1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用軸承風(fēng)力發(fā)電機(jī)用軸承大致可以分為三類，即：偏航軸承、變槳軸承、傳動(dòng)系統(tǒng)軸承(主軸和變速箱軸承)。偏航軸承安裝在塔架與座艙的連接部，變槳軸承安裝在每個(gè)葉片的根部與輪轂連接部位。每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備用一套偏航軸承和三套變槳軸承(部分兆瓦級(jí)以下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為不可調(diào)槳葉，可不用變槳軸承)。代號(hào)方法風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航、變槳軸承代號(hào)方法采用了JBT104712004中轉(zhuǎn)盤軸承的代號(hào)方法，但是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航、變槳軸承中出現(xiàn)了雙排四點(diǎn)接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承，而此結(jié)構(gòu)軸承的代號(hào)在JBT104712004中沒有規(guī)定，因此，在本標(biāo)準(zhǔn)中增加了雙排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承的代號(hào)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用軸承由于單排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸

2、承的結(jié)構(gòu)型式代號(hào)用01表示，而結(jié)構(gòu)型式代號(hào)02表示的是雙排異徑球轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)，因此規(guī)定03表示雙排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)。技術(shù)要求材料本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定偏航、變槳軸承套圈的材料選用42CrMo，熱處理采用整體調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)后硬度為229HB269HB，滾道部分采用表面淬火，淬火硬度為55HRC-62HRC。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航、變槳軸承的受力情況復(fù)雜，而且軸承承受的沖擊和振動(dòng)比較大，因此，要求軸承既能承受沖擊，又能承受較大載荷。風(fēng)力發(fā)電機(jī)主機(jī)壽命要求20年，軸承安裝的成本較大，因此要求偏航、變槳軸承壽命也要達(dá)到20年。這樣軸承套圈基體硬度為229HB-269HB，能夠承受沖擊而不發(fā)生塑性變形，同時(shí)滾道部

3、分表面淬火硬度達(dá)到55HRC-62HRC，可增加接觸疲勞壽命，從而保證軸承長(zhǎng)壽命的使用要求。低溫沖擊功本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)偏航、變槳轉(zhuǎn)盤軸承套圈低溫沖擊功要求：20Akv不小于27J，冷態(tài)下的Akv值可與用戶協(xié)商確定。風(fēng)力發(fā)電機(jī)可能工作在極寒冷的地區(qū)，環(huán)境溫度低至40吧左右，軸承的工作溫度在20C左右，軸承在低溫條件下必須能夠承受大的沖擊載荷，因此，要求軸承套圈的材料在調(diào)質(zhì)處理后必須做低溫沖擊功試驗(yàn)，取軸承套圈上的一部分做成樣件或者是與套圈同等性能和相同熱處理?xiàng)l件下的樣件，在20C環(huán)境下做沖擊功試驗(yàn)。軸承齒圈由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承的傳動(dòng)精度不高，而且齒圈直徑比較大，齒輪模數(shù)比較大，因此，一般要求齒輪的精度等級(jí)

4、按GBT100952-2001中的9級(jí)或者10級(jí)。但是由于工作狀態(tài)下小齒輪和軸承齒圈之間有沖擊，因此，軸承齒圈的齒面要淬火，小齒輪齒面硬度一般在60HRC，考慮到等壽命設(shè)計(jì)，大齒輪的齒面淬火硬度規(guī)定為不低于45HRC。 游隙偏航、變槳軸承在游隙方面有特殊的要求。相對(duì)于偏航軸承，變槳軸承的沖擊載荷比較大，風(fēng)吹到葉片上震動(dòng)也大，所以要求變槳軸承的游隙應(yīng)為零游隙或者稍微的負(fù)游隙值，這樣在震動(dòng)的情況下可減小軸承的微動(dòng)磨損。偏航軸承要求為小游隙值，即0-501m。另外，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航和變槳軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)都由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，軸承在負(fù)游隙或小游隙狀態(tài)下應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)能驅(qū)動(dòng)，因此，軸承在裝配后需要空載測(cè)量啟動(dòng)摩

