【濟南進口軸承】風電主軸軸承配置形式

  濟南市鴻慷機電設備有限公司位于交通便利的泉城濟南，是全球生產(chǎn)滾動軸承和直線運動產(chǎn)品的領導企業(yè)---德國舍弗勒集團在山東的授權代理商。公司專營舍弗勒集團旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承，是一家順應經(jīng)濟發(fā)展需要而誕生的專業(yè)化新型高端軸承公司。多年來一直從事軸承的銷售和售后技術支持，在機械行業(yè)技術方面有著非常豐富的經(jīng)驗，今天濟南鴻慷機電進口軸承專家為大家介紹一下風電主軸軸承配置形式。

  風力發(fā)電機有多種不同的設計型式——水平軸或豎直軸、轉子逆風或順風、帶齒輪箱或不帶齒輪箱。

  傳統(tǒng)的風力發(fā)電機的傳動鏈通常由主軸、齒輪箱(增速箱)和發(fā)電機組成。每一個大型風力發(fā)電機中都至少要用到5個大型滾動軸承，包括主軸軸承、偏航變槳軸承以及增速箱軸承。根據(jù)不同類型的風力發(fā)電機的結構和使用要求，大型軸承的結構形狀也會有所不同。下表列出了軸承在風電機組不同部件中的具體應用：

  如今安裝的所有風力發(fā)電機中，75%～80%均采用主軸軸承支撐原理，也就是主軸承的內(nèi)圈安裝在旋轉的主軸上。主軸起支承輪轂及葉片，傳遞扭矩到增速器的作用，主軸軸承主要承受徑向力，其性能的好壞不僅對傳遞效率有影響，而且也決定了主傳動鏈的維護成本，所以要求具有良好的調(diào)心性能、抗振性能和運轉平穩(wěn)性。在主軸上，采取雙軸承的配置是比較常用的一種軸承配置形式，采用的軸承類型根據(jù)設計要求的不同而有所不同，但較為常見的軸承配置為調(diào)心滾子軸承或者圓錐滾子搭配圓柱滾子軸承的配置，大功率風力發(fā)電機采用大錐角雙列圓錐滾子軸承或三列圓柱滾子軸承。

  1.1兩點支撐

  此種設計為固定端/浮動端軸承支撐的兩點支撐形式是最典型的。軸承被安裝在兩個獨立的或一個共同的軸承座內(nèi)，轉子端或齒輪箱端軸承都可以設計為固定端軸承。第一種形式提供了徑向力和軸向力之間更為適合的比例，而且主軸的結構會導致固定端軸承的解決方案直徑較大。采用第二種形式時，傳遞軸向載荷的軸肩的位置在主軸應力方面表現(xiàn)得更為有利，因為它避免了前軸承位置的臺階。只有轉矩進入齒輪箱，在一定程度上保護了齒輪箱，但價格較貴（多一個軸承和軸承座，主軸也較長）。

  1.2三點支撐——帶軸承座的單獨的固定端軸承

  采用三點支撐，一點是固定端軸承而另外兩點是齒輪箱內(nèi)的轉矩支撐軸承。在此，齒輪箱輸入軸軸承作為浮動端軸承。固定端軸承相對于齒輪箱輸入軸的浮動端軸承的同軸度以及軸的偏移量，是選擇軸承類型時的決定因素。固定端軸承采用單獨的軸承座，推薦使用自調(diào)心軸承（例如調(diào)心滾子軸承）。另外重要的一點是，要在安裝時確保固定端軸承位置和浮動端軸承位置之間的正確的距離。軸向力一定要作用在固定端軸承上。采用三點支撐，作用在浮動端軸承上的力顯示了載荷對齒輪箱內(nèi)部的影響。兩點支撐的主軸承布置中承受這個載荷的是那個真正的浮動端軸承。因此，兩點支撐顯示出了它對振動等其他因素影響具有的優(yōu)勢。

