2020-04-22 10:08
来源:
C家视界
轴承属于风电机组的核心零部件。风电轴承的范围涉及从叶片、主轴和偏航所用的轴承、到齿轮箱和发电机中所用的高速轴承。下面就随小编一起了解风电轴承的那些事吧！
1、使用环境恶劣；
2、高维修成本；
3、要求高寿命；
风力发电机用轴承主要包括：偏航轴承、变桨轴承、主轴轴承、变速箱轴承、发电机轴承。即：变桨轴承、偏航轴承、传动系统轴承(主轴和变速箱轴承)。
发电机轴承
轴承类型：深沟球轴承、角接触轴承等。
工况特点：高转速（1000-1500rpm）、高温（90-120℃）重载。
对润滑脂的要求：优异的剪切安定性、良好的氧化安定性、良好的抗魔性能、优异的低温启动性能等。
主轴轴承
轴承类型：圆锥滚子轴承、球面轴承等。
工况特点：低转速（＜25rpm）、宽温、重载且变化大、振动、高湿度。
对润滑脂的要求：优异的抗磨性能、良好的氧化安定性、优异的低温启动性能、良好的抗水淋性等。
变桨/偏航轴承
轴承类型：四点接触球轴承等。
工况特点：停多于转、宽温、重载、振动、高湿度。
对润滑脂的要求：优异的防腐和抗微动磨损性能、优异的低温启动性能、良好的抗水淋性、良好的氧化安定性等。
每台风力发电机设备用偏航轴承（回转支承）1套，变桨轴承（回转支承）3套(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)，发电机轴承（深沟球轴承、圆柱滚子轴承）3套主轴轴承（调心滚子轴承）2套，共计9套。
此外还有变速箱轴承，而变速箱有三种结构形式，第一种形式需装用轴承15套，第二种形式需装用轴承18套，第三种形式需装用轴承23套。这样，风力发电机组轴承数量平均值为27套。
风力发电机用轴承的结构形式主要有四点接触球轴承、交叉滚子轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、深沟球轴承等。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。
1、要控制好锻造温度，不要晶粒粗大；
2、要控制好调制质工艺，保证其心部的调质组织，从而保证其力学性能；
3、表面的中频淬火硬化层深度的控制；
4、避免表面产生微细裂纹。
风电齿轮箱输入轴的转速一般在10-20转/分钟，由于转速比较低，导致输入轴轴承（也就是行星架支撑轴承）的油膜较难形成。
油膜的作用是在轴承运转时分开两个金属接触面，避免金属与金属直接发生接触。
我们可以引入一个参数λ来表征轴承的润滑效果。
(λ定义为油膜厚度与两接触表面粗糙度之和的比值)
如果λ>1，说明油膜的厚度足够分开两个金属表面，润滑效果良好；
而如果λ<1，则说明油膜的厚度不足以完全分开两个金属表面，润滑效果不理想。
在润滑不良的情况下运转，轴承有可能会发生损伤。由于风电齿轮箱一般都采用ISOVG320粘度的循环润滑油，因此如果发现λ小于1，我们一般只能通过降低轴承滚道及滚子的粗糙度来改善润滑效果。
另外，在齿轮箱设计时，行星架支撑轴承要尽量避免一端轴承的尺寸太小，在实际的应用分析中我们发现即使寿命满足条件，这种设计也会导致小轴承的线速度非常低，油膜更加无法形成。
在运转轴承的滚子中一般只有一部分同时承受载荷，而这部分滚子所在的区域我们称之为轴承的承载区。
轴承承受的载荷大小，运行游隙的大小都会对承载区产生影响。如果承载区范围太小，滚子在实际的运转中则容易发生打滑现象。
