風(fēng)電成本，加快我國新資源和可再生資源的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風(fēng)速最高可達23m/s，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤滑性能、耐沖擊、長壽命和高可靠性，發(fā)電機在2-3級風(fēng)時就要啟動，并能跟隨風(fēng)向變化，所以軸承結(jié)構(gòu)需要進行特殊設(shè)計以保證低摩擦、高靈敏度，大型偏航軸承要求外圈帶齒，因此軸承設(shè)計、材料、制造、潤滑及密封都要進行專門設(shè)計。1. 風(fēng)機軸承技術(shù)要點分析1.1 偏航軸承總成（660PME047）偏航軸承總成是風(fēng)機及時追蹤風(fēng)向變化的保證。風(fēng)機開始偏轉(zhuǎn)時，偏航加速度將產(chǎn)生沖擊力矩

10、M=I（I為機艙慣量）。偏航轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的加速度也越大。由于I非常大，這樣使本來就很大的沖擊力成倍增加。另外，風(fēng)機如果在運動過程中偏轉(zhuǎn)，偏航齒輪上將承受相當(dāng)大的陀螺力矩，容易造成偏航軸承的疲勞失效。根據(jù)風(fēng)機軸承的受力特點，偏航軸承采用“零游隙”設(shè)計的四點接觸球軸承，溝道進行特別設(shè)計及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷。偏航齒輪要選擇合適的材料、模數(shù)、齒面輪廓和硬度，以保證和主動齒輪之間壽命的匹配。同時，要采取有針對性的熱處理措施，提高齒面強度，使軸承具有良好的耐磨性和耐沖擊性。風(fēng)機暴露在野外，因此對該軸承的密封性能有著嚴格的要求，必須對軸承的密封形式進行優(yōu)化設(shè)計，對軸承的密封性能進行模擬試

11、驗研究，保證軸承壽命和風(fēng)機壽命相同。風(fēng)機裝在40m的高空，裝拆費用昂貴，因此必須有非常高的可靠性，一般要求20年壽命，再加上該軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在裝機試驗之前必須進行計算機模擬試驗，以確保軸承設(shè)計參數(shù)無誤。1.2 風(fēng)葉主軸軸承（24044CC）風(fēng)葉主軸由兩個調(diào)心滾子軸承支承。由于風(fēng)葉主軸承受的載荷非常大，而且軸很長，容易變形，因此，要求軸承必須有良好的調(diào)心性能。確定軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)和保持架的結(jié)構(gòu)形式，使軸承具有良好的性能和長壽命。1.3 變速器軸承變速器中的軸承種類很多，主要是靠變速箱中的齒輪油潤滑。潤滑油中金屬顆粒比較多，使軸承壽命大大縮短，因此需采用特殊的熱處理工藝，使?jié)L道表面存在壓應(yīng)力，

12、降低滾道對顆粒雜質(zhì)的敏感程度，提高軸承壽命。同時根據(jù)軸承的工況條件，對軸承結(jié)構(gòu)進行再優(yōu)化設(shè)計，改進軸承加工工藝方法，進一步提高軸承的性能指標。1.4 發(fā)電機軸承發(fā)電機軸承采用圓柱滾子軸承和深溝球軸承。通過對這兩種軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝方法改進、生產(chǎn)過程清潔度控制及相關(guān)組件的優(yōu)選來降軸承振動的噪聲，使軸承具有良好的低噪聲性能。1.5 軸承裝機試驗技術(shù)研究軸承安裝后的實際性能不僅與軸承自身性能有關(guān)，而且還與軸承的具體安裝使用條件密切相關(guān)，因此，要對軸承安裝時的配合形式、安裝中心的對中性進行研究，使軸承在實際使用中能夠得到較好的工作性能。2. 風(fēng)機軸承技術(shù)現(xiàn)狀目前，國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)機軸承主要是變速

