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風力發電機專用軸承

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風力發電機用軸承大致可以分為三類,即:偏航軸承、變槳軸承、傳動系統軸承(主軸和變速箱軸承)。偏航軸承安裝在塔架與座艙的連接部,變槳軸承安裝在每個葉片的根部與輪轂連接部位。每臺風力發電機設備用一套偏航軸承和三套變槳軸承(部分兆瓦級以下的風力發電機為不可調槳葉,可不用變槳軸承)。

 

代號方法

  風力發電機偏航、變槳軸承代號方法采用了JB/T10471—2004中轉盤軸承的代號方法,但是在風力發電機偏航、變槳軸承中出現了雙排四點接觸球式轉盤軸承,而此結構軸承的代號在JB/T10471—2004中沒有規定,因此,在本標準中增加了雙排四點接觸球轉盤軸承的代號。 

  

風力發電機專用軸承

由于單排四點接觸球轉盤軸承的結構型式代號用01表示,而結構型式代號02表示的是雙排異徑球轉盤軸承結構,因此規定03表示雙排四點接觸球轉盤軸承結構。

 

技術要求

材料

  本標準規定偏航、變槳軸承套圈的材料選用42CrMo,熱處理采用整體調質處理,調質后硬度為229HB—269HB,滾道部分采用表面淬火,淬火硬度為55HRC-62HRC。由于風力發電機偏航、變槳軸承的受力情況復雜,而且軸承承受的沖擊和振動比較大,因此,要求軸承既能承受沖擊,又能承受較大載荷。

 

  風力發電機主機壽命要求20年,軸承安裝的成本較大,因此要求偏航、變槳軸承壽命也要達到20年。這樣軸承套圈基體硬度為229HB-269HB,能夠承受沖擊而不發生塑性變形,同時滾道部分表面淬火硬度達到55HRC-62HRC,可增加接觸疲勞壽命,從而保證軸承長壽命的使用要求。

低溫沖擊功

  本標準對偏航、變槳轉盤軸承套圈低溫沖擊功要求:—20℃Akv不小于27J,冷態下的Akv值可與用戶協商確定。

 

  風力發電機可能工作在極寒冷的地區,環境溫度低至—40吧左右,軸承的工作溫度在—20~C左右,軸承在低溫條件下必須能夠承受大的沖擊載荷,因此,要求軸承套圈的材料在調質處理后必須做低溫沖擊功試驗,取軸承套圈上的一部分做成樣件或者是與套圈同等性能和相同熱處理條件下的樣件,在—20~C環境下做沖擊功試驗。

 

軸承齒圈

  由于風力發電機軸承的傳動精度不高,而且齒圈直徑比較大,齒輪模數比較大,因此,一般要求齒輪的精度等級按GB/T10095.2---2001中的9級或者10級。

 

  但是由于工作狀態下小齒輪和軸承齒圈之間有沖擊,因此,軸承齒圈的齒面要淬火,小齒輪齒面硬度一般在60HRC,考慮到等壽命設計,大齒輪的齒面淬火硬度規定為不低于45HRC。

游隙

  偏航、變槳軸承在游隙方面有特殊的要求。相對于偏航軸承,變槳軸承的沖擊載荷比較大,風吹到葉片上震動也大,所以要求變槳軸承的游隙應為零游隙或者稍微的負游隙值,這樣在震動的情況下可減小軸承的微動磨損。

 

  偏航軸承要求為小游隙值,即0-501~m。另外,由于風力發電機偏航和變槳軸承的轉動都由驅動電機驅動,軸承在負游隙或小游隙狀態下應保證驅動電機能驅動,因此,軸承在裝配后需要空載測量啟動摩擦力矩,具體力矩數值根據主機驅動系統的不同也不盡相同。

 

防腐處理

  風力發電機設備在野外工作,而且偏航、變槳軸承的一部分是裸露在外面的,會受到大氣污染,高濕度的環境也會腐蝕軸承基體,因此,裸露在外面的偏航和變槳軸承的部位要求進行表面防腐處理,一般采用鍍鋅處理。根據需要,在鍍鋅層外部進行刷漆保護處理。

 

  華銳風電現在的技術路線發展很明確,相對而言永磁同步(直驅、半直驅為代表)技術近幾年隨得到一定的發展,但是在以下幾方面仍較雙饋技術有所不足:(1). 發電量比較:永磁同步技術其機組轉速范圍較寬,在低風速下發電量有一定優勢,但其全功率變頻的特點導致隨風速提高,其發電量優勢將因變頻器損耗迅速增大而減小。理論計算的發電量比較兩者相近,甚至雙饋技術略優于永磁同步技術。

 

(2). 成本比較:永磁同步技術雖然降低或省去了齒輪箱成本,但其發電機和全功率變頻器均較雙饋技術更加昂貴。在一定程度上,機組成本可以以重量的形式體現,現有大型直驅機組中Enercon公司的E112 4.5MW機組其機艙葉輪總重550噸,我公司雙饋5MW機組機艙葉輪總重約390噸。

 

(3). THD:永磁同步技術所采用的全功率變頻系統其THD非常高(基本超過5%),必須使用諧波濾波器。而雙饋機組中THD可控制在前者之下。

 

(4). 機組安全:電網故障時雙饋系統可提供更高的電流能力(額定電流的5倍),更有利于啟動過電流保護及故障清除;全功率變頻系統其電流能力基本被限制在2倍額定電流。

 

(5). 退磁問題:永磁同步技術其發電機存在退磁隱患,尚無明確更換方案。Enercon公司其發電機仍采用損耗大的電勵磁方式。

 

(6). 海上裝機:直驅機組往往采用利用定轉子間氣隙以自然通風的方式對發電機進行冷卻,當安裝到海上風場時,發電機作為核心部件會直接與腐蝕性空氣接觸,極大考驗機組防腐能力。且萬一出現問題維修更換更是耗資巨大?,F在海上風場尚無安裝大型直驅風電機組的先例。

 

(7). 維護成本:直驅機組其發電機尺寸重量大,更換維護不便,需預訂專業安裝船或大型船吊完成工作。PS:GE其2.5MW機組采用永磁電機,3.6MW換用雙饋異步電機,其用意還請讀者發揮下想象力。


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