对于风电齿轮箱而言，如果主轴的设计采用双轴承支撑的方案，那么理论上只有扭矩传递到齿轮箱。在这种情况下，经过简单的受力分析，我们不难发现行星架支撑轴承承受的载荷是比较小的，因此轴承的承载区往往也比较小，滚子容易发生打滑。在风电齿轮箱设计中行星架支撑轴承一般采用两个单列圆锥轴承或者两个满滚子圆柱轴承的方案。
我们可以通过适当预紧圆锥滚子轴承或者减小圆柱滚子轴承游隙的方法来提高承载区。图二给出的是减少游隙前后承载区的比较。
设计与分析：仍以经验类比设计为主，受力分析与载荷谱的研究几近空白。其中的难点技术是针对主轴轴承的要求无故障运转达13*104h以上，并具有95%以上的可靠度；针对齿轮箱轴承的高损坏率的高载荷容量设计等。
材料：不同部位的轴承采用不同的材料及热处理，如提高偏航和变桨轴承用40CrMo钢的低温（环境温度-40℃∽-30℃，轴承工作温度在-20℃左右）冲击功等力学性能的热处理方法，表面感应淬火的淬硬层深度、表面硬度、软带宽度和表面裂纹的控制；增速器轴承用相当于国外STF、HTF钢的研制及控制其残余奥氏体最佳含量的研究；主轴轴承在国产真空脱气钢质量尚存在一定差距的情况下，采用电渣重熔渗碳钢ZG20Cr2Ni4A制造等。返回搜狐，查看更多
责任编辑：}

最全轴承简介手册——轴承知识培训必备编辑轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。对于密封轴承，再加上润滑剂和密封圈（或防尘盖）。这就是轴承的全部组成。·径向载荷·轴向载荷·转速要求·径向跳动·轴向跳动·工作温度·噪音要求·润滑状况轴承分类轴承代号轴承型号一般有前置代号，基本代号和后置代号组成。一般情况下，轴承型号只用基本型号表示。基本型号一般包含三部分，类型代号，尺寸代号和内径代号。后置代号是用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等。前置代号用来表示轴承的分部件，用字母表示。1．基本代号基本代号用来表明轴承的内径、直径系列、宽度系列和类型，一般最多为五位数，先分述如下：（1）轴承内径用基本代号右起第一位数字表示。对常用内径d=20～480mm的轴承内径一般为5的倍数，这两位数字表示轴承内径尺寸被5除得的商数，如04表示d＝20mm；12表示d＝60mm等等。对于内径为10mm、12mm、15mm和17mm的轴承，内径代号依次为00、01、02和03。对于内径小于10mm和大于500mm轴承，内径表示方法另有规定，可参看GB／T272—93。（2）轴承的直径系列（即结构相同、内径相同的轴承在外径和宽度方面的变化系列）用基本代号右起第三位数字表示。例如，对于向心轴承和向心推力轴承，0、1表示特轻系列；2表示轻系列；3表示中系列；4表示重系列。各系列之间的尺寸对比如下图所示。推力轴承除了用1表示特轻系列之外，其余与向心轴承的表示一致。（3）轴承的宽度系列（即结构、内径和直径系列都相同的轴承宽度方面的变化系列）用基本代号右起第四位数字表示。当宽度系图13－4直径系列的对比列为0系列（正常系列）时，对多数轴承在代号中可不标出宽度系列代号O，但对于调心滚子轴承和圆锥滚子轴承，宽度系列代号0应标出。直径系列代号和宽度系列代号统称为尺寸系列代号。（4）轴承类型代号用基本代号右起第五位数字表示（对圆柱滚子轴承和滚针轴承等类型代号为字母）。