風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱軸承選型
由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的巨大差距，使得齒輪箱成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的一個必不可少的部件。在風(fēng)力機(jī)的運行過程中，風(fēng)輪的受力狀況極為惡劣，經(jīng)常在急劇變化的重載荷下連繼運行數(shù)十小時，其所受到的各種載荷都通過主軸直接傳遞給齒輪箱的低速軸。而且，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計通常要求在無人值班運行條件下工作長達(dá)20年之久，因此齒輪箱的軸承在此受到了真正的考驗。近年來國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障率最高的部件當(dāng)數(shù)齒輪箱，而齒輪箱的故障絕大多數(shù)是由于軸承的故障造成。本文先簡要介軸承的選型，然后根據(jù)風(fēng)力機(jī)的特殊工況，對齒輪箱軸承載荷的分析與計算提出方法，供設(shè)計人員參考。
1．軸承的選型
KF軸承在箱體中應(yīng)用廣泛，在確定使用軸承之前，應(yīng)該充分考慮其使用的要求，一般可參循以下幾個要素：
⑴.可用空間
A：對小直徑機(jī)軸可采用球軸承
對大直徑機(jī)軸可采用圓柱，球面滾子，圓錐滾子軸承。
B：當(dāng)徑向空間有限時，需采用截面較小的軸承。
當(dāng)軸向空間有限時，可采用圓柱滾子或承受復(fù)合負(fù)荷的深溝球軸承。
⑵.負(fù)荷
選擇原則為一般性負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速為球軸承。重負(fù)荷低轉(zhuǎn)速選用滾 子軸承。而復(fù)合負(fù)載時應(yīng)考慮特殊情況。
⑶.精度
⑷.轉(zhuǎn)速
由樣本可查知還與其所受潤滑條件和軸承的徑向游隙有關(guān)。
⑸.噪音
⑹.剛性
⑺.對中
⑻.軸向位移
⑼.安裝與拆卸
總的來講，軸承應(yīng)用應(yīng)考慮以上幾個基本情況。目前SKF已在世界上風(fēng)力發(fā)電比較發(fā)達(dá)的國家如美國，西班牙，丹麥，德國等設(shè)備上廣泛使用。例如西班牙的Ecotecnia公司，SKF就為其設(shè)計了圓錐滾子軸承，并采用了先進(jìn)的軟件進(jìn)行摸擬軸承在未投入實際前就展示出其運行情況。
當(dāng)確定好某個型號后，其壽命情況根據(jù)公式L10=（C/Peq）ε可得其百萬轉(zhuǎn)為單位的額定壽命。但考慮到實際應(yīng)用中會有很多條件，比如風(fēng)力機(jī)的受力狀態(tài)和工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性，以及日常的維護(hù)及保養(yǎng)等等，對額定載荷C和當(dāng)量動載荷Peq應(yīng)加以修正。SKF通過由一系列優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)組成的無憂運轉(zhuǎn)計劃可防止超過60%的軸承出現(xiàn)過早損毀。此外，SKF在球面滾子SKF Explorer探索者系列和CARB系列等這系列新的產(chǎn)品上，可提供更高的負(fù)荷額定，更長的壽命，及更緊湊的配置，達(dá)到降低成本，增加設(shè)備運行時間。
對一般性故障排除主要還是借助相關(guān)檢測設(shè)備進(jìn)行操作，只有這樣才可能高效準(zhǔn)確的查找原因，并予以及時正確的排除。SKF的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)如Marlin可對設(shè)備的振動（速度和加速度）和溫度進(jìn)行測量和分析，提前對設(shè)備問題預(yù)警，以避免故障停機(jī)。配備相關(guān)的附件，可以收集到一系列數(shù)據(jù)，從而有效的防止問題的發(fā)生。
2．軸承的設(shè)計
軸承設(shè)計應(yīng)考慮以下兩個條件：
