【济南进口轴承】风电主轴轴承配置形式

  济南市鸿慷机电设备有限公司位于交通便利的泉城济南，是全球生产滚动轴承和直线运动产品的领导企业---德国舍弗勒集团在山东的授权代理商。公司专营舍弗勒集团旗下两大品牌INA轴承和FAG轴承，是一家顺应经济发展需要而诞生的专业化新型高端轴承公司。多年来一直从事轴承的销售和售后技术支持，在机械行业技术方面有着非常丰富的经验，今天济南鸿慷机电进口轴承专家为大家介绍一下风电主轴轴承配置形式。

  风力发电机有多种不同的设计型式——水平轴或竖直轴、转子逆风或顺风、带齿轮箱或不带齿轮箱。

  传统的风力发电机的传动链通常由主轴、齿轮箱(增速箱)和发电机组成。每一个大型风力发电机中都至少要用到5个大型滚动轴承，包括主轴轴承、偏航变桨轴承以及增速箱轴承。根据不同类型的风力发电机的结构和使用要求，大型轴承的结构形状也会有所不同。下表列出了轴承在风电机组不同部件中的具体应用：

  如今安装的所有风力发电机中，75%～80%均采用主轴轴承支撑原理，也就是主轴承的内圈安装在旋转的主轴上。主轴起支承轮毂及叶片，传递扭矩到增速器的作用，主轴轴承主要承受径向力，其性能的好坏不仅对传递效率有影响，而且也决定了主传动链的维护成本，所以要求具有良好的调心性能、抗振性能和运转平稳性。在主轴上，采取双轴承的配置是比较常用的一种轴承配置形式，采用的轴承类型根据设计要求的不同而有所不同，但较为常见的轴承配置为调心滚子轴承或者圆锥滚子搭配圆柱滚子轴承的配置，大功率风力发电机采用大锥角双列圆锥滚子轴承或三列圆柱滚子轴承。

  1.1两点支撑

  此种设计为固定端/浮动端轴承支撑的两点支撑形式是最典型的。轴承被安装在两个独立的或一个共同的轴承座内，转子端或齿轮箱端轴承都可以设计为固定端轴承。第一种形式提供了径向力和轴向力之间更为适合的比例，而且主轴的结构会导致固定端轴承的解决方案直径较大。采用第二种形式时，传递轴向载荷的轴肩的位置在主轴应力方面表现得更为有利，因为它避免了前轴承位置的台阶。只有转矩进入齿轮箱，在一定程度上保护了齿轮箱，但价格较贵（多一个轴承和轴承座，主轴也较长）。

  1.2三点支撑——带轴承座的单独的固定端轴承

  采用三点支撑，一点是固定端轴承而另外两点是齿轮箱内的转矩支撑轴承。在此，齿轮箱输入轴轴承作为浮动端轴承。固定端轴承相对于齿轮箱输入轴的浮动端轴承的同轴度以及轴的偏移量，是选择轴承类型时的决定因素。固定端轴承采用单独的轴承座，推荐使用自调心轴承（例如调心滚子轴承）。另外重要的一点是，要在安装时确保固定端轴承位置和浮动端轴承位置之间的正确的距离。轴向力一定要作用在固定端轴承上。采用三点支撑，作用在浮动端轴承上的力显示了载荷对齿轮箱内部的影响。两点支撑的主轴承布置中承受这个载荷的是那个真正的浮动端轴承。因此，两点支撑显示出了它对振动等其他因素影响具有的优势。

  1.3一点式——整合在齿轮箱内的固定端轴承

  有的风力发电机的主轴轴承是直接整合在齿轮箱内的。这种设计的优点之一是：由于固定端轴承和浮动端轴承使用同一个箱体，使得保持它们的同轴度更为容易。因此，在这种情况下，使用一个双列圆锥滚子轴承作为主轴轴承也是可能的。而且，齿轮箱油也可以用来润滑主轴轴承。在任何情况下，为了使主轴轴承得到必须的支撑，轴承座和机体间可靠的连接是必须要保证的。

  使用单个轴承来承受径向载荷、轴向载荷以及力矩载荷需要轴承制造商和风力发电机制造商共同的全面专业的技术水平。最初使用单个轴承的风力发电机采用来自回转支承领域的多列圆柱滚子轴承，这些风电设备的输出功率不超过2 MW。因为风能领域的轴承支撑设计的工作寿命是20 年，所以在此强烈推荐使用保持架。周围结构零部件的尺寸和形状必须在计算中加以考虑，最好是通过有限元分析方法。用这种方法，考虑到了零部件的变形和存在于轴承内部的载荷分布。我们设计的目标是达到轴承在使用时尽可能小的内部游隙，这样滚动零部件间的相对移动就会达到最小。

  当使用主轴轴承支撑结构时，几乎所有的结构都毫无例外地使用了调心滚子轴承。事实上，采用单独轴承座的结构，由于对圆锥滚子轴承或圆柱滚子轴承来说，轴承位置处轴的角位移太大了，所以采用调心滚子轴承是必须的。在风力发电机应用中，径向力和轴向力的比值对采用调心滚子轴承相对来说是不利的，因此选择最适合的轴承系列非常必要。尤其对调心滚子轴承来说，保证充分的润滑——合适的润滑剂、足够的润滑量和再润滑，也是很重要的。在使用宽系列的轴承时，由于旋转主轴的角度偏斜会导致摩擦腐蚀，必须采用紧的配合，这一点也是非常重要的。浮动轴承必须补偿它相对于固定轴承位置的距离变化（例如由于热膨胀产生的）。圆柱滚子轴承由于在轴承内部能够补偿这种变化，所以它们是理想的浮动轴承。其他类型的轴承采用滑动配合来实现，在这里是外圈滑动。如果在此采用调心滚子轴承，经常可以选用具有较低额定载荷的轴承，在这种情况下，轴承外圈的滑动通常是不会发生的。只要固定轴承具有最小的轴向游隙，浮动轴承内部的游隙一般是足够的。

  单个轴承的解决方案在大约3 MW级以上的风力发电机中出现的越来越多。整合概念的运行时间最长的3 MW 风电设备装有位置非常接近齿轮箱的、承受所有来自转子的载荷的主轴承。还有其他的3～5 MW 的设备也采用这种轴承配置。把传统主轴轴承概念应用到多兆瓦级的风电设备中通常也是可行的，例如采用两个主轴轴承——两个调心滚子轴承。另外一种配置结构是采用一个预设过游隙并带有能使安装简化的特殊结构的双列圆锥轴承。浮动端包含一个设计有避免应力集中结构的圆柱滚子轴承。作为一种规律，那些在小型风电设备方面有很好经验的公司在新的大型风电设备上也采用与小型风电设备相同的基本布置，这一点对那些使用轮毂轴承支撑原理的风电设备制造商也是适用的。

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——责任编辑：济南鸿慷机电设备公司01销售顾问

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