2．后置代号轴承的后置代号是用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等等。后置代号的内容很多，下面介绍几个常用的代号。（1）内部结构代号是表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟着基本代号表示。如：接触角为15°、25°和40°的角接触球轴承分别用C、AC和B表示内部结构的不同。（2）轴承的公差等级分为2级、4级、5级、6级、6X级和0级，共6个级别，依次由高级到低级，其代号分别为／PZ、／P4、／PS、／P6、／P6X和／PO。公差等级中，6X级仅适用于圆锥滚子轴承；0级为普通级，在轮承代号中不标出。（3）常用的轴承径向游隙系列分为1组、2组、0组、3组、4组和5组，共6个组别，径向游隙依次由小到大。o组游隙是常用的游隙组别，在轴承代号中不标出，其余的游隙组别在轴承代号中分别用／CI、／CZ、／C3、／C4、／CS表示。3．前置代号轴承的前置代号用于表示轴承的分部件，用字母表示。如用L表示可分离轴承的可分离套圈；K表示轴承的滚动体与保持架组件等等。实际应用的滚动轴承类型是很多的，相应的轴承代号也是比较复杂的。以上介绍的代号是轴承代号中最基本、最常用的部分，熟悉了这部分代号，就可以识别和查选常用的轴承。关于滚动轴承详细的代号方法可查阅GBT272。轴承的选择方法在选择轴承时，一般考虑作为轴系的轴承排列、安装、拆卸之难易度、轴承所允许的空间、尺寸及轴承的市场性等，大致决定轴承结构。其次，一边比较研究使用轴承的各种机械的设计寿命和轴承的各种不同的耐久限度，一边决定轴承尺寸。再者，根据不同的用途，有必要选择对精度、游隙、保持架结构、润滑脂等等要求，作特别设计的轴承。但是，选择轴承并没有一定的顺序、规则，优先应考虑的是对轴承所要求的条件、性能、最有关连的选项，尤为实际。轴承的使用注意事项滚动轴承是精密部件，其使用也须相应地慎重进行。使用注意事项如下：即使是眼睛看不到的小尘埃，也会给轴承带来坏影响。所以，要保持周围清洁，使尘埃不致侵入轴承。（2）小心谨慎地使用在使用中如果轴承受到强烈冲击，会产生伤痕及压痕，成为事故的原因。严重的情况下，会裂缝、断裂，所以必须注意。（3）使用恰当的操作工具避免以现有的工具代替，必须使用恰当的工具。（4）要注意轴承的锈蚀操作轴承时，手上的汗会成为生锈的原因。要注意用干净的手操作，最好尽量带上手套。轴承的正确安装方式安装前，打开包装。一般润滑脂润滑，不清洗，直接填充润滑脂。润滑油润滑，普通也不必清洗，但是，仪器用或高速用轴承等，要用洁净的油洗净，除去涂在轴承上的防锈剂。除去了防锈剂的轴承，易生锈，所以不能放置不顾。再者，已封入润滑脂的轴承，不清洗直接使用。轴承的安装方法，因轴承结构、配合、条件而异，一般，由于多为轴旋转，所以内圈需要过盈配合。圆柱孔轴承，多用压力机压入，或多用热装方法。锥孔的场合，直接安装在锥度轴上，或用套筒安装。安装到外壳时，一般游隙配合多，外圈有过盈量，通常用压力机压入，或也有冷却后安装的冷缩配合方法。用干冰作冷却剂，冷缩配合安装的场合，空气中的水分会凝结在轴承的表面。所以，需要适当的防锈措施。轴承的保养方法为了尽可能长时间地以良好状态维持轴承本来的性能，须保养、检修、以求防事故于未然，确保运转的可靠性，提高生产性、经济性。