浅谈三排滚子轴承在5MW级以上风电机组上的应用

萧忠良 薛志鹏

摘 要：文章首先分析了三排滚子轴承的特点，分别从设计使用优势与所存的缺点两方面进行。在此基础上重点介绍三排滚子轴承的应用方向，以5MW级以上风电机组为例展开探讨，重点研究应用中需要规避的相关问题。帮助提升三排滚子轴承的使用效率，促进风电机组稳定运行实现。

关键词：三排滚子轴承；风电机组；轴承应用

一、三排滚子轴承的特点

滚子轴承中的滚道是按照数量分开的，三层轴承具有三个独立分开的轴承，每一排滚珠在各自特定的轨道上负责专项的荷载，从而提升轴承的整体承载能力，并在滑动能力上得到提升。三排滚子轴承在使用中可以将压力分散到三排滚道中，径向力与轴向力两者之间处于独立运行状态，并不会在使用中产生干扰，通过这种方法来最大程度的减小轴承磨损，提升安全使用效果。轴承在设计中会对三排滚子之间间隔的距离进行精准计算，安装后轴承运转才不会出现超过磨损的情况。三排滚子轴承将轴承运转中的摩擦力进行均匀的分散，从而使轴承整体运转能力得到提升，并且轴承的框架组成简单，可以根据不同尺寸使用需求进行批量生产。三排滚子轴承使用中由于细小的滚子较多，在使用中会出现摩擦热量过大的情况，摩擦生热现象会影响到润滑油在其中的作用，降低润滑油安全使用时间，需要配合科学的散热方法来提升安全使用时间，三排滚子在使用中有效的提升了散热效果，属于一种比较理想的轴承模式。

二、三排滚子轴承的主要应用

由于三排滚子轴承在运行使用中具有极强的运转能力，能够满足高强度作业需求，比较常用的方向是大型轮船，机械工程设备以及挖掘作业设备。根据不同机械设备使用需求，在制造设计中会调整方案。国外已经有将三排滚子轴承应用在风里发电机组中的成功案例，国外的风电机组为3MW级别，在运行能力上已经得到了强化。国内借鉴这一使用模式，也已经能够将三排滚子轴承应用在5MW风力发电机组中，运转能力要大于国外使用的标准，并且设计中具有更大的动态效果。对传统风力发电机组的机械结构做出调整，轴承部分的重量有明显降低，并且在使用中也方便更換安装。把三排滚子轴承应用到大型风电机组的主传动系统上是可行的。这样能使机组的结构紧凑，机舱的外形尺寸小，轴承的安装方便。和双列圆锥滚子轴承相比，不存在轴承游隙难以控制和轴承安装强化的问题。采用滚子的模式可以更精准控制缝隙，提升了运行中的受力均匀程度。将其应用在5MW风电机组中，轴承的承受能力要得到明显提升，自然环境中风吹来的方向是不固定的，因此在使用中也要确保轴承的顺滑程度，能够满足不同状态使用需求。

三、三排滚子轴承的设计计算

1、三排滚子轴承材料

使用在5MW级以上的风电机组中，对三排转子轴承的要求极其严格，需要定制42CrNiMo锻件来作为设计原材料，并经过加工处理将制作材料的硬度提升到HB280以上级别，在高温下锻造，并测量其硬度与淬透性。轴承的套圈部分由于尺寸比较小，如果处理不当很容易造成损坏，影响到生产进度，选择好材料并进行统一处理时，主要选择中频淬火方法，并严格控制好温度，一旦超过温度将造成最终的组件破损或者硬度发生改变。滚子部分在设计中选择GCr15SiMn整体加工模式，在保障其抗压能力的同时更提升了表面的抗磨损能力，这样在滚动过程中才能避免出现滚子受压转动过程中出现应力不足的情况。在大型风电机组

的设计中，我们往往都需要先确定整个机组传动链的总体结构。一般来说，对于较大型的风电机组，传动系统的设计主要采用直驱方案或者是带有齿轮箱的半直驱的方案，直驱机组的方案成本相对较高，因此我们一般选择带有齿轮箱的半直驱的方案，实现使用功能的同时更要确保使用安全性。

2、三排滚子轴承滚道计算

三排滚子轴承滚道应用在风电机组中，要针对轴承的滚道部分进行计算，分析其承载能力是否在安全使用范围内。计算这一数值需要模拟出运行状态，安装完成后并对内部添加润滑油。润滑状态下符合风力机组的使用需求。计算需要确定3个基本参数，分别是轴向负荷、径向负荷与倾覆力矩，分别在正常工作压力状态下与极限工作压力状态下来进行检验，将结果与规定的安全参数进行对比分析，确定出在工作状态下三排滚子轴承所能为风电机组提供的动力。滚到计算中还需要考虑安装使用中的个体差异性，在不同风力状态下所造成的压力也要体现出三排滚子轴承的环境适应能力，在计算中体现出这一控制效益，从而进入到更长远的发展计划中。将滚到计算所得到的各项数据应用在最终的轴承控制模块设计中，在设计参数中精准控制误差。

3、轴承螺栓组构建

根据5MW级机上风电机组的使用强度特征，来对三排滚子轴承在5MW级中的应用需要构建出具有螺栓组，来带动轴承运转，向圆形的滚子提供运行中的动力。螺栓组还有一个作用是将轴承与风电机组之间建立起联系，这样在运转工作中才能够形成一个整体，通过轴承的运转来实现风电机组风车部分的运转。风车运行中轴承的滚子部分是要不断摩擦的，所承受的摩擦力也比较大，内部发热会影响到润滑程度。螺栓组设计中要重点针对重量进行减轻，在不影响承载能力的前提下进行，发挥螺栓之间的联动作用，从而实现对资源的优化利用。应用三排滚子轴承，要体现出运动优势，带动这一动力体系中能够不断地调整运动方向，进入到更合理的状态环境中。风力电机组中自身具有大量的螺栓组件，因此在对三排滚子轴承进行设计应用中，还要加强这部分功能应用，观察是否能够有效提升设计效果。设计应用中先从主要结构开始，确保三排滚子轴承与风机之间的联系程度，在此基础上重点针对细节联动部分进行设计控制，在安装固定前提下实现运行。

4、三排滚子轴承使用寿命校核

风电机组运行使用中对轴承的磨损程度较大，轴承磨损超出了规定的标准，则需要对其进行更换，否则很难达到预期的使用安全效果。设计应用中根据原料与制作工艺进行分析，将不同时期产生的数据记录在其中，并通过这种方法来实现寿命校核，为全面提升管理控制计划创造更稳定的现场环境，有关于设计方案与实际情况之间存在的差异性，需要对数据进行调整。根据使用寿命校核可以确定运转中润滑油更换时间，以及未来使用中需要注意的内容，同时根据所得到的各项数据来对使用中的维护时间进行确定，当发现磨损已经影响到风电机组正常使用的情况时，及时更换，重新安装新的机组，来达到预期的使用效果。

结语：综上所述，研究中通过对三排滚子轴承的结构、功能、特点的分析和使用情况并通过对三排滚子轴承滚道、螺栓组、轴承寿命等几个方面的计算分析，说明三排滚子轴承在大型风电机组的设计中，作为主传动系统的轴承满足规范的设计要求，可以应用于大型风电机组主轴轴承。采取必要的冷却和散热的措施，避免三排滚子轴承的发热，就可以更好地利用三排滚子轴承。

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