（1） 靜態(tài)承載能力，通?？紤]極限載荷；
（2） 軸承的使用壽命，通常考慮額定運行載荷。
軸承的設(shè)計計算一般按照DIN281或軸承制造商提供的方法進(jìn)行。
（1） 極限負(fù)荷下的載荷承受能力
極限負(fù)荷下的載荷承受能力，其安全系數(shù)不應(yīng)小于2。靜態(tài)承載能力定義為軸承的靜態(tài)負(fù)載Co與等效靜態(tài)負(fù)荷Po之比。
（2） 使用壽命確認(rèn)
使用壽命計算采用估算法，其故障的可能性應(yīng)低于10%，計算的使用壽命不小于130000小時。計算時應(yīng)考慮軸承的溫度、潤滑方式、潤滑劑粘度、油膜間隙等。
平均等效動態(tài)軸承載荷
其中，Peqi——等效動態(tài)軸承載荷
ni——Pi作用下軸承旋轉(zhuǎn)的次數(shù)
N——軸承旋轉(zhuǎn)的總次數(shù)。
平均等效動態(tài)軸承載荷的分析采用簡化的載荷變化頻譜：
平均等效動態(tài)軸承載荷的確定，基于額定載荷的60%，P60=60%Pr。在此基礎(chǔ)上疊加一個變化幅度為±30%額定載荷的正弦分量，
但考慮到風(fēng)力機(jī)運行工況的復(fù)雜性，有關(guān)專家薦議：
如果考慮風(fēng)力擾動，Peq1=0.77Pr
如果考慮風(fēng)力高頻變化因素，Peq2=0.033Pr
如果考慮風(fēng)力機(jī)長時間過功率，Peq3=0.05Pr
如果考慮環(huán)境溫度等因素，Peq4=0.02Pr
如果考慮齒輪箱自身的動力學(xué)因素，Peq5=xPr
因此如果考慮到上述因素，Peq=0.85Pr
3、軸承報廢的一般標(biāo)準(zhǔn)和判斷
滾動軸承的失效形式主要有疲勞剝落，過量的永久變形和磨損。疲勞剝落是正常失效形式，它決定了軸承的疲勞壽命；過量永久變形使軸承在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈的振動和噪聲；磨損使軸承游隙、噪聲、振動增大，降低軸承的運轉(zhuǎn)精度，一些精密機(jī)械有的軸承，可用磨損量來確定軸承壽命。
疲勞剝落可根據(jù)使用壽命，由基本額定動載荷限定載荷能力；過量永久變形可由基本額定靜載荷限定載荷能力；磨損尚無統(tǒng)一的計算方法。
由于軸承的損壞的主要是由于噪聲、溫度、速度、振動、對中、潤滑情況、軸承狀態(tài)等因素造成的。在軸承工作位置可安裝相應(yīng)的傳感器和測試儀器進(jìn)行檢測。根據(jù)檢測信號的異常程度即可判斷軸承是否損壞。對于齒輪箱的軸承應(yīng)進(jìn)行實時監(jiān)測，以便提前發(fā)現(xiàn)故障。
1．軸承的選型
KF軸承在箱體中應(yīng)用廣泛，在確定使用軸承之前，應(yīng)該充分考慮其使用的要求，一般可參循以下幾個要素：
⑴.可用空間
A：對小直徑機(jī)軸可采用球軸承
對大直徑機(jī)軸可采用圓柱，球面滾子，圓錐滾子軸承。
B：當(dāng)徑向空間有限時，需采用截面較小的軸承。
當(dāng)軸向空間有限時，可采用圓柱滾子或承受復(fù)合負(fù)荷的深溝球軸承。
⑵.負(fù)荷
選擇原則為一般性負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速為球軸承。重負(fù)荷低轉(zhuǎn)速選用滾 子軸承。而復(fù)合負(fù)載時應(yīng)考慮特殊情況。
⑶.精度
⑷.轉(zhuǎn)速
由樣本可查知還與其所受潤滑條件和軸承的徑向游隙有關(guān)。
⑸.噪音
⑹.剛性
⑺.對中
⑻.軸向位移
⑼.安裝與拆卸
總的來講，軸承應(yīng)用應(yīng)考慮以上幾個基本情況。目前SKF已在世界上風(fēng)力發(fā)電比較發(fā)達(dá)的國家如美國，西班牙，丹麥，德國等設(shè)備上廣泛使用。例如西班牙的Ecotecnia公司，SKF就為其設(shè)計了圓錐滾子軸承，并采用了先進(jìn)的軟件進(jìn)行摸擬軸承在未投入實際前就展示出其運行情況。
