关于风电轴承的市场分析
风力发电机用轴承大致可以分为三类
风力发电机用轴承大致可以分为三类，即：偏航轴承、变桨轴承、传动系统轴承(主轴和变速箱轴承)。偏航轴承安装在塔架与座舱的连接部，变桨轴承安装在每个叶片的根部与轮毂连接部位。每台风力发电机设备用一套偏航轴承和三套变桨轴承(部分兆瓦级以下的风力发电机为不可调桨叶，可不用变桨轴承)。 1代号方法 风力发电机偏航、变桨轴承代号方法采用了JB／T10471—2004中转盘轴承的代号方法，但是在风力发电机偏航、变桨轴承中出现了双排四点接触球式转盘轴承，而此结构轴承的代号在JB／T10471—2004中没有规定，因此，在本标准中增加了双排四点接触球转盘轴承的代号。由于单排四点接触球转盘轴承的结构型式代号用01表示，而结构型式代号02表示的是双排异径球转盘轴承结构，因此规定03表示双排四点接触球转盘轴承结构。 2技术要求 2．1材料 本标准规定偏航、变桨轴承套圈的材料选用42CrMo，热处理采用整体调质处理，调质后硬度为229HB—269HB，滚道部分采用表面淬火，淬火硬度为55HRC-62HRC。由于风力发电机偏航、变桨轴承的受力情况复杂，而且轴承承受的冲击和振动比较大，因此，要求轴承既能承受冲击，又能承受较大载荷。风力发电机主机寿命要求20年，轴承安装的成本较大，因此要求偏航、变桨轴承寿命也要达到20年。这样轴承套圈基体硬度为229HB-269HB，能够承受冲击而不发生塑性变形，同时滚道部分表面淬火硬度达到55HRC-62HRC，可增加接触疲劳寿命，从而保证轴承长寿命的使用要求。 2．2低温冲击功 本标准对偏航、变桨转盘轴承套圈低温冲击功要求：—20℃Akv不小于27J，冷态下的Akv值可与用户协商确定。风力发电机可能工作在极寒冷的地区，环境温度低至—40吧左右，轴承的工作温度在—20~C左右，轴承在低温条件下必须能够承受大的冲击载荷，因此，要求轴承套圈的材料在调质处理后必须做低温冲击功试验，取轴承套圈上的一部分做成样件或者是与套圈同等性能和相同热处理条件下的样件，在—20~C环境下做冲击功试验。 2．3轴承齿圈 由于风力发电机轴承的传动精度不高，而且齿圈直径比较大，齿轮模数比较大，因此，一般要求齿轮的精度等级按GB／T10095．2---2001中的9级或者10级。但是由于工作状态下小齿轮和轴承齿圈之间有冲击，因此，轴承齿圈的齿面要淬火，小齿轮齿面硬度一般在60HRC，考虑到等寿命设计，大齿轮的齿面淬火硬度规定为不低于45HRC。 2．4游隙 偏航、变桨轴承在游隙方面有特殊的要求。相对于偏航轴承，变桨轴承的冲击载荷比较大，风吹到叶片上震动也大，所以要求变桨轴承的游隙应为零游隙或者稍微的负游隙值，这
风力发电机组轴承常见故障诊断与振动检测 王健
风力发电机组轴承常见故障诊断与振动检测王健 摘要：随着环境污染问题的日益突出，同时为了克服能源危机，风能作为一种 绿色可再生能源越来越受到世界各国的重视，风力发电机组（简称风电机组）作 为将风能转化为电能的关键装备得到了迅猛的发展。风电机组通常坐落于偏僻的、交通不便的、环境恶劣的远郊地区以及沿海或近海区域，且机舱一般安装在离地 面几十米甚至上百米的高空，因此风电机组日常运行状态检测困难，维护成本昂贵。有统计资料表明，陆上和海上风电机组的维护费用占到各自风场收入的10%～15%和20%～35%左右，因此风电机组在恶劣环境下的运行可靠性问题特别 受到关注。 关键词：风力发电机组；轴承故障；诊断；振动检测 轴承故障与齿轮箱故障几乎占据了风力发电机组故障的大多数。发电机组的 各种检测传感器均安装在轴承座上，而各种轴承故障都是通过传感器才发现的， 所以我们通过传感器所采集的信息就可以准确的判断整个发电机组的工作状况。 然而在实际安装中，轴承故障诊断与振动识别也是作为优先部分处理，科研投入 也是占据了成本投入的一半以上。本文就风力发电机组轴承常见故障特征及原因 进行详细阐述，然后就轴承的振动检测进行深入研究。 1风力发电机组轴承常见故障特征及原因 1.1风力发电机组轴承结构 轴承一般分为外圈、保持架、滚动体（滚珠）和内圈4个部分。