軸承屬于風電機組的核心零部件。風電軸承的范圍涉及從葉片、主軸和偏航所用的軸承、到齒輪箱和發電機中所用的高速軸承。下面就隨小編一起了解風電軸承的那些事吧！


風電軸承的主要特點

1、使用環境惡劣；

2、高維修成本；

3、要求高壽命；

風電軸承的分類

風力發電機用軸承主要包括：偏航軸承、變槳軸承、主軸軸承、變速箱軸承、發電機軸承。即：變槳軸承、偏航軸承、傳動系統軸承(主軸和變速箱軸承)。


發電機軸承

軸承類型：深溝球軸承、角接觸軸承等。


工況特點：高轉速（1000-1500rpm）、高溫（90-120℃）重載。

對潤滑脂的要求：優異的剪切安定性、良好的氧化安定性、良好的抗魔性能、優異的低溫啟動性能等。

主軸軸承

軸承類型：圓錐滾子軸承、球面軸承等。


工況特點：低轉速（＜25rpm）、寬溫、重載且變化大、振動、高濕度。

對潤滑脂的要求：優異的抗磨性能、良好的氧化安定性、優異的低溫啟動性能、良好的抗水淋性等。

變槳/偏航軸承

軸承類型：四點接觸球軸承等。


工況特點：停多于轉、寬溫、重載、振動、高濕度。

對潤滑脂的要求：優異的防腐和抗微動磨損性能、優異的低溫啟動性能、良好的抗水淋性、良好的氧化安定性等。

每臺風力發電機設備用偏航軸承（回轉支承）1套，變槳軸承（回轉支承）3套(部分兆瓦級以下的風力發電機為不可調槳葉，可不用變槳軸承)，發電機軸承（深溝球軸承、圓柱滾子軸承）3套主軸軸承（調心滾子軸承）2套，共計9套。

此外還有變速箱軸承，而變速箱有三種結構形式，第一種形式需裝用軸承15套，第二種形式需裝用軸承18套，第三種形式需裝用軸承23套。這樣，風力發電機組軸承數量平均值為27套。

風力發電機用軸承的結構形式主要有四點接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調心滾子軸承、深溝球軸承等。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。

一些廠商生產的部分風電軸承品種

風電軸承的生產工藝要求

1、要控制好鍛造溫度，不要晶粒粗大；

2、要控制好調制質工藝，保證其心部的調質組織，從而保證其力學性能；

3、表面的中頻淬火硬化層深度的控制；

4、避免表面產生微細裂紋。


風電軸承的潤滑分析

風電齒輪箱輸入軸的轉速一般在10-20轉/分鐘，由于轉速比較低，導致輸入軸軸承（也就是行星架支撐軸承）的油膜較難形成。

油膜的作用是在軸承運轉時分開兩個金屬接觸面，避免金屬與金屬直接發生接觸。

我們可以引入一個參數λ來表征軸承的潤滑效果。

(λ定義為油膜厚度與兩接觸表面粗糙度之和的比值)

如果λ>1，說明油膜的厚度足夠分開兩個金屬表面，潤滑效果良好；

而如果λ<1，則說明油膜的厚度不足以完全分開兩個金屬表面，潤滑效果不理想。

在潤滑不良的情況下運轉，軸承有可能會發生損傷。由于風電齒輪箱一般都采用ISOVG320粘度的循環潤滑油，因此如果發現λ小于1，我們一般只能通過降低軸承滾道及滾子的粗糙度來改善潤滑效果。

另外，在齒輪箱設計時，行星架支撐軸承要盡量避免一端軸承的尺寸太小，在實際的應用分析中我們發現即使壽命滿足條件，這種設計也會導致小軸承的線速度非常低，油膜更加無法形成。


風電軸承的承載區分析

在運轉軸承的滾子中一般只有一部分同時承受載荷，而這部分滾子所在的區域我們稱之為軸承的承載區。

軸承承受的載荷大小，運行游隙的大小都會對承載區產生影響。如果承載區范圍太小，滾子在實際的運轉中則容易發生打滑現象。

對于風電齒輪箱而言，如果主軸的設計采用雙軸承支撐的方案，那么理論上只有扭矩傳遞到齒輪箱。在這種情況下，經過簡單的受力分析，我們不難發現行星架支撐軸承承受的載荷是比較小的，因此軸承的承載區往往也比較小，滾子容易發生打滑。在風電齒輪箱設計中行星架支撐軸承一般采用兩個單列圓錐軸承或者兩個滿滾子圓柱軸承的方案。

我們可以通過適當預緊圓錐滾子軸承或者減小圓柱滾子軸承游隙的方法來提高承載區。圖二給出的是減少游隙前后承載區的比較。


風電軸承的使用技術

設計與分析：仍以經驗類比設計為主，受力分析與載荷譜的研究幾近空白。其中的難點技術是針對主軸軸承的要求無故障運轉達13*104h以上，并具有95%以上的可靠度；針對齒輪箱軸承的高損壞率的高載荷容量設計等。


材料：不同部位的軸承采用不同的材料及熱處理，如提高偏航和變槳軸承用40CrMo鋼的低溫（環境溫度-40℃∽-30℃，軸承工作溫度在-20℃左右）沖擊功等力學性能的熱處理方法，表面感應淬火的淬硬層深度、表面硬度、軟帶寬度和表面裂紋的控制；增速器軸承用相當于國外STF、HTF鋼的研制及控制其殘余奧氏體最佳含量的研究；主軸軸承在國產真空脫氣鋼質量尚存在一定差距的情況下，采用電渣重熔滲碳鋼ZG20Cr2Ni4A制造等。