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产品与解决方案
>>变桨和偏航轴承功能
风力发电机是将风能转化成机械能，再将机械能转化成电能的机电设备。风力发电机通常由风轮、变桨系统、调速装置、偏航系统、传动装置、发电机和塔架等组成。
图4-1 偏航、变桨轴承安装位置示意图
●偏航轴承功能
偏航轴承用来转动塔顶机舱，其齿圈通过螺栓与塔筒法兰连接，无齿圈与机舱主机架连接，保持风机正向迎风、背离风向或者在电缆过度扭缆时解缆。
●变桨轴承功能
变桨轴承的作用是旋转安装在轮毂上的叶片，其外圈通过螺栓与轮毂连接，内圈与叶片连接。当风速过高或过低时，通过调整桨叶桨距改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保持稳定。同时风机的起动过程也需要通过变距来获得足够的起动转距。
>>变桨和偏航轴承选型
变桨和偏航轴承所处工况为低速摆动、振动冲击、微动磨损和锈蚀，工作时主要承受轴向力和倾覆力矩。研究发现，变桨和偏航轴承在受倾覆力矩时载荷分布并不完全符合余弦规律，在倾覆轴线附近出现理论接触压力为零的轻载区域，轻载区域的大小随游隙的增大而增大。为减小或消除轻载区域，滚动体为球结构的轴承可通过钢球与滚道之间轻微过盈实现负游隙，使载荷分布更为均匀。
变桨和偏航轴承常见结构及特点如下：
Ⅰ）单排四点接触球式轴承成本较低且综合性能较高；
Ⅱ）双排四点接触球式轴承有较大的力矩容量，使用寿命高，承载能力较大，回转阻力小，允许磨损量大，对安装基座要求不高但其运动精度较低；
Ⅲ）单排交叉滚柱式轴承精度高，动载容量较高，但对基座刚性和精度有较高要求，且滚柱与滚道在接触时易发生边缘效应，导致边缘实际应力远大于设计应力；
Ⅳ）三排滚柱式轴承一般具有非常高的静承载能力。
兆瓦级的风机变桨轴承通常选用双排四点接触球轴承；偏航轴承主要选用单排四点接触球轴承或双排四点接触球轴承，也有少量采用交叉滚柱轴承。
选型若有疑惑，请咨询欧际柯特技术工程师。
图4-2 轴向力、倾覆力矩及径向力综合作用下变桨（偏航）轴承受力图
>>变桨和偏航轴承设计要点
Ⅰ）轴承滚道设计时采用合理的沟曲率半径系数及初始接触角，有利于提高轴承的抗微动磨损能力，减缓沟道微动磨损损伤。
Ⅱ）轴承装配时预加适中的滚道过盈量，以减小或消除轴承工作时轻载区域，使载荷分布更为均匀，减小运转摩擦力矩。
Ⅲ）轴承套圈合理的调质芯部硬度、滚道表面硬度及有效硬化层深度，可防止滚道表面产生裂纹及压陷，具有更高的抗压溃能力。
Ⅳ）轴承密封采用双唇特殊结构，可阻止油脂泄漏和水及腐蚀性气体的侵入，并能应对轴承套圈因载荷而变形以及轴承内部油脂压力过大的作用。密封材料抗紫外线，经久耐用。
Ⅴ）润滑脂具有低温下的低扭矩性、耐负荷性，抗磨损性、防锈性以及长寿命。
Ⅵ）轴承表面进行热喷锌加防腐层，增加抗腐蚀能力。
>>变桨和偏航轴承校核
选型时应对轴承套圈接触疲劳强度，静强度及联接螺栓强度，齿轮疲劳强度及弯曲强度进行校核。
●有限元系统分析
安装基础刚性、安装支座端面平面度及安装螺栓预紧力等因素均会对轴承的使用寿命造成影响。必要时进行有限元系统分析。
图4-3 精确的有限元分析
●疲劳寿命计算及静强度校核（Germanischer Lloyd 2003版）
当量动载荷法计算疲劳寿命（载荷谱平均载荷或疲劳载荷）
用当量动载荷法求解四点接触球式变桨（偏航）轴承的寿命，主要分为五个步骤：
Ⅰ）计算额定动载荷
1）计算单列额定动载荷
Ⅰ）计算额定动载荷
1）计算单列额定动载荷
静强度（载荷谱极限载荷）校核
●接触应力校核（Germanischer Lloyd 2010版）
GL2010版变桨和偏航轴承不要求计算疲劳寿命。计算最大接触应力，计算接触应力应不大于表1应力值。计算公式同式（8），（9），（10）
表1 推荐接触应力
计算接触应力不大于表1数值，否则重新设计校核.
●齿轮强度校核和螺栓强度校核
齿轮齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度校核计算参考标准GB/T19406——2003或AGMA 2101——D04。安全系数见表2
螺栓联接强度校核计算参考VDI 2230-2003，安全系数见表2。
表2 安全系数
注:*表示GL2005版海上风电要求
>>润滑脂选用
风力发电系统除了增速器齿轮箱采用稀油润滑外，其它部分大多采用脂润滑。变桨和偏航轴承所使用的润滑脂要求低温下的低扭矩性、耐负荷性，抗磨损性、防锈性以及长寿命。
>>密封
海上风力发电机，长期工作于腐蚀性盐雾环境下，水或其他的易腐蚀物质进入滚道会造成滚道和滚动体的锈蚀；如果有尘埃等固体杂质进入滚道，会在滚道和滚动体之间形成磨粒，引起脱皮和剥落甚至产生凹坑；如果润滑脂流失，易导致干摩擦，会增大轴承回转阻力矩，也会加剧滚动体和滚道的磨损。
变桨和偏航轴承采用双唇密封结构，该结构既有效地防止内部油脂流失，使轴承处于润滑状态，又阻止水和氧化性气体侵入滚道，污染润滑油脂。并能应对轴承套圈因负荷而变形以及轴承内部油脂压力过大的作用。
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