轴承内部充 满油脂类物质，用于减少轴承滚动的阻力，也能分离轴承与其他部件的接触，从 而减少摩擦阻力。油脂还可以起到散热与防止腐蚀的作用。所以为了防止外物对 油脂的影响，我们一般会在保持架的两端加装防尘装置，以免外物减弱油脂的各 种作用。 1.2风力发电机组轴承常见故障及诊断 支撑主轴轴承的外圈固定在轴承座上，机械传动轴从主轴轴承内圈经过。风 力带动叶轮转动，通过传动链将动力传输给主轴，当主轴达到一定的载荷转速时，由轴承和轴承座组成的振动系统就会产生激励，也就是风机发电机组振动的产生。这种激励振动一般是周期性振动，对受载体产生的撞击力或摩擦力也会周期性的 出现，长期疲劳极大可能产生轴承的局部损伤，因此需要加强对轴承振动频率的 监测。根据长期的实践经验及理论知识的积累，从故障程度上可将轴承的故障类 型分为初级损坏与中级损坏两类。通常我们所见到的电流损害、磨损以及表面损 坏等都是初级磨损；还有一些像破裂和散裂属于中级损坏。我们还可以从损坏的 位置来区分故障，可将其类型分成外圈故障、内圈故障、滚动体故障以及支撑部 件的故障。结合轴承结构示意图，可将风电机组轴承的常见故障特征及产生原因 归纳罗列如下：（1）疲劳故障：故障特征表现为滚动体或者滚道表面脱落或者 脱皮。故障产生原因为轴、保持架等支撑装置制造工艺较低使得其精度不能保证，轴向长期过高负荷条件工作，对其性能产生很大的影响。（2）磨损故障：我们 可以从外观来观察故障的产生原因，一般磨损故障会产生色泽的变化，形成磨痕。故障产生原因为在微小间隙间的滑动磨损和长期恶劣环境中的长期使用。（3） 缺口或凹痕故障：分为过载及安装或外来颗粒引起的缺口或凹痕。过载及安装引 起的特征表现为细小的缺口或凹痕分布在两圈的滚道周围和滚动元件里，是由于
跟踪法在风电主轴轴承测量中的应用
跟踪法在风电主轴轴承测量中的应用 摘要:风力发电作为可再生清洁能源的重要组成部分，正越来越受到广泛的重视。近年来，我国风电整机产能得到了快速提升，但关键零部件技术仍处于起步阶段。其中，作为关键转动部件的风电主轴轴承的制造和精密测量技术，不但在国内仍处于空白，在国际上也鲜有成熟的技术应用案例。一般滚动轴承的精密测量，采用旋转工件的方法进行。但由于风电主轴轴承外径尺寸达1000MM左右，转动工件很容易影响整体测量精度。本文针对风电主轴轴承的性能特点和设计要求，应用跟踪法对风电主轴轴承进行全位置测量。结果证明，本文采用的跟踪测量法和装置能够有效地测量主轴轴承的相关尺寸，具有较强的创新和使用性，并填补了国内空白，在国际上处于相对领先地位。 关键词：跟踪法主轴轴承测量 1、风电产业发展概况 随着人类社会与经济的不断发展，环境问题越来越被关注。2009年哥本哈根全球气候大会上，中国政府向全世界郑重承诺：到2020年，单位GDP碳排放量在2005年基础上降低45%左右。 为了达到降低排放的目标，我国正依靠政府和社会全部力量，大力发展包括风力发电在内的清洁可再生能源。在这样的背景下，我国风力发电产业得到了爆发式增长。根据权威部门统计，2009年我国（不含台湾省）新增风电装机10129台，容量1380万千瓦，年同比增长124%，为世界第一；累计风电装机21581台，容量2581万千瓦，年同比增长114%，为世界第二。根据国家发改委《新能源产业发展规划》草案，到2020年，我国风电装机容量将达到1.5亿千瓦。 在整个风电产业链中，风电场的开发利用主要由国电、华能等五大电力巨头掌控，而风机的制造以华锐、金风、东汽和上海电气等为主，整机技术大多从欧洲引进，国内厂家并不掌握核心技术。在风机关键零部件供应体系中，以发电机、逆变控制器、叶片、增速箱和轴承等最为关键。前几年，这些关键零部件技术和供应均被国外公司所掌控。其高昂的价格和相当长的交货期曾严重影响了我国风电产业的发展。近年来，在我国各级政府和众多风电相关企业的共同努力下，情况有了较为明显的改观。 2、大型轴承测量技术回顾 现今的大型轴承测量技术，一般采用以下几种测量方法：
风电机组轴承的状态监测和故障诊断与运行维护王利
