淺談三排滾子軸承在5MW級以上風(fēng)電機(jī)組上的應(yīng)用

蕭忠良 薛志鵬

摘 要：文章首先分析了三排滾子軸承的特點(diǎn)，分別從設(shè)計(jì)使用優(yōu)勢與所存的缺點(diǎn)兩方面進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹三排滾子軸承的應(yīng)用方向，以5MW級以上風(fēng)電機(jī)組為例展開探討，重點(diǎn)研究應(yīng)用中需要規(guī)避的相關(guān)問題。幫助提升三排滾子軸承的使用效率，促進(jìn)風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：三排滾子軸承；風(fēng)電機(jī)組；軸承應(yīng)用

一、三排滾子軸承的特點(diǎn)

滾子軸承中的滾道是按照數(shù)量分開的，三層軸承具有三個(gè)獨(dú)立分開的軸承，每一排滾珠在各自特定的軌道上負(fù)責(zé)專項(xiàng)的荷載，從而提升軸承的整體承載能力，并在滑動(dòng)能力上得到提升。三排滾子軸承在使用中可以將壓力分散到三排滾道中，徑向力與軸向力兩者之間處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，并不會在使用中產(chǎn)生干擾，通過這種方法來最大程度的減小軸承磨損，提升安全使用效果。軸承在設(shè)計(jì)中會對三排滾子之間間隔的距離進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，安裝后軸承運(yùn)轉(zhuǎn)才不會出現(xiàn)超過磨損的情況。三排滾子軸承將軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦力進(jìn)行均勻的分散，從而使軸承整體運(yùn)轉(zhuǎn)能力得到提升，并且軸承的框架組成簡單，可以根據(jù)不同尺寸使用需求進(jìn)行批量生產(chǎn)。三排滾子軸承使用中由于細(xì)小的滾子較多，在使用中會出現(xiàn)摩擦熱量過大的情況，摩擦生熱現(xiàn)象會影響到潤滑油在其中的作用，降低潤滑油安全使用時(shí)間，需要配合科學(xué)的散熱方法來提升安全使用時(shí)間，三排滾子在使用中有效的提升了散熱效果，屬于一種比較理想的軸承模式。

二、三排滾子軸承的主要應(yīng)用

由于三排滾子軸承在運(yùn)行使用中具有極強(qiáng)的運(yùn)轉(zhuǎn)能力，能夠滿足高強(qiáng)度作業(yè)需求，比較常用的方向是大型輪船，機(jī)械工程設(shè)備以及挖掘作業(yè)設(shè)備。根據(jù)不同機(jī)械設(shè)備使用需求，在制造設(shè)計(jì)中會調(diào)整方案。國外已經(jīng)有將三排滾子軸承應(yīng)用在風(fēng)里發(fā)電機(jī)組中的成功案例，國外的風(fēng)電機(jī)組為3MW級別，在運(yùn)行能力上已經(jīng)得到了強(qiáng)化。國內(nèi)借鑒這一使用模式，也已經(jīng)能夠?qū)⑷艥L子軸承應(yīng)用在5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，運(yùn)轉(zhuǎn)能力要大于國外使用的標(biāo)準(zhǔn)，并且設(shè)計(jì)中具有更大的動(dòng)態(tài)效果。對傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)做出調(diào)整，軸承部分的重量有明顯降低，并且在使用中也方便更換安裝。把三排滾子軸承應(yīng)用到大型風(fēng)電機(jī)組的主傳動(dòng)系統(tǒng)上是可行的。這樣能使機(jī)組的結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)艙的外形尺寸小，軸承的安裝方便。和雙列圓錐滾子軸承相比，不存在軸承游隙難以控制和軸承安裝強(qiáng)化的問題。采用滾子的模式可以更精準(zhǔn)控制縫隙，提升了運(yùn)行中的受力均勻程度。將其應(yīng)用在5MW風(fēng)電機(jī)組中，軸承的承受能力要得到明顯提升，自然環(huán)境中風(fēng)吹來的方向是不固定的，因此在使用中也要確保軸承的順滑程度，能夠滿足不同狀態(tài)使用需求。

三、三排滾子軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、三排滾子軸承材料

使用在5MW級以上的風(fēng)電機(jī)組中，對三排轉(zhuǎn)子軸承的要求極其嚴(yán)格，需要定制42CrNiMo鍛件來作為設(shè)計(jì)原材料，并經(jīng)過加工處理將制作材料的硬度提升到HB280以上級別，在高溫下鍛造，并測量其硬度與淬透性。軸承的套圈部分由于尺寸比較小，如果處理不當(dāng)很容易造成損壞，影響到生產(chǎn)進(jìn)度，選擇好材料并進(jìn)行統(tǒng)一處理時(shí)，主要選擇中頻淬火方法，并嚴(yán)格控制好溫度，一旦超過溫度將造成最終的組件破損或者硬度發(fā)生改變。滾子部分在設(shè)計(jì)中選擇GCr15SiMn整體加工模式，在保障其抗壓能力的同時(shí)更提升了表面的抗磨損能力，這樣在滾動(dòng)過程中才能避免出現(xiàn)滾子受壓轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)應(yīng)力不足的情況。在大型風(fēng)電機(jī)組

