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1、I S SN1 0 003 76 2 CN411 1 48 TH 轴 承2 0 1 2 年7 期 Be a r i ng 201 2，No 7 风电偏航和变桨轴承的安装与维护 赵雁，崔旋，戴天任，高聪颖，刘攀(洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳4 7 1 0 3 9)摘要：分析风电偏航和变桨轴承的特点，详细阐述了风电偏航和变桨轴承的安装方法和日常维护的关键要素。关键词：风电轴承；偏航轴承；变桨轴承；安装；润滑；维护 中图分类号：T H1 3 3 3 3 文献标志码：B 文章编号：1 0 0 0 3 7 6 2(2 0 1 2)0 7 0 0 5 4 0 4 风电作为清洁可再生能源，近些年来，在
2、全世 界范围内受到越来越广泛的重视，发展步伐也越 来越快 J，对风 电轴承的需求也 日益增加。由于 风力发电机使用环境恶劣，维修成本高，主机对风 电轴承寿命提出了非常高 的要求。风电轴承的性 能与寿命不仅与轴承的加工精度有关，其安装和 日常维护也起到了至关 重要的作用，正确安装和 合理维护是保证轴承的精度和性能、提高其使用 寿命、使风电主机长期稳定运转的有力保障。1 风 电偏航 和 变桨轴承的特 点 偏航和变桨轴承为特 大型转 盘轴 承，与普通 转盘轴承一样，由套圈、滚动体、密封件、保持架或 隔离块组成，其 内圈或外圈多数带有传动齿，通过 与主机配套的小齿轮啮合来传递扭矩。轴承的结 构多采用
3、四点接触球式，根据其工作场合 的需求 带有安装孔、润滑油孔及吊装孔，风力发 电机的偏 航系统多采用单排 四点接触球轴承，而变 桨系统 多采用双排四点接触球轴承。偏航和变桨轴承承受不定风力所产生的冲击 载荷，具有间歇工作，传递 扭矩较大，传动 比高 的 特点。因此，要求轴承游隙小或者为零游 隙或小 负游隙，以减 小滚动面的微动磨损。加工过程 中需对滚道表面进行淬火处理，以提高滚道硬度，提高轴承的承 载能力。另外，在套 圈圆周分 布有 多个油孔对滚道进行润滑。偏航和变桨轴承要承受很 大的倾覆 力矩，且 部分 裸露 在外，易受 沙尘、水 雾、冰 冻 等污 染侵 害 J。因此，在轴承的上、下端面安装密
4、封条防止 润滑脂的泄漏，同时阻隔外界水分、灰尘等污染物 的侵入。轴承外表 面还需 要进行防腐处理，一般 收稿 日期：2 0 1 2一 o l 一1 7；修回 15 t 期：2 0 1 2 0 31 9 方法是喷涂纯锌或纯铝，长期裸 露在外 的表面还 应进行喷漆保护。2 安装 偏航和变桨轴承的安装主要是通过连接螺栓 将轴承的 内、外套 圈固定在相对应 的基 座上。因 此，安装基座 的结构、尺寸及平行度 等各项指标，以及螺栓的规格、连接方法是影响风 电轴承可靠 性和安全性 的主要 因素。由于轴 承的尺寸大、重 量重，若安装不 当极易造成套圈变形，因此，在安 装过程 中对基座和螺栓有一定的技术要求。
5、2 1 基座的技术要求 偏航、变桨轴承的直径远大于其截面尺寸，其 必须安装在经机加工 的支 承基座上，以保证对所 传递的载荷具有足够 的刚度，保证载荷 的均匀分 布，从而避免运行 时产生不利于轴承工作的变形。因此，支承基座采用带 凸缘 的圆柱式或管筒式结 构(图 1)，其 比带加强筋 的薄壁式更能保证硬度 和受载的均匀性。支承基座表面的宽度应不小于 轴承套圈的相应宽度，其厚度约不低于轴承 回转 中心径 的 1 3 0；基座表面的平 面度不 能大于规定 值，否则可能会 导致滚 道变形，缩 短轴承使 用寿 命；在最大载荷下，支承基座安装表面倾 斜度测量 图 1 支承基座示 意图 承基座 学兔兔 w