风电机组轴承的状态监测和故障诊断与运行维护王利 发表时间：2019-12-11T15:06:41.297Z 来源：《中国电业》2019年第16期作者：王利 [导读] 风能作为一种清洁可再生能源，受到世界各国的关注。 摘要：风能作为一种清洁可再生能源，受到世界各国的关注。作为风能储量较多的国家，自然需要合理的利用风能，使得国家能够得到迅速的发展。随着我国可持续发展政策的落实以及风力发电技术的进步，使我国风力发电产业得到迅速发展。目前我国的风力发电在商业上已经可以与燃煤发电相竞争。在这一市场大环境下，风力发电产业应当加强核心技术的发展。在风力发电机组中轴承作为核心零部件，风电轴承的范围涉及从叶片、主轴和偏航所用的轴承，到发电机中所用的高速轴承。轴承既是风力机械中最为薄弱的部分，也是最为重要的部分。由此看来对于风电机组轴承的状态检测、故障诊断、运行维护等工作的深入研究就显得尤为重要，直接关系到我国电力事业的发展。 关键词：风电机组状态监测故障诊断运行维护风电轴承 二、风电机组传动系统的日常维护 （一）主轴轴承的日常维护及保养（以金风S48/750风力发电机组为例） 轴承在工作的时候，会受到外界的影响，当受到一定量频率的震荡或者载荷重量增高，即使低速运行，都会影响到风电机组的安全运行。温度过高、过低，润滑不均匀、缺少润滑脂或者其他物质入侵轴承，就会导致主轴轴承的失效而无法继续运行，一般情况下，主轴承轴被磨损锈蚀都会导致轴承运转的不流畅，使运转的阻力增大直至卡死甚至引起风机着火的严重后果。就目前的形式来看，滚动式的轴承仍旧是风力发电场最主要的选择，因为其具有很大的优势，节约成本而且效率很高，但与此同时因结构构造较为简单也容易受到损伤，轴承中出现故障的原因有很多，故进行维护人员要特别重视这项内容，大部分故障最后都导致主轴轴承卡死。如果出现主轴轴承卡死情况，首先考虑的就是轴承的质量问题，或者是安装的过程中出现了装配上的错误，大部分都是滚轴在润滑中受天气的影响导致了污染。所以在日常维护和保养中，要全方位、多角度分析和考虑。第一就是外观检查有无油脂溢出，清理主轴轴承处溢出油脂和集油盒中的油脂，如果发现润滑油脂变质，油脂碳化或者凝固等都要及时疏通或更换，妥当处理，不能造成风机附近环境污染。正常运行的主轴轴承在没有堵塞的情况下，润滑油脂可以作为介质正常的在轴承内起到润滑的作用。还要检查轴承内的卫生情况，不能有其他杂物，保持轴承之间的接触面的整洁，日常维护过程中要借助工具对轴承进行清理，一旦杂物在里面堆积，就不能使轴承正常运转工作。第二则是检查轴承是否存在松动的情况，或者轴承之间型号不相符，就会导致轴承之间的错位，发现松动后要利用工具将其恢复成原本使用的状态。第三就是给轴承进行注油操作时，必须将机组切至维护状态打开叶尖气动刹车扰流板，使发电机、主轴空转后，才可进行注油。定期维护时主轴每次加注油脂950g，发电机因厂家不同分别加注不同油量（株洲发电机前后轴承各加：70g，永济发电机前后轴承各加：100g）。第四则是检查主轴温度，不同工况下都可以影响主轴轴承的运行温度。例如：夏冬季节同输出功率条件下，主轴运行温度夏季平均高出冬季15-20℃左右。因此判断主轴损坏要综合考虑。根据现场运行维护情况在满足风机运行技术要求的前提下，在主轴上加装温度传感器设定停机报警温度后可有效防止主轴卡死等现象发生。将注油口处的主轴PT100温度经SM331模块传回中央监控系统，实现风机主轴温度的在线监测功能。第五则是定期对主轴轴温高的主轴油脂进行取样化验，根据理化指标滴点、锥入度、水分等指标信息和元素含量进行分析。指标如有超标现象则应重点关注加强风机的巡检次数，必要时更换主轴轴承。还可以利用小风天气盘车，监听主轴有无异音。 （二）齿轮箱的维护与保养 作为传动系统中非常重要的零件之一，齿轮箱相对来说也容易产生故障，齿轮箱的使用范围是长期不间断运行的，如果没有及时进行保养，极易影响风机正常的运行，因此要对齿轮箱进行定期的有效的维护和保养，这样能够降低齿轮箱故障的发生率，还能够增加齿轮箱使用的年限，节约生产成本。对齿轮箱的检查是较为方便的，主要根据齿轮箱的声音是否正常以及齿轮箱内的润滑油脂的状态来判断的。齿轮箱正常的声音的频率是稳定没有较大的起伏的，如果声音过快或者过缓，声音频率不稳定，噪音较大，就说明箱内的齿轮可能出现了齿轮断裂，齿轮表面点蚀或者齿轮松动等问题，要及时进行维修和更换，并且使齿轮重新安装后能够重新运转。