5、擦力矩，具體力矩?cái)?shù)值根據(jù)主機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不同也不盡相同。防腐處理風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備在野外工作，而且偏航、變槳軸承的一部分是裸露在外面的，會(huì)受到大氣污染，高濕度的環(huán)境也會(huì)腐蝕軸承基體，因此，裸露在外面的偏航和變槳軸承的部位要求進(jìn)行表面防腐處理，一般采用鍍鋅處理。根據(jù)需要，在鍍鋅層外部進(jìn)行刷漆保護(hù)處理。華銳風(fēng)電現(xiàn)在的技術(shù)路線發(fā)展很明確，相對(duì)而言永磁同步（直驅(qū)、半直驅(qū)為代表）技術(shù)近幾年隨得到一定的發(fā)展，但是在以下幾方面仍較雙饋技術(shù)有所不足：（1）. 發(fā)電量比較：永磁同步技術(shù)其機(jī)組轉(zhuǎn)速范圍較寬，在低風(fēng)速下發(fā)電量有一定優(yōu)勢(shì)，但其全功率變頻的特點(diǎn)導(dǎo)致隨風(fēng)速提高，其發(fā)電量?jī)?yōu)勢(shì)將因變頻器損耗迅速增大而減小。理論計(jì)算

6、的發(fā)電量比較兩者相近，甚至雙饋技術(shù)略優(yōu)于永磁同步技術(shù)。（2）. 成本比較：永磁同步技術(shù)雖然降低或省去了齒輪箱成本，但其發(fā)電機(jī)和全功率變頻器均較雙饋技術(shù)更加昂貴。在一定程度上，機(jī)組成本可以以重量的形式體現(xiàn)，現(xiàn)有大型直驅(qū)機(jī)組中Enercon公司的E112 4.5MW機(jī)組其機(jī)艙葉輪總重550噸，我公司雙饋5MW機(jī)組機(jī)艙葉輪總重約390噸。（3）. THD：永磁同步技術(shù)所采用的全功率變頻系統(tǒng)其THD非常高（基本超過5%），必須使用諧波濾波器。而雙饋機(jī)組中THD可控制在前者之下。（4）. 機(jī)組安全：電網(wǎng)故障時(shí)雙饋系統(tǒng)可提供更高的電流能力（額定電流的5倍），更有利于啟動(dòng)過電流保護(hù)及故障清除；全功率變頻系統(tǒng)

7、其電流能力基本被限制在2倍額定電流。（5）. 退磁問題：永磁同步技術(shù)其發(fā)電機(jī)存在退磁隱患，尚無明確更換方案。Enercon公司其發(fā)電機(jī)仍采用損耗大的電勵(lì)磁方式。（6）. 海上裝機(jī)：直驅(qū)機(jī)組往往采用利用定轉(zhuǎn)子間氣隙以自然通風(fēng)的方式對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻，當(dāng)安裝到海上風(fēng)場(chǎng)時(shí)，發(fā)電機(jī)作為核心部件會(huì)直接與腐蝕性空氣接觸，極大考驗(yàn)機(jī)組防腐能力。且萬一出現(xiàn)問題維修更換更是耗資巨大?，F(xiàn)在海上風(fēng)場(chǎng)尚無安裝大型直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的先例。（7）. 維護(hù)成本：直驅(qū)機(jī)組其發(fā)電機(jī)尺寸重量大，更換維護(hù)不便，需預(yù)訂專業(yè)安裝船或大型船吊完成工作。PS：GE其2.5MW機(jī)組采用永磁電機(jī)，3.6MW換用雙饋異步電機(jī)，其用意還請(qǐng)讀者發(fā)揮下想象

8、力。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用軸承摘要：介紹了國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用軸承設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用的現(xiàn)況，展望了今后幾年我國(guó)風(fēng)機(jī)軸承可觀的市場(chǎng)前景。近十年來，風(fēng)力發(fā)電作為一項(xiàng)可再生的綠色環(huán)保新型潔凈能源，受到了各國(guó)的高度重視，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)用軸承主要包括：偏航軸承總成（660PME047）、風(fēng)葉主軸軸承（24044CC）、變速器軸承、發(fā)電機(jī)軸承等，軸承的結(jié)構(gòu)形式主要有四點(diǎn)接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、深溝球軸承等。其中大型偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承技術(shù)難度較大，現(xiàn)在基本依靠進(jìn)口，是風(fēng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)之一。風(fēng)機(jī)軸承國(guó)產(chǎn)化可提高國(guó)內(nèi)軸承工業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)用水平，縮小與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，促