6、 w w.x u e t u t u.c o m赵雁，等：风电偏航和变桨轴承的安装与维护 值在以第一个测点为起始点的 1 8 0。扇形 区域内只 能达到一次峰值(按顺 时针或逆时针缓慢i 见 4 量倾 斜度)。表 1数据 为国外某 知名风电轴承制造企 业对基座 的技术要求。我国风力发电机轴承行 业标准 J B T 1 0 7 0 5-2 0 0 7虽并未对支承基座的厚 度做 出规定，但对支 承配合面 的平 面度及倾 斜度 针对轴承各个精度等级做 了更详细 的划分，同时 给出了端 面粗糙度值，见表 2 (表 中 L=1个 孔 距)。如果安装前检测 出支承基座不能 满足上述 技术要求，则需对连接表
7、面进行再加工，使基座达 到技术要求，以防螺栓拧紧后支承变形，影响轴承 的使用性能。表 1 某企业对风 电轴承基座 的技术 要求 mm 滚道平均直径5 0 0 7 5 0 1 0 0 o 1 2 5 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 表 2 支承零件连接表 面的技术要求 O 0 6 0 0 0 0 2 L 0 0 0 0 l 3 0 0 0 0 08 L 0 0 0 0 2 L 0 0 o O 1 3 0 0 0 0 0 8 L 5 0 6 5 2 5 2 5 1 2 5 0 8 3 O 2 5 1 2 5 0 8 4 0 2 5 1 2 5 O 8 5 0 3
8、 2 2 5 1 2 5 6 0 3 2 2 5 1 2 5 8 0 3 2 2 5 1 2 5 l o o 3 2 2 5 1 2 5 2 2 安装准备 轴承安装前，先 对支承基座 的安 装面进行检 查，确保支承座结构符合技术要求，同时检查有无 金属屑、焊粒、锈蚀痕迹。轴承打开包装后用吊装 螺栓拧在内圈或外 圈的 吊装孔 内，将 轴承搬运到 安装位置，为了保证 吊装过程 的平稳性，严禁两点 吊装。2 3 定 位 转盘轴承滚道淬火后为 了防止二次淬火，会 在淬火的起点与终点 留下 一定长度 的无淬火 区，称为淬火软带，其 表面硬度较低，承载能力较差，因此安装时需对轴承进行定位，使软带处 于非载
9、 荷 区或非经常受荷区。定位步骤如下：(1)确定轴承的主承载区域；(2)将淬火 软带设定在 与主承载轴或承载臂 成 9 0。的位置上；(3)若载荷主要为径 向，尤其是轴承垂直安装 时需将轴承强制对 中；(4)将轴承与连接底座贴靠紧密，使轴承孔与 支承座的安装孔一一对应。2 4连接件的选择与紧固 2 4 1连接 件 的选择 轴承在安装时一般 通过螺栓 固定在 主机上，变桨轴承外 圈与轮 毂相连，内圈与风机 的叶片相 连，偏航轴承无齿圈与塔架相连，有齿圈与座舱相 连。因此，安装时需采用高强度螺 栓保 证连接的 紧固性，如质量等级为 8 8级、1 0 9级或 1 2 9级 的螺栓，国内外采用 1 0
10、 9级的螺栓居多。连接件 的选择还有如下几点要求：(1)禁止采用通螺纹的螺栓；(2)禁止采用使用过的螺栓和垫圈；(3)螺纹长度应保证不小于 5倍螺栓直径；(4)安装螺栓时可选用调质平垫圈，禁止使用 弹簧垫 圈。2 4 2 紧 固 轴承径向定位后，在螺纹处注入少许润滑油，采用“十字交叉拧 紧法”安装 螺栓，使整个 圆周上 获得均匀的紧固力。螺栓上的预紧力矩 与螺栓强 度等级、预紧方式和螺纹摩擦有关。J B T 1 0 7 0 5 2 0 0 7给出了不同直径螺栓预载荷的参考值 J。国 外风电轴承制造企业也采用“五角星型紧固法”或 者“十字交叉 法”分三步 以预 紧力 3 0 、8 0 和 1 0