其次就是润滑油对齿轮的影响，油箱是否存在漏油的问题，或者齿轮箱油的质量问题对其造成的影响。 金风S48/750风机齿轮箱传动形式为一级行星齿和两级平行轴圆柱齿啮合传动，各齿轮采取强制润滑方式，增速比为i=67.57。在日常维护要及时补充油箱内的润滑油，发现油箱泄露要进行更换修复等。润滑油的质量也决定了油箱内齿轮运转的状况，油脂可能因为天气的原因凝固或者碳化，都要进行清理和更换润滑油。在闭式传动中，当齿轮硬度不高，且润滑油稀薄时尤其容易发生齿轮点蚀。齿轮的点蚀是齿轮传动的失效形式之一，即齿轮在传递动力时，在两齿轮的工作面上将产生很大的压力，随着使用时间的增加，在齿面上便产生细小的疲劳裂纹。当裂纹中渗入润滑油，在另一轮齿的挤压下被封闭在裂纹中的油压力就随之增高，加速裂纹的扩展，直致轮齿表面有小块金属脱落，形成小坑。轮齿表面点蚀后，造成传动不平稳和噪声增大。在日常保养中，也要防止齿轮箱的异常高温，要检查润滑油供应是否充分，特别是在各主要润滑点处，必须要有足够的油液润滑和冷却；再次要检查各传动零部件有无卡滞现象，还要检查机组的振动情况，前后连接接头是否松动等。防止因长期使用而出现零件老化以及破损的问题，如果发现这类问题发生，要及时进行零件的更换与维修。及时发现问题并进行合理的解决，提高风机可利用率。 三、风电机组轴承的状态监测与故障诊断 基于SCADA的方法 SCADA系统能够将运行参数发送到中央数据库，对发电机组的运行状态信息实时的监测。但是需要的传感和采集通信的数据较多，增加了供电技术的成本和监测复杂性，也因此没有得到良好的普及。对于发电机的机械故障，可以通过感应电动机的终端发电机输出反应出来。通过对电流和功率的稳定功率谱进行分析，对发电机轴承的故障进行监测。在缺少振动传感器的情况下，将震动平均数据和参数相结合，从而判断风电机组的运行状态。 四、发电机组轴承的运行维护 对于主轴轴承齿轮箱、低速轴轴承、偏航和变桨轴承的运行维护来说。由于轴承是低速而且不完全旋转，限制了振动监测效果。齿轮箱低速轴轴承可以采用润滑油液进行维护，并实施在线监测的方法。但对于主轴轴承与偏航和变桨轴承由于采用润滑脂、润滑油液混合液
风电机组故障诊断综述
风电机组故障诊断综述 对风电机组故障诊断技术进行综述，按照基于定性诊断、定量诊断的分类方式，针对现有风电机组故障诊断方法并结合故障诊断系统进行分析。对每一类故障诊断方法归类，指出这些方法的基本思想、适用条件和应用范围以及优缺点，并探讨了风电机组故障诊断技术未来可能的主要发展方向。 关键字：风力发电;风电机组;传动系统;维护检测 一、风机传动系统主要结构及部件 风机传动系统就安装的结构而言，一般分为两种情况：一种是水平轴风机传动，叶片是安装在水平面的轴承上;另一种是垂直轴风机传动，风轮与叶片是垂直摆放的，风使叶片转动，再带动与之垂直的轴承，发动机被带动以后就可以发电了。但目前大多都是水平轴风机，叶轮与轮毂通过轴承相连接，虽然结构较复杂，但能获得较好的性能，而且叶轮承受的载荷较小、重量轻。传动链主要由主轴、主轴承、偏航轴承、齿轮箱、联轴器、发电机和机座等组成。这些构成了风机中最重要的一个部分，同时因为风机传动系统带动的风叶，所以压力、温度过高都容易导致故障。维护时要特别注意受力铰链和传动机构的润滑、磨损及腐蚀情况，及时进行处理，以免影响机组的正常运行。 二、风电机组传动系统的日常维护 （一）主轴轴承的日常维护及保养（以大唐华创风能CCWE—3000/122.HD 风力发电机组为例） 轴承在工作的时候，会受到外界的影响，当受到一定量频率的震荡或者载荷重量增高，即使低速运行，都会影响到风电机组的安全运行。温度过高、过低，润滑不均匀、缺少润滑脂或者其他物质入侵轴承，就会导致主轴轴承的失效而无法继续运行，一般情况下，主轴承轴被磨损锈蚀都会导致轴承运转的不流畅，使运转的阻力增大直至卡死造成严重的后果。就目前的形式来看，滚动式的轴承仍旧是风力发电场最主要的选择，因为其具有很大的优势，节约成本而且效率很高，但与此同时因结构构造较为简单也容易受到损伤，轴承中出现故障的原因有很多，故进行维护人员要特别重视这项内容，大部分故障最后都导致主轴轴承卡死。