風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動軸 風(fēng)力電機(jī)定子主軸

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸

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摘要：介紹了國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用軸承設(shè)計、生產(chǎn)及應(yīng)用的現(xiàn)況，展望了今后幾年我國風(fēng)機(jī)軸承可觀的市場前景。
中圖分類號：TH133.3；TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1000-3762（2004）02-0048-02
近十年來，風(fēng)力發(fā)電作為一項可再生的綠色環(huán)保新型潔凈能源，受到了各國的高度重視，得到了長足的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)用軸承主要包括：偏航軸承總成（660PME047）、風(fēng)葉主軸軸承（24044CC）、變速器軸承、發(fā)電機(jī)軸承等，軸承的結(jié)構(gòu)形式主要有四點(diǎn)接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、深溝球軸承等。其中大型偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承技術(shù)難度較大，現(xiàn)在基本依靠進(jìn)口，是風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化的難點(diǎn)之一。風(fēng)機(jī)軸承國產(chǎn)化可提高國內(nèi)軸承工業(yè)的設(shè)計應(yīng)用水平，縮小與國外先進(jìn)水平的差距，促進(jìn)國內(nèi)軸承工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，另外方面，可以降低風(fēng)電成本，加快我國新資源和可再生資源的發(fā)展。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風(fēng)速最高可達(dá)23m/s，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤滑性能、耐沖擊、長壽命和高可靠性，發(fā)電機(jī)在2-3級風(fēng)時就要啟動，并能跟隨風(fēng)向變化，所以軸承結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊設(shè)計以保證低摩擦、高靈敏度，大型偏航軸承要求外圈帶齒，因此軸承設(shè)計、材料、制造、潤滑及密封都要進(jìn)行專門設(shè)計。
1. 風(fēng)機(jī)軸承技術(shù)要點(diǎn)分析

