風(fēng)電軸承的設(shè)計(jì)與制造(上)

近年來(lái)由于環(huán)境和能源問(wèn)題日趨緊張,風(fēng)電作為一種可再生綠色能源越來(lái)越受到世界關(guān)注,尤其是近十年,全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量的年均增長(zhǎng)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(wàn)MW。據(jù)歐洲《風(fēng)力十二》的規(guī)劃和預(yù)測(cè),到2020年全世界風(fēng)能裝機(jī)容量將達(dá)到123. 1萬(wàn)MW,這一水平是2005年的21倍,年平均增速高達(dá)20%,屆時(shí)風(fēng)電將占世界電力供應(yīng)的12%.

近十幾年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量迅猛增加,從1995年至今,我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量年增長(zhǎng)率超過(guò)46%。按照國(guó)家《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》提出的目標(biāo)到2010年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)0. 5萬(wàn)MW,到2015年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)1. 5萬(wàn)
MW,到2020年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)3. 0萬(wàn)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(jì)到2020年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)8. 0萬(wàn)MW,在2030年后風(fēng)電將成為我國(guó)繼煤炭、石油之后的第三大能源.

風(fēng)電能源的需求拉動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)品大多依賴進(jìn)口,市場(chǎng)一直被丹麥、德國(guó)、美國(guó)、西班牙等歐美國(guó)家把持。近年來(lái),在市場(chǎng)的誘導(dǎo)和政策的促進(jìn)下國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀企業(yè),從市場(chǎng)份額看,國(guó)產(chǎn)機(jī)組比例也在上升,目前國(guó)內(nèi)葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等零部件已基本能實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn),但軸承、控制系統(tǒng)等還是主要依賴進(jìn)口。

轉(zhuǎn)盤軸承是一種特大型軸承,內(nèi)圈或外圈帶有傳動(dòng)齒,可以和驅(qū)動(dòng)小齒輪嚙合傳動(dòng)扭矩,在風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fèi)用高,周期長(zhǎng),對(duì)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(jī)組壽命相同,且在20年以上。從世界范圍來(lái)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(guó)內(nèi)近年來(lái)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(zhǎng)時(shí)間裝機(jī)應(yīng)用的驗(yàn)證。風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承質(zhì)量的保證不外乎設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)方面,本文綜合國(guó)內(nèi)、外部分企業(yè)和機(jī)構(gòu)對(duì)風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn),對(duì)風(fēng)電轉(zhuǎn)盤軸承的設(shè)計(jì)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(jì)人員有所幫助。

轉(zhuǎn)盤軸承一般有單排四點(diǎn)接觸球式、雙排四點(diǎn)接觸球式、交叉滾子式、三排滾子式等形式,其中單排四點(diǎn)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(zhǎng),承載能力強(qiáng),回轉(zhuǎn)阻力小,允許磨損量大,對(duì)安裝基座要求不高,但其運(yùn)動(dòng)精度較低;交叉滾子式轉(zhuǎn)盤軸承精度高,壽命長(zhǎng),動(dòng)載荷容量較高,但對(duì)基座剛性
和精度有較高要求,且滾子與滾道在接觸時(shí)易發(fā)生邊緣效應(yīng),導(dǎo)致邊緣實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)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(chǎng)合,通常認(rèn)為中小規(guī)格的轉(zhuǎn)盤軸承應(yīng)以四點(diǎn)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(zhǎng)期以來(lái),轉(zhuǎn)盤軸承主要應(yīng)用于工程機(jī)械,選型計(jì)算主要也是借助承載能力曲線,按照靜載強(qiáng)度選型,動(dòng)載校核,靜載與動(dòng)載的處理手段也僅在于安全系數(shù)的選取不同。國(guó)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(gè)廠家生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤軸承承載能力也會(huì)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(dòng)力和葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)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)