如果出现主轴轴承卡死情况，首先考虑的就是轴承的质量问题，或者是安装的过程中出现了装配上的错误，大部分都是滚轴在润滑的中受天气的影响导致了污染。所以在日常维护和保养中，要全方位、多角度分析和考虑。第一就是外观检查有无油脂溢出，清理主轴轴承处溢出油脂和集收盘中的油脂，如果发现润滑油脂变质，油脂碳化或者凝固等都要及时疏通或更换，妥当处理，不能造成风机附近环境污染。正常运行的主轴轴承在没有堵塞的情况下，润滑油脂可以作为介质正常的在轴承内起到润滑的作用。还要检查轴承内的卫生情况，不能有其他杂物，保持轴承之间的接触面的整洁，日常维护过程中要借助工具对轴承进行清理，一旦杂物在里面堆积，就不能使轴承正常运转工作。第二则是检查轴承是否存在松
浅谈风力发电机专用的轴承
浅谈风力发电机专用的轴承 风力发电机常年在野外工作，工况条件比较恶劣，温度、湿度和轴承载荷变化很大，风速最高可达23m/s，有冲击载荷，因此要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命和高可靠性，发电机在2-3级风时就要启动，并能跟随风向变化，所以轴承结构需要进行特殊设计以保证低摩擦、高灵敏度，大型偏航轴承要求外圈带齿，因此轴承设计、材料、制造、润滑及密封都要进行专门设计。 1. 风机轴承技术要点分析 1.1 偏航轴承总成（660PME047） 偏航轴承总成是风机及时追踪风向变化的保证。风机开始偏转时，偏航加速度ε将产生冲击力矩M=Iε（I为机舱惯量）。偏航转速Ω越高，产生的加速度ε也越大。由于I非常大，这样使本来就很大的冲击力成倍增加。另外，风机如果在运动过程中偏转，偏航齿轮上将承受相当大的陀螺力矩，容易造成偏航轴承的疲劳失效。 根据风机轴承的受力特点，偏航轴承采用“零游隙”设计的四点接触球轴承，沟道进行特别设计及加工，可以承受大的轴向载荷和力矩载荷。偏航齿轮要选择合适的材料、模数、齿面轮廓和硬度，以保证和主动齿轮之间寿命的匹配。同时，要采取有针对性的热处理措施，提高齿面强度，使轴承具有良好的耐磨性和耐冲击性。 风机暴露在野外，因此对该轴承的密封性能有着严格的要求，必须对轴承的密封形式进行优化设计，对轴承的密封性能进行模拟试验研究，保证轴承寿命和风机寿命相同。风机装在40m的高空，装拆费用昂贵，因此必须有非常高的可靠性，一般要求20年寿命，再加上该轴承结构复杂，因此在装机试验之前必须进行计算机模拟试验，以确保轴承设计参数无误。 1.2 风叶主轴轴承（24044CC） 风叶主轴由两个调心滚子轴承支承。由于风叶主轴承受的载荷非常大，而且轴很长，容易变形，因此，要求轴承必须有良好的调心性能。 确定轴承内部结构参数和保持架的结构形式，使轴承具有良好的性能和长寿命。 1.3 变速器轴承 变速器中的轴承种类很多，主要是靠变速箱中的齿轮油润滑。润滑油中金属颗粒比较多，使轴承寿命大大缩短，因此需采用特殊的热处理工艺，使滚道表面存在压应力，降低滚道对颗粒杂质的敏感程度，提高轴承寿命。同时根据轴承的工况条件，对轴承结构进行再优化设计，改进轴承加工工艺方法，进一步提高轴承的性能指标。 1.4 发电机轴承
电主轴轴承的装配方法
电主轴轴承的装配方法 1.专业装配的工装 轴承间隙测量＆调整工具(很正规专业那种). 精密的标准平台,V型支撑,还有测量内外圆标高的仪器(全是瑞士产的), 还有一些手动工具. 动平衡测量＆试验台. 最终的跑合试验台(自带润滑系统＆动力系统的). 相关的图纸,啊啊,要求太高了 一套液压安装工具和一套感应加热工具.FAG和NSK都有商品供应. 角接触球轴承一般是成对使用的，有面对面，背对背、同向三种装配的方法，主要是看设计者的思路了，不同的装配方法做预加负载的方法也是不同的。作预加负载是使轴承的内圈与钢球、外圈之间产生一定的弹性变形，来适合你所需要的转速。预加负载的大小不但影响精度，而且影响它的使用寿命。比如背对背使用时，一般采取垫外圈或者磨内圈的方法来实现消除间隙，因为背对背使用时一般是用轴来限制轴承的位置，而外圈一般没有限制的。 2. 