9、進(jìn)國(guó)內(nèi)軸承工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，另外方面，可以降低風(fēng)電成本，加快我國(guó)新資源和可再生資源的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風(fēng)速最高可達(dá)23m/s，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤(rùn)滑性能、耐沖擊、長(zhǎng)壽命和高可靠性，發(fā)電機(jī)在2-3級(jí)風(fēng)時(shí)就要啟動(dòng)，并能跟隨風(fēng)向變化，所以軸承結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)以保證低摩擦、高靈敏度，大型偏航軸承要求外圈帶齒，因此軸承設(shè)計(jì)、材料、制造、潤(rùn)滑及密封都要進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。1. 風(fēng)機(jī)軸承技術(shù)要點(diǎn)分析1.1 偏航軸承總成（660PME047）偏航軸承總成是風(fēng)機(jī)及時(shí)追蹤風(fēng)向變化的保證。風(fēng)機(jī)開始偏轉(zhuǎn)時(shí)，偏航加速度將產(chǎn)生沖擊力矩

10、M=I（I為機(jī)艙慣量）。偏航轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的加速度也越大。由于I非常大，這樣使本來就很大的沖擊力成倍增加。另外，風(fēng)機(jī)如果在運(yùn)動(dòng)過程中偏轉(zhuǎn)，偏航齒輪上將承受相當(dāng)大的陀螺力矩，容易造成偏航軸承的疲勞失效。根據(jù)風(fēng)機(jī)軸承的受力特點(diǎn)，偏航軸承采用“零游隙”設(shè)計(jì)的四點(diǎn)接觸球軸承，溝道進(jìn)行特別設(shè)計(jì)及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷。偏航齒輪要選擇合適的材料、模數(shù)、齒面輪廓和硬度，以保證和主動(dòng)齒輪之間壽命的匹配。同時(shí)，要采取有針對(duì)性的熱處理措施，提高齒面強(qiáng)度，使軸承具有良好的耐磨性和耐沖擊性。風(fēng)機(jī)暴露在野外，因此對(duì)該軸承的密封性能有著嚴(yán)格的要求，必須對(duì)軸承的密封形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)軸承的密封性能進(jìn)行模擬試

11、驗(yàn)研究，保證軸承壽命和風(fēng)機(jī)壽命相同。風(fēng)機(jī)裝在40m的高空，裝拆費(fèi)用昂貴，因此必須有非常高的可靠性，一般要求20年壽命，再加上該軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在裝機(jī)試驗(yàn)之前必須進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)，以確保軸承設(shè)計(jì)參數(shù)無誤。1.2 風(fēng)葉主軸軸承（24044CC）風(fēng)葉主軸由兩個(gè)調(diào)心滾子軸承支承。由于風(fēng)葉主軸承受的載荷非常大，而且軸很長(zhǎng)，容易變形，因此，要求軸承必須有良好的調(diào)心性能。確定軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)和保持架的結(jié)構(gòu)形式，使軸承具有良好的性能和長(zhǎng)壽命。1.3 變速器軸承變速器中的軸承種類很多，主要是靠變速箱中的齒輪油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油中金屬顆粒比較多，使軸承壽命大大縮短，因此需采用特殊的熱處理工藝，使?jié)L道表面存在壓應(yīng)力，

12、降低滾道對(duì)顆粒雜質(zhì)的敏感程度，提高軸承壽命。同時(shí)根據(jù)軸承的工況條件，對(duì)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行再優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)軸承加工工藝方法，進(jìn)一步提高軸承的性能指標(biāo)。1.4 發(fā)電機(jī)軸承發(fā)電機(jī)軸承采用圓柱滾子軸承和深溝球軸承。通過對(duì)這兩種軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝方法改進(jìn)、生產(chǎn)過程清潔度控制及相關(guān)組件的優(yōu)選來降軸承振動(dòng)的噪聲，使軸承具有良好的低噪聲性能。1.5 軸承裝機(jī)試驗(yàn)技術(shù)研究軸承安裝后的實(shí)際性能不僅與軸承自身性能有關(guān)，而且還與軸承的具體安裝使用條件密切相關(guān)，因此，要對(duì)軸承安裝時(shí)的配合形式、安裝中心的對(duì)中性進(jìn)行研究，使軸承在實(shí)際使用中能夠得到較好的工作性能。2. 風(fēng)機(jī)軸承技術(shù)現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)軸承主要是變速