1.1 偏航軸承總成（660PME047）
偏航軸承總成是風(fēng)機(jī)及時追蹤風(fēng)向變化的保證。風(fēng)機(jī)開始偏轉(zhuǎn)時，偏航加速度ε將產(chǎn)生沖擊力矩M=Iε（I為機(jī)艙慣量）。偏航轉(zhuǎn)速Ω越高，產(chǎn)生的加速度ε也越大。由于I非常大，這樣使本來就很大的沖擊力成倍增加。另外，風(fēng)機(jī)如果在運(yùn)動過程中偏轉(zhuǎn)，偏航齒輪上將承受相當(dāng)大的陀螺力矩，容易造成偏航軸承的疲勞失效。
根據(jù)風(fēng)機(jī)軸承的受力特點(diǎn)，偏航軸承采用“零游隙”設(shè)計的四點(diǎn)接觸球軸承，溝道進(jìn)行特別設(shè)計及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷。偏航齒輪要選擇合適的材料、模數(shù)、齒面輪廓和硬度，以保證和主動齒輪之間壽命的匹配。同時，要采取有針對性的熱處理措施，提高齒面強(qiáng)度，使軸承具有良好的耐磨性和耐沖擊性。
風(fēng)機(jī)暴露在野外，因此對該軸承的密封性能有著嚴(yán)格的要求，必須對軸承的密封形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對軸承的密封性能進(jìn)行模擬試驗研究，保證軸承壽命和風(fēng)機(jī)壽命相同。風(fēng)機(jī)裝在40m的高空，裝拆費(fèi)用昂貴，因此必須有非常高的可靠性，一般要求20年壽命，再加上該軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在裝機(jī)試驗之前必須進(jìn)行計算機(jī)模擬試驗，以確保軸承設(shè)計參數(shù)無誤。
1.2 風(fēng)葉主軸軸承（24044CC）
風(fēng)葉主軸由兩個調(diào)心滾子軸承支承。由于風(fēng)葉主軸承受的載荷非常大，而且軸很長，容易變形，因此，要求軸承必須有良好的調(diào)心性能。確定軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)和保持架的結(jié)構(gòu)形式，使軸承具有良好的性能和長壽命。
1.3 變速器軸承
變速器中的軸承種類很多，主要是靠變速箱中的齒輪油潤滑。潤滑油中金屬顆粒比較多，使軸承壽命大大縮短，因此需采用特殊的熱處理工藝，使?jié)L道表面存在壓應(yīng)力，降低滾道對顆粒雜質(zhì)的敏感程度，提高軸承壽命。同時根據(jù)軸承的工況條件，對軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行再優(yōu)化設(shè)計，改進(jìn)軸承加工工藝方法，進(jìn)一步提高軸承的性能指標(biāo)。
1.4 發(fā)電機(jī)軸承
發(fā)電機(jī)軸承采用圓柱滾子軸承和深溝球軸承。通過對這兩種軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝方法改進(jìn)、生產(chǎn)過程清潔度控制及相關(guān)組件的優(yōu)選來降軸承振動的噪聲，使軸承具有良好的低噪聲性能。
1.5 軸承裝機(jī)試驗技術(shù)研究
軸承安裝后的實際性能不僅與軸承自身性能有關(guān)，而且還與軸承的具體安裝使用條件密切相關(guān)，因此，要對軸承安裝時的配合形式、安裝中心的對中性進(jìn)行研究，使軸承在實際使用中能夠得到較好的工作性能。
2. 風(fēng)機(jī)軸承技術(shù)現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)軸承主要是變速器軸承和電機(jī)軸承，但性能和壽命還達(dá)不到要求。因此，90%左右的變速器軸承和電機(jī)軸承仍然依賴進(jìn)口。偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承總成還在研制之中，國內(nèi)除洛軸、瓦軸等大型國有企業(yè)有少量試制外，很少有廠家生產(chǎn)，基本屬國內(nèi)空白。
風(fēng)機(jī)軸承開發(fā)研制中，存在的主要技術(shù)難點(diǎn)是實現(xiàn)長壽命所需的密封結(jié)構(gòu)和潤滑脂、特殊的滾道加工方法和熱處理技術(shù)、特殊保持架設(shè)計和加工制造方法等。國內(nèi)目前的技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平相比存在較大差距，但近幾年來我國的一些研究單位在這些方面已經(jīng)取得了一些突破性的研究成果，這必須將加速風(fēng)機(jī)軸承國產(chǎn)化的進(jìn)程。
3. 風(fēng)機(jī)軸承市場分析
我國風(fēng)能資源十分豐富，理論儲量1600000000KW，可開發(fā)利用的風(fēng)能資源253000000KW。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和國家對可再生能源的重視，近年來風(fēng)力發(fā)電在我國得到了長足發(fā)展。
我國從“七五”開始著手風(fēng)電場建設(shè)，到“八五”末期共建立了19個風(fēng)電場，總裝機(jī)容量達(dá)166500KW，占全國電網(wǎng)總?cè)萘康?.07%。“九五”期間，我國又建成了21個風(fēng)電場，新增裝機(jī)容量223790KW，另有90300KW在建。根據(jù)我國電力工業(yè)總裝機(jī)容量達(dá)到350000000KW，其中包括風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的新能源占0.7%，達(dá)到2450000KW。
以往我國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要依靠進(jìn)口，設(shè)備投資昂貴，電價居高不下，影響了風(fēng)力發(fā)電的市場化運(yùn)行。據(jù)分析，如果600KW大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國產(chǎn)化以后，國產(chǎn)化率達(dá)到60%，設(shè)備造價可以降低15%-20%，風(fēng)電成本可以降低10%-14%；國產(chǎn)化率達(dá)到80%，設(shè)備造價可以降低25%，風(fēng)電成本可以降低18%。
目前全國共有81個研究單位及生產(chǎn)企業(yè)從事風(fēng)力機(jī)械的開發(fā)、研究及制造，2001年全國共生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20903臺，19735.2KW。其中，離網(wǎng)型機(jī)組20879臺，4975.2KW，分別比上年增加64.79%和87.60%。2001年我國還首次生產(chǎn)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組24臺，14760KW。
在國家對再生無污染能源的多項優(yōu)惠政策的鼓勵下，今后若干年內(nèi)， 我國風(fēng)力發(fā)電工業(yè)必定會飛速發(fā)展。根據(jù)我國電力工業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃，風(fēng)電將以年均40%的速度發(fā)展，到2005年我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)量將達(dá)到80300臺。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)配套軸承主要用在偏航系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變速器和發(fā)動機(jī)等部位，其中每個機(jī)組主要包括偏航軸承1套，風(fēng)葉主軸軸承2套，變速箱軸承15套左右，發(fā)電機(jī)軸承2套左右，軸承結(jié)構(gòu)形式眾多。以每臺機(jī)組平均需配20套軸承計算，到2005年全國風(fēng)力發(fā)電機(jī)需配套軸承166萬套。即便按目前變速器和電機(jī)軸承10%的國產(chǎn)化率計算，也將會有16.6萬套的市場空間。如果軸承國產(chǎn)化率提高到20%，將會有33.2萬套的市場容量，大約是目前生的能力的提高，配套軸承的國產(chǎn)化率還將進(jìn)一步提高，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用軸承的市場前景廣闊。