風(fēng)電軸承的設(shè)計與制造(上)

近年來由于環(huán)境和能源問題日趨緊張,風(fēng)電作為一種可再生綠色能源越來越受到世界關(guān)注,尤其是近十年,全球風(fēng)電累計裝機容量的年均增長率接近30%,到2009年底世界總的風(fēng)能發(fā)電容量將突破12億萬MW。據(jù)歐洲《風(fēng)力十二》的規(guī)劃和預(yù)測,到2020年全世界風(fēng)能裝機容量將達到123. 1萬MW,這一水平是2005年的21倍,年平均增速高達20%,屆時風(fēng)電將占世界電力供應(yīng)的12%.

近十幾年中國風(fēng)電裝機容量迅猛增加,從1995年至今,我國風(fēng)電裝機容量年增長率超過46%。按照國家《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出的目標(biāo)到2010年我國風(fēng)電裝機容量將達0. 5萬MW,到2015年我國風(fēng)電裝機容量達1. 5萬
MW,到2020年我國風(fēng)電裝機容量達3. 0萬MW。現(xiàn)在2010年的目標(biāo)已提前三年完成,按照目前發(fā)展速度,預(yù)計到2020年我國風(fēng)電裝機容量將達8. 0萬MW,在2030年后風(fēng)電將成為我國繼煤炭、石油之后的第三大能源.

風(fēng)電能源的需求拉動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,長期以來國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)品大多依賴進口,市場一直被丹麥、德國、美國、西班牙等歐美國家把持。近年來,在市場的誘導(dǎo)和政策的促進下國內(nèi)涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀企業(yè),從市場份額看,國產(chǎn)機組比例也在上升,目前國內(nèi)葉片、齒輪箱、發(fā)電機等零部件已基本能實現(xiàn)自主生產(chǎn),但軸承、控制系統(tǒng)等還是主要依賴進口。

轉(zhuǎn)盤軸承是一種特大型軸承,內(nèi)圈或外圈帶有傳動齒,可以和驅(qū)動小齒輪嚙合傳動扭矩,在風(fēng)力發(fā)電機中一般用于偏航系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)中,由于安裝位置不易拆裝且拆裝費用高,周期長,對偏航和變槳轉(zhuǎn)盤軸承的壽命和可靠性提出了嚴(yán)格要求,一般要求風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承的壽命要與機組壽命相同,且在20年以上。從世界范圍來看,RotheErde, FAG, SKF等著名軸承公司的風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承產(chǎn)品質(zhì)量已得到廣泛的認(rèn)可,國內(nèi)近年來也相繼有廠家投入風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承的生產(chǎn),但質(zhì)量水平還有待長時間裝機應(yīng)用的驗證。風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承質(zhì)量的保證不外乎設(shè)計和制造兩個方面,本文綜合國內(nèi)、外部分企業(yè)和機構(gòu)對風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承的設(shè)計和制造經(jīng)驗,對風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承的設(shè)計和制造關(guān)鍵技術(shù)作了探討,以期能夠?qū)ο嚓P(guān)企業(yè)和設(shè)計人員有所幫助。

轉(zhuǎn)盤軸承一般有單排四點接觸球式、雙排四點接觸球式、交叉滾子式、三排滾子式等形式,其中單排四點接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承成本較低,且綜合性能較高;雙排球式轉(zhuǎn)盤軸承使用壽命長,承載能力強,回轉(zhuǎn)阻力小,允許磨損量大,對安裝基座要求不高,但其運動精度較低;交叉滾子式轉(zhuǎn)盤軸承精度高,壽命長,動載荷容量較高,但對基座剛性
和精度有較高要求,且滾子與滾道在接觸時易發(fā)生邊緣效應(yīng),導(dǎo)致邊緣實際應(yīng)力遠大于設(shè)計應(yīng)力;三排滾子式轉(zhuǎn)盤軸承一般具有非常高的靜承載能力。在一般的應(yīng)用場合,通常認(rèn)為中小規(guī)格的轉(zhuǎn)盤軸承應(yīng)以四點接觸單排球式為主,大規(guī)格的轉(zhuǎn)盤軸承應(yīng)以三排滾子式為主。長期以來,轉(zhuǎn)盤軸承主要應(yīng)用于工程機械,選型計算主要也是借助承載能力曲線,按照靜載強度選型,動載校核,靜載與動載的處理手段也僅在于安全系數(shù)的選取不同。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定了每種規(guī)格轉(zhuǎn)盤軸承承載能力曲線,很顯然由于生產(chǎn)廠家的制造水平有差異,每個廠家生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤軸承承載能力也會有一定的差異。風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承除了受較大的傾覆力矩外,由于空氣動力和葉輪轉(zhuǎn)動還承受非常復(fù)雜的疲勞載荷,再加上高可靠性和壽命的要求,使得風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承在選型和設(shè)