风电轴承的关键技术

    根据得风电轴承的工况条件比较恶劣,经受温度、湿度和载荷变化范围很大,偏航和变桨轴承要承受很大的倾覆力矩,增速器轴承在启动和制动时要承受很大的冲击载荷,由于要求风电机组在风速达到3~4 m/s的条件下即能启动发电,所以轴承应具有低摩擦力矩、高运转灵活性的特点。另外,最关键的是,由于吊装和更换轴承极为不便且成本较高(一次安装拆卸费用即高达几十万到上百万),因此, 20年的使用寿命及高可靠性,就成为对风电轴承的基本要求,若在质保期内轴承损坏,将进行索赔,带来的经济损失巨大。我国对风电轴承制造方面起步较晚,在研究开发深度和工程应用经验积累方面远远不够。风电轴承的关键技术主要有:

(1)设计与分析。目前仍以经验类比设计为主,受力分析与载荷谱的研究几近空白。其中的难点技术是针对主轴轴承的要求无故障运转达13×104h以上,并具有95%以上的可靠度;针对齿轮箱轴承的高损坏率(据统计,齿轮箱故障中约80%左右是由轴承失效所致)的高载荷容量设计等。
(2)材料。不同部位的轴承采用不同的材料及热处理,如提高偏航和变浆轴承用40CrMo钢的低温(环境温度-40~-30℃,轴承工作温度在-20℃左右)冲击功等力学性能的热处理方法,表面感应淬火的淬硬层深度、表面硬度、软带宽度和表面裂纹(尤其是齿根部位)的控制;增速器轴承用相当于国外STF,HTF钢的研制及控制其残余奥氏体最佳含量的研究;主轴轴承在国产真空脱气钢质量尚存在一定差距的情况下,采用电渣重熔渗碳钢ZG20Cr2Ni4A制造等。
(3)防腐蚀与密封。偏航和变桨轴承部分裸露在外,会受到环境污染腐蚀等侵害,因此,要进行满足整个使用寿命期的表面防腐处理。同样重要的,还有防止轴承内部润滑脂泄漏、外界杂质侵入的密封技术。
(4)偏航和变桨轴承的特殊游隙要求。由于偏航和变桨轴承要承受不定风力所产生的冲击载荷等,因此,偏航轴承要求小游隙;变桨轴承与偏航轴承相比,由于承受的冲击载荷更大,由叶片传递的振动也大,所以要求为零游隙或者稍负游隙,以减小滚动工作面的微动磨损。
(5)偏航和变桨轴承滚道的磨削加工。由于风电设备大型化的趋势,要求轴承具有更高的动及运转灵活性。所以,偏航和变桨轴承的滚道加工已从常规的精车转变为磨削加工,配套钢球也从G48改变为G20。
(6)主轴轴承和变速器轴承的高精度加工。其中最主要是所采用的调心滚子轴承,由于其结构特点,导致在制造上难以实现高精度,通常的最高加工精度仅为P5,而现有的设计精度最高已要求达到P4。
(7)变速器轴承用保持架的改进设计。保持架应具有更高的强度和耐磨损性。
(8)检测试验。检测试验包括摩擦力矩测量、模拟试验机和试验规程等。