13、器軸承和電機軸承，但性能和壽命還達不到要求。因此，90%左右的變速器軸承和電機軸承仍然依賴進口。偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承總成還在研制之中，國內(nèi)除洛軸、瓦軸等大型國有企業(yè)有少量試制外，很少有廠家生產(chǎn)，基本屬國內(nèi)空白。 風(fēng)機軸承開發(fā)研制中，存在的主要技術(shù)難點是實現(xiàn)長壽命所需的密封結(jié)構(gòu)和潤滑脂、特殊的滾道加工方法和熱處理技術(shù)、特殊保持架設(shè)計和加工制造方法等。國內(nèi)目前的技術(shù)水平與國外先進水平相比存在較大差距，但近幾年來我國的一些研究單位在這些方面已經(jīng)取得了一些突破性的研究成果，這必須將加速風(fēng)機軸承國產(chǎn)化的進程。3. 風(fēng)機軸承市場分析我國風(fēng)能資源十分豐富，理論儲量1600000000KW，可開發(fā)利用的

14、風(fēng)能資源253000000KW。隨著人們環(huán)保意識的增強和國家對可再生能源的重視，近年來風(fēng)力發(fā)電在我國得到了長足發(fā)展。我國從“七五”開始著手風(fēng)電場建設(shè)，到“八五”末期共建立了19個風(fēng)電場，總裝機容量達166500KW，占全國電網(wǎng)總?cè)萘康?.07%。“九五”期間，我國又建成了21個風(fēng)電場，新增裝機容量223790KW，另有90300KW在建。根據(jù)我國電力工業(yè)總裝機容量達到350000000KW，其中包括風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的新能源占0.7%，達到2450000KW。以往我國的風(fēng)力發(fā)電機主要依靠進口，設(shè)備投資昂貴，電價居高不下，影響了風(fēng)力發(fā)電的市場化運行。據(jù)分析，如果600KW大型風(fēng)力發(fā)電機組國產(chǎn)化以后，國

15、產(chǎn)化率達到60%，設(shè)備造價可以降低15%-20%，風(fēng)電成本可以降低10%-14%；國產(chǎn)化率達到80%，設(shè)備造價可以降低25%，風(fēng)電成本可以降低 18%。目前全國共有81個研究單位及生產(chǎn)企業(yè)從事風(fēng)力機械的開發(fā)、研究及制造，2001年全國共生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機組20903臺，19735.2KW。其中，離網(wǎng)型機組20879臺，4975.2KW，分別比上年增加64.79%和87.60%。2001年我國還首次生產(chǎn)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組24臺， 14760KW。在國家對再生無污染能源的多項優(yōu)惠政策的鼓勵下，今后若干年內(nèi)， 我國風(fēng)力發(fā)電工業(yè)必定會飛速發(fā)展。根據(jù)我國電力工業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃，風(fēng)電將以年均40%的速度發(fā)展

16、，到2005年我國風(fēng)力發(fā)電機組的生產(chǎn)量將達到80300臺。風(fēng)力發(fā)電機配套軸承主要用在偏航系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變速器和發(fā)動機等部位，其中每個機組主要包括偏航軸承1套，風(fēng)葉主軸軸承2套，變速箱軸承15套左右，發(fā)電機軸承2套左右，軸承結(jié)構(gòu)形式眾多。以每臺機組平均需配20套軸承計算，到2005年全國風(fēng)力發(fā)電機需配套軸承166萬套。即便按目前變速器和電機軸承 10%的國產(chǎn)化率計算，也將會有16.6萬套的市場空間。如果軸承國產(chǎn)化率提高到20%，將會有33.2萬套的市場容量，大約是目前生的能力的提高，配套軸承的國產(chǎn)化率還將進一步提高，因此風(fēng)力發(fā)電機專用軸承的市場前景廣闊永濟電機新能源項目獲政府支持記者近日從中國北車集團永濟電機廠獲悉，作為我