11、 0 的比例拧 紧螺栓，所 规定 的螺栓 预载 荷与 J B T 1 0 7 0 5-2 0 0 7提 供 的参 考 值 相 近，差 值 在 1 0 左 右，主要 由扳 手 的拧 紧误 差 造 成。对 M3 0以上的螺纹规格 国内、外一致建议使用液压 预紧装置进行紧固。2 5 调整齿轮啮合间隙 偏航、变桨轴承靠轮齿 啮合来传递扭矩，若啮 合间隙太小会产生反作用力，加速啮合部位磨损，6如鲫啪啪 。啪 姗娜 5如鲫 啪 瑚 6 喜；o 似 学兔兔 w w w.x u e t u t u.c o m5 6 轴承)2 0 1 2 N o 7 若啮合间隙太大将导致振动，损坏齿 面。因此，在 安装螺栓未完
12、全拧 紧之 前，需用测隙规或塞规在 轴承齿轮节圆径 向跳动最大点处调节与小齿轮啮 合的间隙，轴承齿轮节圆径 向跳动最大点一般在 齿顶处刷绿色油漆加以标示。根据国外风力发 电 机的使用经验，将啮合间隙调整为 0 0 3 0 0 4倍 的模数时较为适宜。德国 I MO公司列出了常用模 数的齿轮啮合间隙，见表 3 。表 3 啮合 间隙 模数 啮合侧隙 m m 模数 啮合侧隙 m m 模数 啮合侧 隙 mr r 4 O 1 2O 1 6 1 2 0 3 6 0 4 8 2 2 O 6 60 8 8 5 0 1 5 O 2 O 1 4 0 4 2 0 5 6 2 4 0 7 2O 9 6 6 O 1 8
13、 0 2 4 1 6 0 4 80 6 4 2 5 0 7 51 0 0 8 0 2 4O 3 2 1 8 0 5 4 0 7 2 2 8 0 8 41 1 2 1 0 O 3 0 0 4 0 2 O 0 6 O 0 8 0 3 0 0 9 01 2 O 2 6 轴承运转测试 轴承安装完成后，需对轴承进行初次运转测 试。先缓慢转动轴承至少 3圈，观察轴承 的运转 是否平稳，有无冲击和卡滞；检查整个 圆周上的齿 轮啮合间隙值；检查螺栓拧紧力矩。2 7 磨损量测量 为了保证轴承运转 的平稳性，滚动体受力均 匀，偏航和变桨轴承多设计为零游隙或者负游隙。设备运行一段时间之后，由于滚道磨损，轴承内部 会
14、出现间隙，为 了保证轴承 良好 的运行状态和功 能的正常发挥，每隔一段时 间需要对其 间隙进行 检查 以确定轴承正常工作 时的磨损量。因此，在 轴承安装完成后需对其进行测量，以初检数据作 为以后测量时的基准。滚道磨损表现为轴 承的轴 向位置 变动，可通 过测量基座固定测点至轴承端面固定测点的距离 来确定磨损量，如图 2所示。将 安装 完成的首次 测量值作为基准值，3 个月以后进行第 2次测量，以后磨损量的测量至少每 隔 1 2个月进行一次，并 应保证与测得基准值相 同的测量条件，测值 与基 准值之差即为轴承的磨损量。若磨损较快，应 减 小测量 的时问间隔。若磨损量超 出允许值则需立 即更换轴承
15、，表 4、表 5为国内某轴承企业规定 的 轴承允许的最大磨损量。表 6 为德国I M O公司规 定的轴承所允许 的最大磨损量，表 6中虽对单 排 球轴承与双排球轴承在 同一球径下规定的最大磨 损量相 同，但所规定值 明显较 国内企业更为严格，在测量过程 中该数据可作为判定轴承是否需要更 换的指标或警戒点进行参考。图2 轴承磨损量测量示 意图 表 4 单排四点接触球轴承最大允许磨损量 m m 堡 丝 兰 竺 !最大磨损量1 6 1 6 2 0 2 0 2 0 2 6 2 6 2 6 3 3 3 3 表 5 双排四点接触球轴承最大允许磨损量 m 球径 1 8 2 0 2 2 2 5 3 0 3 5