保养最好相应机械运转条件的作业标准，定期进行。内容包括监视运转状态、补充或更换润滑剂、定期拆卸的检查。作为运转中的检修事项，有轴承的旋转音、振动、温度、润滑剂的状态等等。轴承润滑滚动轴承的润滑目的是减少轴承内部摩擦及摩损，防止烧粘、其润滑效用如下：（1）减少摩擦及摩损在构成轴承的套圈、滚动体及保持器的相互接触部分，防止金属接触，减少摩擦、磨损。（2）延长疲劳寿命轴承的滚动疲劳寿命，在旋转中，滚动接触面润滑良好，则延长。相反地，油粘度低，润滑油膜厚度不好，则缩短。（3）排出摩擦热、冷却循环给油法等可以用油排出由摩擦发生的热，或由外部传来的热，冷却。防止轴承过热，防止润滑油自身老化。（4）其他也有防止异物侵入轴承内部，或防止生锈、腐蚀之效果。润滑方法：轴承的润滑方法，分为脂润滑和油润滑。为了使轴承很好地发挥机能，首先，要选择适合使用条件、使用目的的润滑方法。轴承的检修方法轴承的清洗：拆卸下轴承检修时，首先记录轴承的外观，确认润滑剂的残存量，取样检查用的润滑剂之后，洗轴承。作为清洗剂，普通使用清洗剂、煤油。拆下来的轴承清洗，分粗清洗和细清洗，分别放在容器中，先放上金属的网垫底，使轴承不直接接触容器的脏物。粗清洗时，如果使轴承带着脏物旋转，会损伤轴承的滚动面，应该加以注意。在粗清洗油中，使用刷子清除去润滑脂、粘着物，大致干净后，转入精洗。精洗，是将轴承在清洗油中一边旋转，一边仔细的清洗。另外，清洗油也要经常保持清洁。轴承的检修和判断：为了判断拆卸下来的轴承是否可以使用，要在轴承洗干净后检查。检查滚道面、滚动面、配合面的状态、保持架的磨损情况、轴承游隙的增加及有无关尺寸精度下降的损伤，异常。非分离型小型球轴承，则用一只手将内圈支持水平，旋转外圈确认是否流畅。圆锥滚子轴承等分离形轴承，可以对滚动体、外圈的滚道面分别检查。大型轴承因不能用手旋转，注意检查滚动体、滚道面、保持架、挡边面等外观，轴承的重要性愈高愈须慎重检查。(运转世界大国龙腾 龙出东方 腾达天下 龙腾三类调心滚子轴承 刘兴邦CA CC E MB MA)编辑风力发电机组齿轮箱轴承故障分析与解决方法关键词：风力发电机；齿轮箱；轴承；振动；故障诊断齿轮箱中轴承具有传递运动、扭矩以及变速等功能，一旦轴承出现故障，会严重影响齿轮箱的正常使用。若齿轮出现故障，其中 60% 的原因是由于齿轮失效引发的。现阶段对齿轮箱出现的故障进行诊断时，会采用振动法、油液分析法以及混沌诊断识别法。齿轮箱进入到运行状态，齿轮箱内的组成部分，包括轴、齿轮以及轴承等零件，都会处在振动的状态，受到振动的影响，轴承会出现点蚀情况，或者由于高温、轴面磨损等，导致轴承无法继续工作，严重影响发电机组正常的运行。1齿轮箱故障分析方法齿轮箱出现故障时，需要工作人员对其进行充分的分析，主要分析齿轮齿形存在的误差、箱体出现共振、轴承点蚀、高温、轴面磨损以及转轴弯曲等。通过对齿轮箱出现的故障特征进行深入的了解，工作人员应按照故障分析的标准，采用加速度时域分析、频域分析等方法，收集齿轮箱在振动状态下发出的信号，将齿轮箱产生的平均振动能量、时域峰值等参数作为研究对象，判断齿轮箱整体振动情况。采用速度时域分析方法，将平均振动能量、时域信号峰值等参数进行诊断，以便确定引发齿轮箱故障的原因。采用频谱分析方法，是将齿轮箱在振动状态下，对齿轮的啮合频率、加速度信号以及外环固有频率进行检测，以便寻找的齿轮箱故障的引发因素。