轴承安装，不同的人有不同的安装方法：过度配合（0.04mm以内）--开水烫或煮；过盈（0.04mm以上）---油煮等。 1、检查配合要求是否与负载和转速要求相同。 2、测量配合是否超标。 3、根据测量计算决定加热方式。保证轴承油隙。温度不宜超过300--400度。注意防风。不宜用明火加热。条件不许可非用明火时注意温度变化及温度的均匀性。 4、调整轴承的轴向间隙。外圈加垫。 5、用塞尺实测轴承油隙。对特大轴承的油隙最好在实际最大负载（偏载）下调整，要考虑现场温度对轴承的影响。 6、检查转动部份与不动部分是否干涉。 7、加油。注意污染。 8、现场运行监测。 轴承加热温度记得好像应该是小于120度吧 说得对！曾遇到过超过120C后轴承不能回复到原状,报废. 还有的轴承带润滑脂,也不能用热套. 热塑模芯杆, 为了节约材料, 准备用局部镶嵌式联接(相配直径φ30,长度30,用热套方式), 不转递扭矩: 请大家推荐过盈量是多少最合适, 热套零件会变形？二只零件热套后不再加工直接使用,行得通？ 热套工艺适合热塑模具？
圆锥滚子轴承在风电主轴支撑结构中的应用与分析
圆锥滚子轴承在风电主轴支撑结构中的应用与分析 现代制造2012年4月16日 随着风力发电机功率的不断提高，以往在主轴支撑结构中使用较多的调心滚子轴承正在逐渐地被圆锥滚子轴承方案所取代。常见的圆锥滚子轴承方案有三种，分别是双列圆锥滚子轴承加圆柱滚子轴承的方案，两个单列圆锥滚子轴承配合使用的方案以及一个超大圆锥滚子轴承的方案。这三种方案具有一定的共性，但又各自具有不同的特点，因此适用于不同的主轴设计思路。本文通过比较的方法阐述了这三种圆锥滚子轴承方案的特点以及在轴承选型分析时需要注意的关键点。 陆建国铁姆肯公司高级应用工程师 双列圆锥滚子轴承+圆柱滚子轴承方案 1. 布置结构 这种方案被广泛地应用于兆瓦级风机的主轴支撑结构中，常见的布置形式有两种：一是圆锥滚子轴承布置于上风向位置，圆柱滚子轴承布置于下风向位置；二是圆锥滚子轴承布置于下风向位置，圆柱滚子轴承布置于上风向位置。无论哪一种布置形式，一般圆锥滚子轴承都作为固定端支撑而承受轴向力，而圆柱滚子轴承则作为浮动端而吸收轴向热膨胀。圆锥滚子轴承被布置于上风向时，由于其不仅要承受很大的径向力还要承受轴向力，所以轴承所需的承载能力要远远大于下风向的圆柱滚子轴承。因此轴承的成本相对会比较高，但是圆锥滚子轴承可以采用预紧也即负游隙从而使得轮毂端的刚性得到提高。 2. 游隙及锥角的选择 这种方案比较常见的组合是NU/NNU型圆柱滚子轴承加上双内圈型圆锥滚子轴承，有时也会采用NJ型圆柱滚子轴承。双列圆锥滚子轴承两排滚子间的载荷分配一般都不是均匀的，承受外部轴向
力的一列受力要大很多，相应地疲劳寿命也会小很多，适当减小游隙可以在一定程度上避免这种情况的发生。图一和图二是某1.5MW风机同一工况下不同游隙所形成的承载区比较。 图一同一工况下-0.2mm 安装游隙时两列轴承的承载区
风力发电机组齿轮箱故障诊断
设备管理与维修 2019№4（下） 风力发电机组齿轮箱故障诊断 邓自波 （国家电投宁夏能源铝业中卫新能源有限公司， 宁夏中卫755000） 摘 要：随着运行时间的增加，风力发电机组的齿轮箱故障问题日益突出，分析风力发电机组的发电原理，列举风力发电机组齿轮箱 的典型故障，提出风力发电机组齿轮箱故障防控举措。关键词：风力发电机组；齿轮箱；故障诊断中图分类号：TK83文献标识码：B DOI ：10.16621/https://www.360docs.net/doc/5c11785153.html,ki.issn1001-0599.2019.04D.99 0引言 风力发电机安装地点一般都安排在风力较大的地方，如海边、山顶及无障碍物的沙漠等，工作环境比较恶劣。风力发电机组的齿轮箱结构复杂精密，在不同工况中的振动情况也比较复 杂，相比较于其他部件，容易出现故障 （齿轮箱故障占风机故障的1/5）。由于风机的地理位置比较偏，齿轮箱高度较高，一旦齿轮箱出现故障，很难进行及时修复。1风力发电机组齿轮箱结构 （1）风力发电机组齿轮箱结构。主要包括齿轮箱箱体、 齿轮传动部件、轴承及配套的润滑系统。