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風力發電機組齒輪箱軸承

  • 2006-06-02 16:31:00 來源:建材網   瀏覽量:
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由于風輪轉速與發電機轉速之間的巨大差距,使得齒輪箱成為風力發電機組中的一個必不可少的部件。在風力機的運行過程中,風輪的受力狀況極為惡劣,經常在急劇變化的重載荷下連繼運行數十小時,其所受到的各種載荷都通

由于風輪轉速與發電機轉速之間的巨大差距,使得齒輪箱成為風力發電機組中的一個必不可少的部件。在風力機的運行過程中,風輪的受力狀況極為惡劣,經常在急劇變化的重載荷下連繼運行數十小時,其所受到的各種載荷都通過主軸直接傳遞給齒輪箱的低速軸。而且,風力發電機組的設計通常要求在無人值班運行條件下工作長達20年之久,因此齒輪箱的軸承在此受到了真正的考驗。近年來國內外風力發電機組故障率較高的部件當數齒輪箱,而齒輪箱的故障絕大多數{TodayHot}是由于軸承的故障造成。本文先簡要介軸承的選型,然后根據風力機的特殊工況,對齒輪箱軸承載荷的分析與計算提出方法,供設計人員參考。 

1.軸承的選型 

SKF軸承在箱體中應用廣泛,在確定使用軸承之前,應該充分考慮其使用的要求,一般可參循以下幾個要素: 

⑴.可用空間 
A:對小直徑機軸可采用球軸承 
對大直徑機軸可采用圓柱,球面滾子,圓錐滾子軸承。 
B:當徑向空間有限時,需采用截面較小的軸承。 
當軸向空間有限時,可采用圓柱滾子或承受復合負荷的深溝球軸承。 
⑵.負荷 
選擇原則為一般性負荷,高轉速為球軸承。重負荷低轉速選用滾 子軸承。而復合負載時應考慮特殊情況。 
⑶.精度 
⑷.轉速 
由樣本可查知還與其所受潤滑條件和軸承的徑向游隙有關。 
⑸.噪音 
⑹.剛性 
⑺.對中 
⑻.軸向位移 
⑼.安裝與拆卸 

總的來講,軸承應用應考慮以上幾個基本情況。目前SKF已在世界上風力發電比較發達的國家如美國,西班牙,丹麥,德國等設備上廣泛使用。例如西班牙的Ecotecnia公司,SKF就為其設計了圓錐滾子軸承,并采用了先進的軟件進行摸擬軸承在未投入實際前就展示出其運行情況。 

當確定好某個型號后,其壽命情況根據公式L10=(C/Peq)ε可得其百萬轉為單位的額定壽命。但考慮到實際應用中會有很多條件,比如風力機的受力狀態和工作狀態的不穩定性,以及日常的維護及保養等等,對額定載荷C和當量動載荷Peq應加以修正。SKF通過由一系列優質產品和服務組成的無憂運轉計劃可防止超過60%的軸承出現過早損毀。此外,SKF在球面滾子SKF Explorer探索者系列和CARB系{HotTag}列等這系列新的產品上,可提供更高的負荷額定,更長的壽命,及更緊湊的配置,達到降低成本,增加設備運行時間。 

對一般性故障排除主要還是借助相關檢測設備進行操作,只有這樣才可能高效準確的查找原因,并予以及時正確的排除。SKF的設備狀態監測系統如Marlin可對設備的振動(速度和加速度)和溫度進行測量和分析,提前對設備問題預警,以避免故障停機。配備相關的附件,可以收集到一系列數據,從而有效的防止問題的發生。 

2.軸承的設計 

軸承設計應考慮以下兩個條件: 
(1) 靜態承載能力,通?紤]極限載荷; 
(2) 軸承的使用壽命,通?紤]額定運行載荷。 
軸承的設計計算一般按照DIN281或軸承制造商提供的方法進行。 
(1) 極限負荷下的載荷承受能力 
極限負荷下的載荷承受能力,其安全系數不應小于2。靜態承載能力定義為軸承的靜態負載Co與等效靜態負荷Po之比。 
(2) 使用壽命確認 
使用壽命計算采用估算法,其故障的可能性應低于10%,計算的使用壽命不小于130000小時。計算時應考慮軸承的溫度、潤滑方式、潤滑劑粘度、油膜間隙等。 

平均等效動態軸承載荷 
其中,Peqi——等效動態軸承載荷 
ni——Pi作用下軸承旋轉的次數 
N——軸承旋轉的總次數。 
平均等效動態軸承載荷的分析采用簡化的載荷變化頻譜: 
平均等效動態軸承載荷的確定,基于額定載荷的60%,P60=60%Pr。在此基礎上疊加一個變化幅度為±30%額定載荷的正弦分量。 

例:軸承的載荷頻譜 
平均等效動態軸承載荷為: 
Peq=1.11×P60 
但考慮到風力機運行工況的復雜性,有關專家薦議: 
如果考慮風力擾動,Peq1=0.77Pr 
如果考慮風力高頻變化因素,Peq2=0.033Pr 
如果考慮風力機長時間過功率,Peq3=0.05Pr 
如果考慮環境溫度等因素,Peq4=0.02Pr 
如果考慮齒輪箱自身的動力學因素,Peq5=xPr 
因此如果考慮到上述因素,Peq=0.85Pr 

3、軸承報廢的一般標準和判斷 

滾動軸承的失效形式主要有疲勞剝落,過量的較久變形和磨損。疲勞剝落是正常失效形式,它決定了軸承的疲勞壽命;過量較久變形使軸承在運轉中產生劇烈的振動和噪聲;磨損使軸承游隙、噪聲、振動增大,降低軸承的運轉精度,一些精密機械有的軸承,可用磨損量來確定軸承壽命。 

疲勞剝落可根據使用壽命,由基本額定動載荷限定載荷能力;過量較久變形可由基本額定靜載荷限定載荷能力;磨損尚無統一的計算方法。 

由于軸承的損壞的主要是由于噪聲、溫度、速度、振動、對中、潤滑情況、軸承狀態等因素造成的。在軸承工作位置可安裝相應的傳感器和測試儀器進行檢測。根據檢測信號的異常程度即可判斷軸承是否損壞。對于齒輪箱的軸承應進行實時監測,以便提前發現故障。

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