目前在对齿轮箱故障分析时，通常会在工业现场环境中进行，为获得更加准确的故障分析数据，一般会对齿轮的征兆状态进行检测，并且会真实地反映出齿轮故障的位置、影响范围以及性质等，为工作人员提供必要的参考依据，从而采用针对性的措施解决齿轮箱出现的故障。2风力发电机组传动系统典型故障诊断2.1风力发电机组传动系统结构诊断目前，发电机和机械传动系统是组成风力发电机系统重要的组成部分，并且承担稳定发电机组正常运行的功能。而在风力发电机组内，齿轮箱、发电机以及轴承在振动状态下，会频繁地出现故障，尤其是轴承易出现点蚀、轴面磨损等故障，而且在高温的环境中，会缩短齿轮的使用寿命。此外，作为风力发电机组提供动能的关键设备，齿轮箱、轴承以及联轴器等零件，都会受到不同程度荷载的冲击，在不同荷载作用下，极易导致传动系统出现故障。编辑图1齿轮箱、发电机测点分布图风力发电机组在运行状态下，在传动系统的带动下，将风能转换为机械能，再将机械能运输至发电机，最后产生电能。传动系统主要由主轴、联轴器、高速轴等装置组成，每个装置结构不同，在运行状态下轴承出现故障的位置、影响范围以及性质也不相同。主轴是连接风轮和齿轮箱的关键装置，风轮在转动时，通过扭矩的变化将能量传输至齿轮箱，在齿轮箱的带动下，产生的轴向力会作用在其他装置上。联轴器是两个不同装置相互连接的零件，联轴器在转动时，会带动其他两个装置共同旋转。不同运动状态下产生的动力，需要联轴器具备缓冲、减振等功能。联轴器通常由主动轴和从动轴组成。高速轴是增速齿轮箱和发电机连接的装置，高速轴保持在高速状态，可带动发电机高速转动产生电能。2.2风力发电机组传动机构典型故障诊断将风能转换为电能，通常需要风力发电机组常年在大风等恶劣的环境中运行。在风力发电机组设计时，将最低承受温度设置在零下 20℃，但是，许多地区的最低温度会低至零下 40℃ ，并且风力发电机组还需要承受较强的风力，会增加机组承受的荷载，极易引发传动系统出现故障。尤其是机械传动装置中，轴承会出现点蚀或者轴面磨损等故障，若工作人员未能及时解决故障，或者未能将出现故障的零件进行更换，会使故障范围不断扩大，最终导致风力发电机损坏。2.2.1齿轮箱故障诊断齿轮、滚动轴承和轴等零件，是构成齿轮箱重要的部分，在对齿轮、滚动轴承和轴出现的故障进行分析时，通常借助振动信号频率特征以及故障特征，可以判定引发齿轮箱出现故障的原因。风力发电机组在运行过程中，通常会保持在较高的转速，一旦出现故障，齿轮箱内零件会出现噪音，并且伴随不规律的振动。在对振动信号产生的时域、频域以及幅值进行检测时，工作人员会得到许多故?数据，最明显的是齿轮故障和滚动轴承故障数据，一旦风力发电机组运行速度提升，上述故障就会出现。风力发电机组通常处在风力较大的环境中，一般在荒野、海岛等恶劣的地区，而由于风力产生的荷载具有无规律特征，并且会在瞬时状态对风力发电机组产生强大的冲击力，会引发风力发电机组出现故障。目前，风力发电机组最高转速，每分钟可高达 1500 转，在长时间高速运转过程中，齿轮箱会出现高温发热的情况，同时在荷载的作用下，会引发齿轮箱出现故障。目前，齿轮箱常见的故障，包括局部故障和分布故障。局部故障包括齿轮损伤、弯曲疲劳等，分布故障分为齿面磨损、轴承损坏等。出现的故障形式包括以下几种：第一，断齿。齿轮受到周期性的应力作用后，会在根部出现裂纹，而在荷载长期的作用后，齿轮会出现断齿情况；第二，齿轮齿面疲劳。