的設(shè)計(jì)中，我們往往都需要先確定整個(gè)機(jī)組傳動(dòng)鏈的總體結(jié)構(gòu)。一般來說，對于較大型的風(fēng)電機(jī)組，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用直驅(qū)方案或者是帶有齒輪箱的半直驅(qū)的方案，直驅(qū)機(jī)組的方案成本相對較高，因此我們一般選擇帶有齒輪箱的半直驅(qū)的方案，實(shí)現(xiàn)使用功能的同時(shí)更要確保使用安全性。

2、三排滾子軸承滾道計(jì)算

三排滾子軸承滾道應(yīng)用在風(fēng)電機(jī)組中，要針對軸承的滾道部分進(jìn)行計(jì)算，分析其承載能力是否在安全使用范圍內(nèi)。計(jì)算這一數(shù)值需要模擬出運(yùn)行狀態(tài)，安裝完成后并對內(nèi)部添加潤滑油。潤滑狀態(tài)下符合風(fēng)力機(jī)組的使用需求。計(jì)算需要確定3個(gè)基本參數(shù)，分別是軸向負(fù)荷、徑向負(fù)荷與傾覆力矩，分別在正常工作壓力狀態(tài)下與極限工作壓力狀態(tài)下來進(jìn)行檢驗(yàn)，將結(jié)果與規(guī)定的安全參數(shù)進(jìn)行對比分析，確定出在工作狀態(tài)下三排滾子軸承所能為風(fēng)電機(jī)組提供的動(dòng)力。滾到計(jì)算中還需要考慮安裝使用中的個(gè)體差異性，在不同風(fēng)力狀態(tài)下所造成的壓力也要體現(xiàn)出三排滾子軸承的環(huán)境適應(yīng)能力，在計(jì)算中體現(xiàn)出這一控制效益，從而進(jìn)入到更長遠(yuǎn)的發(fā)展計(jì)劃中。將滾到計(jì)算所得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)應(yīng)用在最終的軸承控制模塊設(shè)計(jì)中，在設(shè)計(jì)參數(shù)中精準(zhǔn)控制誤差。

3、軸承螺栓組構(gòu)建

根據(jù)5MW級機(jī)上風(fēng)電機(jī)組的使用強(qiáng)度特征，來對三排滾子軸承在5MW級中的應(yīng)用需要構(gòu)建出具有螺栓組，來帶動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)，向圓形的滾子提供運(yùn)行中的動(dòng)力。螺栓組還有一個(gè)作用是將軸承與風(fēng)電機(jī)組之間建立起聯(lián)系，這樣在運(yùn)轉(zhuǎn)工作中才能夠形成一個(gè)整體，通過軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)車部分的運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)車運(yùn)行中軸承的滾子部分是要不斷摩擦的，所承受的摩擦力也比較大，內(nèi)部發(fā)熱會影響到潤滑程度。螺栓組設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)針對重量進(jìn)行減輕，在不影響承載能力的前提下進(jìn)行，發(fā)揮螺栓之間的聯(lián)動(dòng)作用，從而實(shí)現(xiàn)對資源的優(yōu)化利用。應(yīng)用三排滾子軸承，要體現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)優(yōu)勢，帶動(dòng)這一動(dòng)力體系中能夠不斷地調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)入到更合理的狀態(tài)環(huán)境中。風(fēng)力電機(jī)組中自身具有大量的螺栓組件，因此在對三排滾子軸承進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用中，還要加強(qiáng)這部分功能應(yīng)用，觀察是否能夠有效提升設(shè)計(jì)效果。設(shè)計(jì)應(yīng)用中先從主要結(jié)構(gòu)開始，確保三排滾子軸承與風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)系程度，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)針對細(xì)節(jié)聯(lián)動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)控制，在安裝固定前提下實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。

4、三排滾子軸承使用壽命校核

風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行使用中對軸承的磨損程度較大，軸承磨損超出了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，則需要對其進(jìn)行更換，否則很難達(dá)到預(yù)期的使用安全效果。設(shè)計(jì)應(yīng)用中根據(jù)原料與制作工藝進(jìn)行分析，將不同時(shí)期產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄在其中，并通過這種方法來實(shí)現(xiàn)壽命校核，為全面提升管理控制計(jì)劃創(chuàng)造更穩(wěn)定的現(xiàn)場環(huán)境，有關(guān)于設(shè)計(jì)方案與實(shí)際情況之間存在的差異性，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)使用壽命校核可以確定運(yùn)轉(zhuǎn)中潤滑油更換時(shí)間，以及未來使用中需要注意的內(nèi)容，同時(shí)根據(jù)所得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)來對使用中的維護(hù)時(shí)間進(jìn)行確定，當(dāng)發(fā)現(xiàn)磨損已經(jīng)影響到風(fēng)電機(jī)組正常使用的情況時(shí)，及時(shí)更換，重新安裝新的機(jī)組，來達(dá)到預(yù)期的使用效果。

結(jié)語：綜上所述，研究中通過對三排滾子軸承的結(jié)構(gòu)、功能、特點(diǎn)的分析和使用情況并通過對三排滾子軸承滾道、螺栓組、軸承壽命等幾個(gè)方面的計(jì)算分析，說明三排滾子軸承在大型風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，作為主傳動(dòng)系統(tǒng)的軸承滿足規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，可以應(yīng)用于大型風(fēng)電機(jī)組主軸軸承。采取必要的冷卻和散熱的措施，避免三排滾子軸承的發(fā)熱，就可以更好地利用三排滾子軸承。

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