16、 4 O 4 5 5 0 6 O 7 0 最大磨损量 1 8 1 8 1 8 1 8 2 2 2 2 3 0 3 0 3 0 3 8 3 8 表 6 轴承最大允许磨损量 堡!竺 !最大磨损量 1 0 2 1 1 6 1 3 0 1 4 8 1 7 2 2 0 0 2 1 8 2 3 5 2 7 3 0 5 3 4 0 4 1 0 3 轴承的 日常维护 3 1 存放与保管 轴承存放与保管 的关键是 防锈，轴承 出厂前 其外表面均做有防锈的喷涂处理，然后采用塑料 薄膜、牛皮纸、塑料编织带缠绕包装。出厂后 的防 锈期最长为 1 2个月，如果包装破损或超过防锈期 仍需继续存放，则应 当重新 清洗轴 承
17、并对轴承的 齿面部分做油封处理。轴承应 在干燥通 风 而平 坦 的场地上 水平放 置，同时应远离化学品及其他带有腐蚀性的物品。如果需要多套轴承叠放在一起时，每套轴 承之 问 沿圆周方向应至少放置 3个分布均匀、高度相 等 的木质垫块，且上、下层垫块的位置应放置一致。3 2 润滑 润滑是风 电类轴承稳定运转时必不可少的一 部分，它可使滚动体和滚道之间产生 良好的润滑 接触，减少摩擦和发热，同时阻隔外界水分、灰 尘 的侵入。由于脂 润滑具有润滑装置简单、不易 泄 漏、抗腐蚀性好、维护方便等特点，在低速重载轴 承中应用较为普遍。偏航和变桨轴承运转速度较 慢，同时承受较 大 的倾 覆力 矩，因此多采用
18、 脂 润 滑。较 常 采 用 的润 滑脂 有 Mo b i l S H C 4 6 0 WT，Mo l y c o t e L o n g t e r n a 2 P l u s，A e r o s h e l l G r e a s e 1 4等，学兔兔 w w w.x u e t u t u.c o m赵雁，等：风 电偏航 和变桨轴承的安装与维护 主机厂家可 以根据各 自风场的温度、风机 的功率、轴承所受载荷来选择合适 的润滑脂。3 2 1 注脂 量及 周期 偏航、变桨轴承在出厂前，滚道中已经注入 了 适量 的润滑脂，首次注脂量应达 到轴承 内部空腔 体积 的 6 0 7 0。再次注脂量和
19、注脂周期根据 每个风场的环境、温度、轴承的运行情况，以及所 选润滑脂牌号 的不 同而不同，针对 我国 目前 的情 况，注脂量可参考经验公式 D n2 G (克 每周)，式中：G为注脂量；D 为球组节 圆直径；D 为球 径。注脂周期方 面，在轴承运行 的前 3个 月采取 多次定量注脂，如每周一次；运行 3个月以后每隔 3个月进行一次滚道润滑，或者将计算出的注脂量 根据各风场的情况在一年之内平均分配进行润滑；风机长期停用前 和重新启用时必须加注足够 的润 滑脂，若停用更长时间，则需每隔 6个月润滑一次。3 2 2润滑 方 式 轴承润滑分为手动润滑和 自动润滑两种。手 动润滑一般由风场 的工作人员定
20、期对轴承进行润 滑，易出现单次注脂量大，轴承 内部 压力过大而使 润滑脂顶开密封圈的现象；同时，存 在有单个油孔 进行注脂的现象，这将大大降低润滑脂 的均匀性，导致润滑不均，降低润滑效果。因此，在轴承的维 护 中建议使用 自动润滑，通过 轴承 圆周均布 的多 个油孔 同时注脂，保证滚道 内部润滑脂分布 的均 匀性，另外，自动润 滑 的注脂 量经过 了计算 和分 配，不易出现过多注脂造成浪 费和过少注脂量造 成润滑不畅的情况，有效保证 了轴承 的使用寿命。自动润滑系统 多配备有集油装置，通过排油孔 收 集废 旧润滑脂，因此在维护时还应及 时清理或更 换集油装置。3 3 安装螺栓的检查 为保证设备