  1.3一點式——整合在齒輪箱內(nèi)的固定端軸承

  有的風力發(fā)電機的主軸軸承是直接整合在齒輪箱內(nèi)的。這種設計的優(yōu)點之一是：由于固定端軸承和浮動端軸承使用同一個箱體，使得保持它們的同軸度更為容易。因此，在這種情況下，使用一個雙列圓錐滾子軸承作為主軸軸承也是可能的。而且，齒輪箱油也可以用來潤滑主軸軸承。在任何情況下，為了使主軸軸承得到必須的支撐，軸承座和機體間可靠的連接是必須要保證的。

  使用單個軸承來承受徑向載荷、軸向載荷以及力矩載荷需要軸承制造商和風力發(fā)電機制造商共同的全面專業(yè)的技術水平。最初使用單個軸承的風力發(fā)電機采用來自回轉支承領域的多列圓柱滾子軸承，這些風電設備的輸出功率不超過2 MW。因為風能領域的軸承支撐設計的工作壽命是20 年，所以在此強烈推薦使用保持架。周圍結構零部件的尺寸和形狀必須在計算中加以考慮，最好是通過有限元分析方法。用這種方法，考慮到了零部件的變形和存在于軸承內(nèi)部的載荷分布。我們設計的目標是達到軸承在使用時盡可能小的內(nèi)部游隙，這樣滾動零部件間的相對移動就會達到最小。

  當使用主軸軸承支撐結構時，幾乎所有的結構都毫無例外地使用了調(diào)心滾子軸承。事實上，采用單獨軸承座的結構，由于對圓錐滾子軸承或圓柱滾子軸承來說，軸承位置處軸的角位移太大了，所以采用調(diào)心滾子軸承是必須的。在風力發(fā)電機應用中，徑向力和軸向力的比值對采用調(diào)心滾子軸承相對來說是不利的，因此選擇最適合的軸承系列非常必要。尤其對調(diào)心滾子軸承來說，保證充分的潤滑——合適的潤滑劑、足夠的潤滑量和再潤滑，也是很重要的。在使用寬系列的軸承時，由于旋轉主軸的角度偏斜會導致摩擦腐蝕，必須采用緊的配合，這一點也是非常重要的。浮動軸承必須補償它相對于固定軸承位置的距離變化（例如由于熱膨脹產(chǎn)生的）。圓柱滾子軸承由于在軸承內(nèi)部能夠補償這種變化，所以它們是理想的浮動軸承。其他類型的軸承采用滑動配合來實現(xiàn)，在這里是外圈滑動。如果在此采用調(diào)心滾子軸承，經(jīng)常可以選用具有較低額定載荷的軸承，在這種情況下，軸承外圈的滑動通常是不會發(fā)生的。只要固定軸承具有最小的軸向游隙，浮動軸承內(nèi)部的游隙一般是足夠的。

  單個軸承的解決方案在大約3 MW級以上的風力發(fā)電機中出現(xiàn)的越來越多。整合概念的運行時間最長的3 MW 風電設備裝有位置非常接近齒輪箱的、承受所有來自轉子的載荷的主軸承。還有其他的3～5 MW 的設備也采用這種軸承配置。把傳統(tǒng)主軸軸承概念應用到多兆瓦級的風電設備中通常也是可行的，例如采用兩個主軸軸承——兩個調(diào)心滾子軸承。另外一種配置結構是采用一個預設過游隙并帶有能使安裝簡化的特殊結構的雙列圓錐軸承。浮動端包含一個設計有避免應力集中結構的圓柱滾子軸承。作為一種規(guī)律，那些在小型風電設備方面有很好經(jīng)驗的公司在新的大型風電設備上也采用與小型風電設備相同的基本布置，這一點對那些使用輪轂軸承支撐原理的風電設備制造商也是適用的。

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——責任編輯：濟南鴻慷機電設備公司01銷售顧問

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