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      產品與解決方案

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      產品技術
      >>變槳和偏航軸承功能
       
        風力發電機是將風能轉化成機械能,再將機械能轉化成電能的機電設備。風力發電機通常由風輪、變槳系統、調速裝置、偏航系統、傳動裝置、發電機和塔架等組成。
       
      圖4-1 偏航、變槳軸承安裝位置示意圖
       
       
      ●偏航軸承功能
        偏航軸承用來轉動塔頂機艙,其齒圈通過螺栓與塔筒法蘭連接,無齒圈與機艙主機架連接,保持風機正向迎風、背離風向或者在電纜過度扭纜時解纜。
       
      ●變槳軸承功能
        變槳軸承的作用是旋轉安裝在輪轂上的葉片,其外圈通過螺栓與輪轂連接,內圈與葉片連接。當風速過高或過低時,通過調整槳葉槳距改變氣流對葉片攻角,從而改變風力發電機組獲得的空氣動力轉矩,使功率輸出保持穩定。同時風機的起動過程也需要通過變距來獲得足夠的起動轉距。
       
       
      >>變槳和偏航軸承選型
       
         變槳和偏航軸承所處工況為低速擺動、振動沖擊、微動磨損和銹蝕,工作時主要承受軸向力和傾覆力矩。研究發現,變槳和偏航軸承在受傾覆力矩時載荷分布并不完全符合余弦規律,在傾覆軸線附近出現理論接觸壓力為零的輕載區域,輕載區域的大小隨游隙的增大而增大。為減小或消除輕載區域,滾動體為球結構的軸承可通過鋼球與滾道之間輕微過盈實現負游隙,使載荷分布更為均勻。
      變槳和偏航軸承常見結構及特點如下:
       ?、瘢﹩闻潘狞c接觸球式軸承成本較低且綜合性能較高;
       ?、颍╇p排四點接觸球式軸承有較大的力矩容量,使用壽命高,承載能力較大,回轉阻力小,允許磨損量大,對安裝基座要求不高但其運動精度較低;
       ?、螅﹩闻沤徊鏉L柱式軸承精度高,動載容量較高,但對基座剛性和精度有較高要求,且滾柱與滾道在接觸時易發生邊緣效應,導致邊緣實際應力遠大于設計應力;
       ?、簦┤艥L柱式軸承一般具有非常高的靜承載能力。
        兆瓦級的風機變槳軸承通常選用雙排四點接觸球軸承;偏航軸承主要選用單排四點接觸球軸承或雙排四點接觸球軸承,也有少量采用交叉滾柱軸承。
        選型若有疑惑,請咨詢歐際柯特技術工程師。
       
      圖4-2 軸向力、傾覆力矩及徑向力綜合作用下變槳(偏航)軸承受力圖
       
       
      >>變槳和偏航軸承設計要點
       
       ?、瘢┹S承滾道設計時采用合理的溝曲率半徑系數及初始接觸角,有利于提高軸承的抗微動磨損能力,減緩溝道微動磨損損傷。
       ?、颍┹S承裝配時預加適中的滾道過盈量,以減小或消除軸承工作時輕載區域,使載荷分布更為均勻,減小運轉摩擦力矩。
       ?、螅┹S承套圈合理的調質芯部硬度、滾道表面硬度及有效硬化層深度,可防止滾道表面產生裂紋及壓陷,具有更高的抗壓潰能力。
       ?、簦┹S承密封采用雙唇特殊結構,可阻止油脂泄漏和水及腐蝕性氣體的侵入,并能應對軸承套圈因載荷而變形以及軸承內部油脂壓力過大的作用。密封材料抗紫外線,經久耐用。
       ?、酰櫥哂械蜏叵碌牡团ぞ匦?、耐負荷性,抗磨損性、防銹性以及長壽命。
       ?、觯┹S承表面進行熱噴鋅加防腐層,增加抗腐蝕能力。
       
      >>變槳和偏航軸承校核
       
      選型時應對軸承套圈接觸疲勞強度,靜強度及聯接螺栓強度,齒輪疲勞強度及彎曲強度進行校核。
       
      ●有限元系統分析
        安裝基礎剛性、安裝支座端面平面度及安裝螺栓預緊力等因素均會對軸承的使用壽命造成影響。必要時進行有限元系統分析。
       
       
      圖4-3 精確的有限元分析
       
       
      ●疲勞壽命計算及靜強度校核(Germanischer Lloyd 2003版)
         當量動載荷法計算疲勞壽命(載荷譜平均載荷或疲勞載荷)
         用當量動載荷法求解四點接觸球式變槳(偏航)軸承的壽命,主要分為五個步驟:
      Ⅰ)計算額定動載荷
      1)計算單列額定動載荷
      Ⅰ)計算額定動載荷
      1)計算單列額定動載荷
      靜強度(載荷譜極限載荷)校核
      ●接觸應力校核(Germanischer Lloyd 2010版)
        GL2010版變槳和偏航軸承不要求計算疲勞壽命。計算最大接觸應力,計算接觸應力應不大于表1應力值。計算公式同式(8),(9),(10)
      表1 推薦接觸應力
      計算接觸應力不大于表1數值,否則重新設計校核.
       
      ●齒輪強度校核和螺栓強度校核
        齒輪齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度校核計算參考標準GB/T19406——2003或AGMA 2101——D04。安全系數見表2
        螺栓聯接強度校核計算參考VDI 2230-2003,安全系數見表2。
      表2  安全系數
      注:*表示GL2005版海上風電要求
       
      >>潤滑脂選用
       
        風力發電系統除了增速器齒輪箱采用稀油潤滑外,其它部分大多采用脂潤滑。變槳和偏航軸承所使用的潤滑脂要求低溫下的低扭矩性、耐負荷性,抗磨損性、防銹性以及長壽命。
       
      >>密封 
       
        海上風力發電機,長期工作于腐蝕性鹽霧環境下,水或其他的易腐蝕物質進入滾道會造成滾道和滾動體的銹蝕;如果有塵埃等固體雜質進入滾道,會在滾道和滾動體之間形成磨粒,引起脫皮和剝落甚至產生凹坑;如果潤滑脂流失,易導致干摩擦,會增大軸承回轉阻力矩,也會加劇滾動體和滾道的磨損。
        變槳和偏航軸承采用雙唇密封結構,該結構既有效地防止內部油脂流失,使軸承處于潤滑狀態,又阻止水和氧化性氣體侵入滾道,污染潤滑油脂。并能應對軸承套圈因負荷而變形以及軸承內部油脂壓力過大的作用。
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