传动部件包含行星架、 输入轴、太阳轮、行星轮、内齿圈、中间轴和输出轴。根据动力传动方式的不同，齿轮箱的结构可分为定轴齿轮传动、 行星齿轮传动，以及两者的组合传动形式3大类。其中齿轮箱的箱体为齿圈轴 提供支撑，把叶轮的转动力传递给输出轴，承受着内部和外部多个载荷；齿轮箱内部包含3行星轮和两级定轴齿轮传动。一 级行星齿轮传动加二级定齿轮传动齿轮箱结构， 如图1。（2）风力发电机齿轮箱工作机理。叶轮在风的作用下转动， 其轮毂转动带动齿轮箱的输入轴， 进而带动行星架转动。行星与轮箱体上的内齿圈以及太阳轮啮合， 在实现自转的同时又能实现公转，完成第一轮增速；然后太阳轮带动同轴大齿轮和中 间轴上的小齿轮啮合转动，进而完成第二级增速；中间轴和输出轴的 齿轮啮合转动形成第三级增速。通过三级增速，能以100的传动比带动 发电机发电。 2齿轮箱的典型故障类型 （1）齿面磨损故障。风力发电机组齿轮箱的齿轮多在渐开线 的工作面，以及齿轮啮合处发生磨损，主要表现为4类：①正常磨损，相互接触的金属表面以自然的速率进行损耗而导致的磨损，一般不影响齿轮的正常运行， 除非已到预定的使用年限外；②重负荷破坏，金属长期工作在恶劣的环境中时，承受较大的负 荷而导致的中度磨损，这种磨损会影响齿轮的正常寿命；③齿面破损，进而引起齿轮的不平稳性；④外物侵蚀破坏， 一些细小的颗粒会混入到齿轮的啮合中， 而导致齿轮破坏。（2）胶合磨损故障。齿轮面与面之间有边界膜，以保护齿轮表面。齿轮在重载荷或高速条件下工作时，由于润滑不良或出现5结束语 基于设备状态劣化趋势分析， 依据振动趋势倾向性判定传动设备吐丝机存在异常。根据轴承故障诊断的原理，通过频谱 细化分析吐丝机轴承特征故障频率， 确定吐丝机故障特征频率由轴承外圈引起，有计划安排检修避免了设备事故的发生。通 过实际案例，提高对机械传动设备轴承失效发展趋势的认识， 为设备预知维修和挖掘设备潜能奠定了很好的基础。 参考文献 ［1］张健.机械故障诊断技术［M ］.北京：机械工业出版社，2014.［2］陈思龙，黄颂光， 乔永钦.在线振动监测系统在减定径机组故障诊断中的应用分析［J ］.机械传动，2014（11）：158-159. ［3］盛兆顺，尹琦岭.设备状态检测与故障诊断技术及应用［M ］.北京： 化学工业出版社，2003. 〔编辑李波 〕 图1齿轮箱结构 图311月27日细化 谱
风电机组齿轮箱轴承常见失效模式及解决方案
风电机组齿轮箱轴承常见失效模式及解决方案 1. 引言 风电机组齿轮箱是连接机组主轴和发电机的传动部件，其主要功能是将主轴的低速运转输入，转化成中速或高速发电机所需的输出，是风力发电机中的重要部件之一。由于风力发电机齿轮箱的复杂工况及对可靠性等方面的高要求，风力发电机齿轮箱的设计及应用，尤其是作为关键零部件的轴承的选型、安装及使用显得尤为重要。不恰当的轴承选型或是不当的安装和使用，会导致轴承的各种损伤和失效模式，甚至还可能会损伤到齿轮箱里其他的零部件。这些损伤和失效都会直接或间接的导致机组停机，不但影响生产率，还会产生计划外的更换和维护成本。铁姆肯公司可针对多种常见失效模式提供有效解决方案。 2. 风电机组齿轮箱轴承常见失效模式及解决方案风力发电机齿轮箱设计多种多样，但是基本上都是由行星级和平行级组成。本文以目前比较常见的一种以行星架为输入，内齿圈固定，太阳轮输出并传递到平行级的设计为例，分析说明常见的轴承失效模式及相应的解决方案。 2.1 行星架轴承 2.1.1 常见失效模式 行星架轴承的选型和应用是和主轴的设计相关的。目前常见的行星架轴承是满装滚子的圆柱滚 子轴承。如果主轴轴承选用调心滚子轴承，不论是单个调心滚子主轴轴承的3 点支承设计还是两个调心滚子主轴轴承的4 点支承设计，由于调心滚子轴承径向和轴向游隙的存在，当风力发电机在刹车或是其他出现轴向载荷交替变换方向的工况时，主轴及其后面连接的行星架在轴向可能会有窜动。此时如果使用圆柱滚子轴承作为行星架轴承，由于其内外圈在轴向方向上有一定的相对错位空间，因此来自主轴的轴向窜动会传递到行星架的圆柱滚子轴承，而如果窜动量足够大，则对圆柱滚子轴承会造成冲击。而且，由于内齿圈和齿轮箱箱体是连成一体的，所以行星轮和行星架一起轴向窜动还会对行星轮造成齿面磨损。 