21、运转 的安全 性，应经 常检查 螺栓 的预紧情况，如果螺栓损坏将 引起预紧力减少或 圆周其他螺栓的受力不均，不 可避免的导致轴承 故障。由于偏 航和变桨轴承表面带有涂层，应在 安装完成一天后对螺栓进行再 紧固，在轴承开始 运转的前 3个 月 内，应经常检查 内圈和外圈安装 螺栓的预紧力，以后至少每 隔 6个 月进行 一次检 查。使用时若出现噪声、冲击等异常现象，应停机 拆检，更换松弛和松开的螺栓 以及螺帽和垫圈，更 换螺栓需使用 相同的尺寸和质量等级，同时按照 首次安装时的方法和顺序拧紧螺栓。3 4 密封性检查 轴承运转期间需要至少每 6个月检查一次密 封，密封边缘必须保持没有污垢，密封条无过
22、度拉 伸或破损的现象。4 结 束语 偏航和变桨轴承 因其使用 场合 的特殊性，加 上其体积大，重量重，拆装非 常的 困难，维修 的费 用非常高。因此，轴承的正确安装 以及科学、规律 的 日常维护就显得尤 为重要，按照正确 的方法安 装加上合理 的维护，不但可 以提高轴承 的使用 寿 命，更使风机可以长期稳定地运行，降低其维护成 本。参考文献：1 杨晓蔚 风电产业、风电设备及风电轴承 J 轴承，2 0 0 9(1 2)：5 4 5 9 2 苏连成，李兴林，李小俚，等 风电机组轴承的状态监 测和故障诊断与运行维护 J 轴承，2 0 1 2(1)：4 7 53 3 R o t h e E r d e
23、 S l e w i n g B e a r i n g s P r o d u c t s：S l e w i n g B e a r-i n g s T e c h n i c a l B a s e s E B 1 w w w Ro t h e E r d e c o m 4 J B T 1 0 7 0 5-2 0 0 7，滚动轴承 风力发电机轴承 S 5 I M0 I n s t a l l a t i o n a n d Ma i n t e n a n c e I n s t r u c t i o n s f o r S l e w i n g R i n g s E B w w
24、 w i mo d e (编辑：李超强)滚 动 轴 承 质 量 检 验 依 据 国 家 和 行 业 的 有 关 轴 承 质 量 的 最 新 检 验 标 准(共 7 O 多 个)以 及 企 业 的 实 际 检 验 情 况。系 统 介 绍 了 轴 承 原 材 料 各 项 目检 验 并 按 照 最 常 用 的 深 沟 球 轴 承 和 汽 车 配 套 用 圆锥 滚 子 轴 承 的 加 工 顺 序 依 次 介 绍 了轴 承 零 部 件(套 圈、滚 动 体、保 持 架)的 冷、热 加 工 各 道 工 序 检 验 和 成 套 轴 承 的成 品检 验 还 详 细 介 绍 了这 些检 验 的 检 测 项 目、检 测 方 法 和 判 断 标 准。中 国计 量 出版 社 出版。每 册 定 价 3 8元。邮 寄 费 1 O元。需 要 者 请 与 洛 阳 轴 承 研 究 所 有 限公 司技术 资料发 行室陈红帆联 系。电话：0 3 7 9 6 4 8 8 1 1 5 0 学兔兔 w w w.x u e t u t u.c o m