13、器軸承和電機(jī)軸承，但性能和壽命還達(dá)不到要求。因此，90%左右的變速器軸承和電機(jī)軸承仍然依賴進(jìn)口。偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承總成還在研制之中，國(guó)內(nèi)除洛軸、瓦軸等大型國(guó)有企業(yè)有少量試制外，很少有廠家生產(chǎn)，基本屬國(guó)內(nèi)空白。 風(fēng)機(jī)軸承開發(fā)研制中，存在的主要技術(shù)難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命所需的密封結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑脂、特殊的滾道加工方法和熱處理技術(shù)、特殊保持架設(shè)計(jì)和加工制造方法等。國(guó)內(nèi)目前的技術(shù)水平與國(guó)外先進(jìn)水平相比存在較大差距，但近幾年來我國(guó)的一些研究單位在這些方面已經(jīng)取得了一些突破性的研究成果，這必須將加速風(fēng)機(jī)軸承國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程。3. 風(fēng)機(jī)軸承市場(chǎng)分析我國(guó)風(fēng)能資源十分豐富，理論儲(chǔ)量1600000000KW，可開發(fā)利用的

14、風(fēng)能資源253000000KW。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和國(guó)家對(duì)可再生能源的重視，近年來風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。我國(guó)從“七五”開始著手風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)，到“八五”末期共建立了19個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量達(dá)166500KW，占全國(guó)電網(wǎng)總?cè)萘康?.07%?！熬盼濉逼陂g，我國(guó)又建成了21個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，新增裝機(jī)容量223790KW，另有90300KW在建。根據(jù)我國(guó)電力工業(yè)總裝機(jī)容量達(dá)到350000000KW，其中包括風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的新能源占0.7%，達(dá)到2450000KW。以往我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要依靠進(jìn)口，設(shè)備投資昂貴，電價(jià)居高不下，影響了風(fēng)力發(fā)電的市場(chǎng)化運(yùn)行。據(jù)分析，如果600KW大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化以后，國(guó)

15、產(chǎn)化率達(dá)到60%，設(shè)備造價(jià)可以降低15%-20%，風(fēng)電成本可以降低10%-14%；國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到80%，設(shè)備造價(jià)可以降低25%，風(fēng)電成本可以降低 18%。目前全國(guó)共有81個(gè)研究單位及生產(chǎn)企業(yè)從事風(fēng)力機(jī)械的開發(fā)、研究及制造，2001年全國(guó)共生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20903臺(tái)，19735.2KW。其中，離網(wǎng)型機(jī)組20879臺(tái)，4975.2KW，分別比上年增加64.79%和87.60%。2001年我國(guó)還首次生產(chǎn)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組24臺(tái)， 14760KW。在國(guó)家對(duì)再生無污染能源的多項(xiàng)優(yōu)惠政策的鼓勵(lì)下，今后若干年內(nèi)， 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電工業(yè)必定會(huì)飛速發(fā)展。根據(jù)我國(guó)電力工業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃，風(fēng)電將以年均40%的速度發(fā)展

16、，到2005年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)量將達(dá)到80300臺(tái)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)配套軸承主要用在偏航系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變速器和發(fā)動(dòng)機(jī)等部位，其中每個(gè)機(jī)組主要包括偏航軸承1套，風(fēng)葉主軸軸承2套，變速箱軸承15套左右，發(fā)電機(jī)軸承2套左右，軸承結(jié)構(gòu)形式眾多。以每臺(tái)機(jī)組平均需配20套軸承計(jì)算，到2005年全國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)需配套軸承166萬套。即便按目前變速器和電機(jī)軸承 10%的國(guó)產(chǎn)化率計(jì)算，也將會(huì)有16.6萬套的市場(chǎng)空間。如果軸承國(guó)產(chǎn)化率提高到20%，將會(huì)有33.2萬套的市場(chǎng)容量，大約是目前生的能力的提高，配套軸承的國(guó)產(chǎn)化率還將進(jìn)一步提高，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用軸承的市場(chǎng)前景廣闊永濟(jì)電機(jī)新能源項(xiàng)目獲政府支持記者近日從中國(guó)北車集團(tuán)永濟(jì)電機(jī)廠獲悉，作為我