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(gè)必不可少的部件。在風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行過(guò)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(yùn)行數(shù)十小時(shí)，其所受到的各種載荷都通過(guò)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(jì)通常要求在無(wú)人值班運(yùn)行條件下工作長(zhǎng)達(dá)20年之久，因此齒輪箱的軸承在此受到了真正的考驗(yàn)。近年來(lái)國(guó)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(jiǎn)要介軸承的選型，然后根據(jù)風(fēng)力機(jī)的特殊工況，對(duì)齒輪箱軸承載荷的分析與計(jì)算提出方法，供設(shè)計(jì)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(gè)要素：
⑴.可用空間
A：對(duì)小直徑機(jī)軸可采用球軸承
對(duì)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(shí)，需采用截面較小的軸承。
當(dāng)軸向空間有限時(shí)，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(shí)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(rùn)滑條件和軸承的徑向游隙有關(guān)。
⑸.噪音
⑹.剛性
⑺.對(duì)中
⑻.軸向位移
⑼.安裝與拆卸
總的來(lái)講，軸承應(yīng)用應(yīng)考慮以上幾個(gè)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(guó)家如美國(guó)，西班牙，丹麥，德國(guó)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(jì)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(shí)際前就展示出其運(yùn)行情況。
當(dāng)確定好某個(gè)型號(hào)后，其壽命情況根據(jù)公式L10=（C/Peq）ε可得其百萬(wàn)轉(zhuǎn)為單位的額定壽命。但考慮到實(shí)際應(yīng)用中會(huì)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(duì)額定載荷C和當(dāng)量動(dòng)載荷Peq應(yīng)加以修正。SKF通過(guò)由一系列優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)組成的無(wú)憂運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)劃可防止超過(guò)60%的軸承出現(xiàn)過(guò)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(zhǎng)的壽命，及更緊湊的配置，達(dá)到降低成本，增加設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。
對(duì)一般性故障排除主要還是借助相關(guān)檢測(cè)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(shí)正確的排除。SKF的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如Marlin可對(duì)設(shè)備的振動(dòng)（速度和加速度）和溫度進(jìn)行測(cè)量和分析，提前對(duì)設(shè)備問(wèn)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(wèn)題的發(fā)生。
2．軸承的設(shè)計(jì)
軸承設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下兩個(gè)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(yùn)行載荷。
軸承的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算采用估算法，其故障的可能性應(yīng)低于10%，計(jì)算的使用壽命不小于130000小時(shí)。計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮軸承的溫度、潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑粘度、油膜間隙等。
平均等效動(dòng)態(tài)軸承載荷
其中，Peqi——等效動(dòng)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(dòng)態(tài)軸承載荷的分析采用簡(jiǎn)化的載荷變化頻譜：
平均等效動(dòng)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(gè)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(yùn)行工況的復(fù)雜性，有關(guān)專家薦議：
如果考慮風(fēng)力擾動(dòng)，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(zhǎng)時(shí)間過(guò)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(dòng)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(bào)廢的一般標(biāo)準(zhǔn)和判斷
滾動(dòng)軸承的失效形式主要有疲勞剝落，過(guò)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(guò)量永久變形使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲；磨損使軸承游隙、噪聲、振動(dòng)增大，降低軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，一些精密機(jī)械有的軸承，可用磨損量來(lái)確定軸承壽命。
疲勞剝落可根據(jù)使用壽命，由基本額定動(dòng)載荷限定載荷能力；過(guò)量永久變形可由基本額定靜載荷限定載荷能力；磨損尚無(wú)統(tǒng)一的計(jì)算方法。
由于軸承的損壞的主要是由于噪聲、溫度、速度、振動(dòng)、對(duì)中、潤(rùn)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(cè)試儀器進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的異常程度即可判斷軸承是否損壞。對(duì)于齒輪箱的軸承應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(gè)要素：
⑴.可用空間
A：對(duì)小直徑機(jī)軸可采用球軸承
對(duì)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(shí)，需采用截面較小的軸承。
當(dāng)軸向空間有限時(shí)，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(shí)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(rùn)滑條件和軸承的徑向游隙有關(guān)。
⑸.噪音
⑹.剛性
⑺.對(duì)中
⑻.軸向位移
⑼.安裝與拆卸
總的來(lái)講，軸承應(yīng)用應(yīng)考慮以上幾個(gè)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(guó)家如美國(guó)，西班牙，丹麥，德國(guó)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(jì)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(shí)際前就展示出其運(yùn)行情況。
當(dāng)確定好某個(gè)型號(hào)后，其壽命情況根據(jù)公式L10=（C/Peq）ε可得其百萬(wàn)轉(zhuǎn)為單位的額定壽命。但考慮到實(shí)際應(yīng)用中會(huì)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(duì)額定載荷C和當(dāng)量動(dòng)載荷Peq應(yīng)加以修正。SKF通過(guò)由一系列優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)組成的無(wú)憂運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)劃可防止超過(guò)60%的軸承出現(xiàn)過(guò)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(zhǎng)的壽命，及更緊湊的配置，達(dá)到降低成本，增加設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。
對(duì)一般性故障排除主要還是借助相關(guān)檢測(cè)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(shí)正確的排除。SKF的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如Marlin可對(duì)設(shè)備的振動(dòng)（速度和加速度）和溫度進(jìn)行測(cè)量和分析，提前對(duì)設(shè)備問(wèn)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(wèn)題的發(fā)生。
2．軸承的設(shè)計(jì)
軸承設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下兩個(gè)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(yùn)行載荷。
軸承的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算采用估算法，其故障的可能性應(yīng)低于10%，計(jì)算的使用壽命不小于130000小時(shí)。計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮軸承的溫度、潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑粘度、油膜間隙等。
平均等效動(dòng)態(tài)軸承載荷
其中，Peqi——等效動(dòng)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(dòng)態(tài)軸承載荷的分析采用簡(jiǎn)化的載荷變化頻譜：
平均等效動(dòng)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(gè)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(yùn)行工況的復(fù)雜性，有關(guān)專家薦議：
如果考慮風(fēng)力擾動(dòng)，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(zhǎng)時(shí)間過(guò)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(dòng)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(bào)廢的一般標(biāo)準(zhǔn)和判斷
滾動(dòng)軸承的失效形式主要有疲勞剝落，過(guò)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(guò)量永久變形使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲；磨損使軸承游隙、噪聲、振動(dòng)增大，降低軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，一些精密機(jī)械有的軸承，可用磨損量來(lái)確定軸承壽命。
疲勞剝落可根據(jù)使用壽命，由基本額定動(dòng)載荷限定載荷能力；過(guò)量永久變形可由基本額定靜載荷限定載荷能力；磨損尚無(wú)統(tǒng)一的計(jì)算方法。
由于軸承的損壞的主要是由于噪聲、溫度、速度、振動(dòng)、對(duì)中、潤(rùn)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(cè)試儀器進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的異常程度即可判斷軸承是否損壞。對(duì)于齒輪箱的軸承應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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