齿轮箱在运动状态下，受到机械力学的作用，产生的作用力会使齿轮出现相对滑动的状态，只是齿面出现点蚀、破坏性点蚀以及表面压碎等情况。齿轮齿面出现疲劳状态，故障状态表现为振动信号出现啮合频率、振动能量增大以及能量幅值增大等；第三，齿面胶合。齿轮受到高速重载的作用后，齿轮箱处在高温的状态下，此时，齿面受到高温的影响以及压力作用，会在齿面出现磨损等情况，并且在齿轮相对滑动的状态下，齿面未能进行充分的润滑，导致齿面出现胶合故障。2.2.2转子不对中故障诊断风力发电机作为大型机械设备，发电机组通常放置在离地面几十米的高空中，而且受到风力的作用，安装笨重的发电机组难度较大，无法保证转子精准的对中安装。若转子未能保持在对中状态，此时，发电机组在长期运行过程中，在风力以及运行高温共同影响下，齿轮箱内的阻尼器会出现变形，导致转子和轴承无法保持在对中状态，此时，发电站机组会出现不规律振动，致使前后旋转装置轴心无法保持在同一条直线状态，从而引发轴承出现故障。转子出现不对中的故障，除了安装难度较大以外，还由于以下原因导致的：第一，运动状态下的转子，会由于该变量发生的变化，导致从动转子与主动转子间，产生不同的动态情况；第二，承载转子轴承座出现不同的膨胀情况；第三，机壳出现变形或者位移情况；第四，发电机所处地基出现不均匀沉降；第四，转子出现弯曲情况，引发机组出现不平衡的旋转情况。2.2.3滚动轴承故障诊断在传动系统中，滚动轴承是重要的装置。滚动轴承一般由内环、外环、滚动体以及保持架构成。在发电机组内配置滚动轴承，是发挥滚动轴承具有的效率高、易于润滑以及摩擦阻力小等优势。但是，滚动轴承在使用过程中，会出现较大的噪音，同时，无法承受较大的冲击力。若滚动轴承出现故障，极易引发发电机组出现大范围的损坏情况。在对滚动轴承故障进行分析时，主要故障特征分为以下几个方面：第一，轴承内环出现剥落或者点蚀情况。使用频谱对内环进行检测，会出现较为明显的谐波变化；第二，外环出现剥落或者点蚀情况。使用频谱进行检测，此时故障特征为无变频、无调幅情况；第三，滚动体出现剥落或者点蚀情况时，在故障位置会出现明显的调制峰群特征；第四，保持架出现变形或者脱落。使用频谱进行检测，发现保持架出现特征频率以及谐波。此外，滚动轴承的故障形式分为以下几种，分别为疲劳剥落故障、磨损故障、裂纹和断裂故障以及压痕故障。2.2.4发电机故障诊断发电机出现故障，可分为定子绕组故障和轴承故障。出现定子绕组故障时，绕组出现破坏、磨损以及裂纹等情况，此时绕组无法提供绝缘功能。出现轴承故障时，不同部分的故障会产生不同的振动信号，以转子不对中为例，会将这类问题归纳为偏心故障。此外，转子和定子是由轴承支撑，轴承会承受较大的径向负荷，在较大的荷载作用下，导致轴承出现故障。通常情况下，轴承会出现内外圈损坏、点蚀以及磨损等情况，而且轴承在振动状态下，会提升出现故障的概率。3结语综上所述，风力发电机组出现故障时，需要以科学的角度判定引发风力发电系统出现故障的原因。一旦风力发电机组出现故障，工作人员应对机组内的传统系统进行充分的分析，逐一排查系统内不同装置存在的故障因素。但是，受到故障诊断条件的影响，只能通过理论依据以及试验等方法，对发电机组内齿轮箱轴承出现的故障进行模拟分析，还未能通过在线测试的方法获得准确的数据。在对齿轮箱轴承故障进行分析时，应以复合故障诊断和混合智能故障诊断等技术，作为检测故障的方法，有助于提升检测效率，高效处理轴承出现的故障。编辑}