2.1.2 解决方案 铁姆肯公司推荐选用单列圆锥滚子轴承跨装，通过对圆锥滚子轴承预紧来解决主轴轴向窜动对行星 轮的影响。而且预紧的圆锥滚子轴承的承载区得到优化，减少了滚道应力，提高了行星轮系的刚性，并可以承受外部传入齿轮箱行星架端的额外轴向力。 2.2 行星轮轴承 2.2.1 常见失效模式 常见的一种行星轮轴承是由一对双列圆柱滚子轴承组成。在轴承外圈和行星轮内孔之间过盈配 合量不足或是由于齿轮变形而使两者接触面积减少的情况下，会出现外圈跑圈和磨损。 对于斜齿行星轮设计而言，由于行星轮与内齿圈和太阳轮同时啮合的时候受到大小相同、方向相反的轴向力，所产生的倾覆力矩使得外侧的两列滚子承载较大，中间两列滚子承载较小。四列滚子之间的载荷分布不均匀使得实际使用寿命有一定差别，在相同设计寿命的前提下，外侧两列会提前出现疲劳剥落。 2.2.2 解决方案 Timken 集成式柔性销行星轮组件是提高行星级可靠性的最佳方案之一。齿轮和轴承外圈集成于一体，杜绝了外圈跑圈的可能性，同时有更多的内部空间设计更多、更大的滚子来提高承载能力。通过预紧两列圆锥滚子使其承载区得到优化，降低了应力和滚子打滑的几率，使载荷更均匀的分布在两列。柔性销设计允许行星轮组件在运行中产生柔性的偏移，保证齿面有很高的啮合率，特别是对多个行星轮的设计，使得各行星轮之间的载荷分布更均匀，而且还可以降低加工和装配的精度要求。 2.3 高速轴轴承 2.3.1 常见失效模式 圆柱滚子轴承及四点接触球轴承组合在高速级的应用中是较为常见的一种。在高速和低载的情 况下，圆柱滚子轴承容易出现滚子打滑和滚道滑伤，而球轴承可能会出现滑伤和微剥落的损伤。 2.3.2 解决方案 铁姆肯公司推出带抗磨涂层的圆柱滚子轴承和单列圆锥滚子定位轴承。带抗磨涂层的圆柱滚子轴承 在整个寿命周期的运行中既能持续地防止滑伤，也可以防止由于润滑剂里含杂质而造成滚道伤害以及润滑不良的情况。单列圆锥滚子定位轴承可以承受径向及双向的轴向载荷，其纯滚动的特性将滑伤的可能性降至最小。 3. 总结
风力发电机轴承
风力发电机专用轴承风力发电机用轴承大致可以分为三类，即：偏航轴承、变桨轴承、传动系统轴承(主轴和变速箱轴承)。偏航轴承安装在塔架与座舱的连接部，变桨轴承安装在每个叶片的根部与轮毂连接部位。每台风力发电机设备用一套偏航轴承和三套变桨轴承(部分兆瓦级以下的风力发电机为不可调桨叶，可不用变桨轴承)。 代号方法 风力发电机偏航、变桨轴承代号方法采用了JB／T10471—2004中转盘轴承的代号方法，但是在风力发电机偏航、变桨轴承中出现了双排四点接触球式转盘轴承，而此结构轴承的代号在JB ／T10471—2004中没有规定，因此，在本标准中增加了双排四点接触球转盘轴承的代号。 风力发电机专用轴承 由于单排四点接触球转盘轴承的结构型式代号用01表示，而结构型式代号02表示的是双排异径球转盘轴承结构，因此规定03表示双排四点接触球转盘轴承结构。 技术要求
材料 本标准规定偏航、变桨轴承套圈的材料选用42CrMo，热处理采用整体调质处理，调质后硬度为229HB—269HB，滚道部分采用表面淬火，淬火硬度为55HRC-62HRC。由于风力发电机偏航、变桨轴承的受力情况复杂，而且轴承承受的冲击和振动比较大，因此，要求轴承既能承受冲击，又能承受较大载荷。 风力发电机主机寿命要求20年，轴承安装的成本较大，因此要求偏航、变桨轴承寿命也要达到20年。这样轴承套圈基体硬度为229HB-269HB，能够承受冲击而不发生塑性变形，同时滚道部分表面淬火硬度达到55HRC-62HRC，可增加接触疲劳寿命，从而保证轴承长寿命的使用要求。 低温冲击功 本标准对偏航、变桨转盘轴承套圈低温冲击功要求：—20℃Akv不小于27J，冷态下的Akv 值可与用户协商确定。 风力发电机可能工作在极寒冷的地区，环境温度低至—40吧左右，轴承的工作温度在—20~C左右，轴承在低温条件下必须能够承受大的冲击载荷，因此，要求轴承套圈的材料在调质处理后必须做低温冲击功试验，取轴承套圈上的一部分做成样件或者是与套圈同等性能和相同热处理条件下的样件，在—20~C环境下做冲击功试验。