當(dāng)確定好某個型號后，其壽命情況根據(jù)公式L10=（C/Peq）ε可得其百萬轉(zhuǎn)為單位的額定壽命。但考慮到實際應(yīng)用中會有很多條件，比如風(fēng)力機(jī)的受力狀態(tài)和工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性，以及日常的維護(hù)及保養(yǎng)等等，對額定載荷C和當(dāng)量動載荷Peq應(yīng)加以修正。SKF通過由一系列優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)組成的無憂運轉(zhuǎn)計劃可防止超過60%的軸承出現(xiàn)過早損毀。此外，SKF在球面滾子SKF Explorer探索者系列和CARB系列等這系列新的產(chǎn)品上，可提供更高的負(fù)荷額定，更長的壽命，及更緊湊的配置，達(dá)到降低成本，增加設(shè)備運行時間。
對一般性故障排除主要還是借助相關(guān)檢測設(shè)備進(jìn)行操作，只有這樣才可能高效準(zhǔn)確的查找原因，并予以及時正確的排除。SKF的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)如Marlin可對設(shè)備的振動（速度和加速度）和溫度進(jìn)行測量和分析，提前對設(shè)備問題預(yù)警，以避免故障停機(jī)。配備相關(guān)的附件，可以收集到一系列數(shù)據(jù)，從而有效的防止問題的發(fā)生。
2．軸承的設(shè)計
軸承設(shè)計應(yīng)考慮以下兩個條件：
（1） 靜態(tài)承載能力，通?？紤]極限載荷；
（2） 軸承的使用壽命，通常考慮額定運行載荷。
軸承的設(shè)計計算一般按照DIN281或軸承制造商提供的方法進(jìn)行。
（1） 極限負(fù)荷下的載荷承受能力
極限負(fù)荷下的載荷承受能力，其安全系數(shù)不應(yīng)小于2。靜態(tài)承載能力定義為軸承的靜態(tài)負(fù)載Co與等效靜態(tài)負(fù)荷Po之比。
（2） 使用壽命確認(rèn)
使用壽命計算采用估算法，其故障的可能性應(yīng)低于10%，計算的使用壽命不小于130000小時。計算時應(yīng)考慮軸承的溫度、潤滑方式、潤滑劑粘度、油膜間隙等。
平均等效動態(tài)軸承載荷
其中，Peqi——等效動態(tài)軸承載荷
ni——Pi作用下軸承旋轉(zhuǎn)的次數(shù)
N——軸承旋轉(zhuǎn)的總次數(shù)。
平均等效動態(tài)軸承載荷的分析采用簡化的載荷變化頻譜：
平均等效動態(tài)軸承載荷的確定，基于額定載荷的60%，P60=60%Pr。在此基礎(chǔ)上疊加一個變化幅度為±30%額定載荷的正弦分量，
但考慮到風(fēng)力機(jī)運行工況的復(fù)雜性，有關(guān)專家薦議：
如果考慮風(fēng)力擾動，Peq1=0.77Pr
如果考慮風(fēng)力高頻變化因素，Peq2=0.033Pr
如果考慮風(fēng)力機(jī)長時間過功率，Peq3=0.05Pr
如果考慮環(huán)境溫度等因素，Peq4=0.02Pr
如果考慮齒輪箱自身的動力學(xué)因素，Peq5=xPr
因此如果考慮到上述因素，Peq=0.85Pr
3、軸承報廢的一般標(biāo)準(zhǔn)和判斷
滾動軸承的失效形式主要有疲勞剝落，過量的永久變形和磨損。疲勞剝落是正常失效形式，它決定了軸承的疲勞壽命；過量永久變形使軸承在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈的振動和噪聲；磨損使軸承游隙、噪聲、振動增大，降低軸承的運轉(zhuǎn)精度，一些精密機(jī)械有的軸承，可用磨損量來確定軸承壽命。
疲勞剝落可根據(jù)使用壽命，由基本額定動載荷限定載荷能力；過量永久變形可由基本額定靜載荷限定載荷能力；磨損尚無統(tǒng)一的計算方法。
由于軸承的損壞的主要是由于噪聲、溫度、速度、振動、對中、潤滑情況、軸承狀態(tài)等因素造成的。在軸承工作位置可安裝相應(yīng)的傳感器和測試儀器進(jìn)行檢測。根據(jù)檢測信號的異常程度即可判斷軸承是否損壞。對于齒輪箱的軸承應(yīng)進(jìn)行實時監(jiān)測，以便提前發(fā)現(xiàn)故障。
相關(guān)標(biāo)簽:風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承,齒輪箱軸承
