风电偏航和变桨轴承的安装与维护分析--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

风电偏航和变桨轴承的安装与维护分析

发表时间：2021/8/9 来源：《中国科技信息》2021年9月中作者：王艳芹李伟哲

[导读] 随着我国经济的日益发展，国民在能源的使用上需求也日渐提升。为了满足这一情况，我国加大了在风电设施上的投入，同时为了避免风电设施在进行运转时出现异常，需要保证主要各个部件的稳定以及安全性。

北京京冶轴承股份有限公司王艳芹李伟哲

摘要：随着我国经济的日益发展，国民在能源的使用上需求也日渐提升。为了满足这一情况，我国加大了在风电设施上的投入，同时为了避免风电设施在进行运转时出现异常，需要保证主要各个部件的稳定以及安全性。作为其中起回转、承载作用的偏航轴承和变桨轴承，在安装以及后续维护上，需要注意其是否符合安装标准和注意维护时是否达到相应的要求。本文将从以下几方面，阐述风电偏航和变桨轴承的安装和维护。
关键字：风电偏航；变桨轴承；安装维护；
        引言：
        我国风电设施的工作环境恶劣，因此轴承所承受的载荷工况更复杂，容易出现轴承套圈本体、滚道及其他零部件损伤甚至损坏。为了降低这类情况发生的概率，相关企业在进行风电偏航和变桨轴承的安装和维护时，应当更加注意，避免在轴承使用过程中出现安全隐患。以提升轴承的使用期限，保障轴承的使用性能。并且加强对轴承使用的相应标准和要求，确保在风电工作中起到保障作用。
        一、风电偏航和变桨轴承区别与特性分析
        风力作为现今我国主要的能源之一，应用于广泛的领域当中，但是其工作环境相对而言较为恶劣，因此在风电偏航和变桨轴承的安装上需要更加注重安装方式[1]。偏航和变桨轴承在安装和维护中有着不同的安装需求，但相互之间有一定的联系。首先，两者都是特大型的转盘轴承，因此其在结构以及整体的零部件上与传统转盘轴承相同，一般具有传动齿及对应的驱动小齿轮，并且依据所受载荷和相关连接部件加工和安装连接孔。偏航轴承一般可选择单排四点接触球轴承，从而减轻安装压力、降低成本并且保障正常的工作需求。而变桨轴承则大多是双排接触球轴承。
        风电工作环境恶劣，因此承受的载荷往往较大，偏航和变桨轴承首先要有较高的材料性能，目前行内一般使用42CrMo合金结构钢；因要承受较大载荷冲击及较长时间的回转，滚道一般需要淬火处理，以保证滚道表面的硬度，且保证基体的韧性；目前随着风电行业内桨叶的加长及海上风电的需要，对材料和滚道淬火的要求也更加严格。
        风电偏航和变桨轴承工作环境十分恶劣，比如风沙、雨水、腐蚀性较强的盐雾气候等。因此针对不同的外界因素，风电偏航和变桨轴承需要进行相应的处理。首先需要保证其完整结构的密封性，避免因为外部水分及沙尘的进入，导致其产生腐蚀反应和异物进入造成零部件损坏。其次对于裸露在外部的金属部位，需要进行相应的防腐蚀处理，利用活泼性更大的金属来降低氧化还原反应对其造成的腐蚀，并且需要喷漆防腐从而减少裸露在外造成的损伤。
        二、风电偏航和变桨轴承安装分析
       风电偏航和变桨轴承作为特大型转盘轴承，其主要的安装方式为螺栓连接即通过螺栓和连接件进行固定[2]。通过内、外轴承套圈与对应的连接件连接，将其固定保证其在工作状态下不会出现位移、偏离等情况的发生。所以螺栓和连接件在生产和使用上需要符合国家标准，避免因为零部件间规格不适配，导致无法维持正常的工作状态。
        （一）轴承、基座安装要求
        风电偏航和变桨轴承在进行基座安装时，需要避免因为轴承和基座刚度不够，造成载荷不均匀的情况发生，导致轴承在工作时变形。规避这种情况需要使用圆柱式和管筒式的基座结构，借助这两类结构，降低因为载荷不均匀造成的螺栓或轴承形变。并且基座表面平面度，必须符合现今风电设施所的安装要求。技术人员在进行安装工作时，需要在前期做好质量检查工作。避免出现基座和轴承质量不符合需求的情况，针对安装表面进行检查，降低孔位不匹配的概率。因为运输或者生产的原因，基座表面容易被杂物污染，需要在安装时做好清洁工作。为了避免基座发生损坏，在进行安装时，需要注意吊装时保障轴承的平稳，降低因为过度碰撞或者两点吊装造成的损坏可能。偏航和变桨轴承的滚道在生产时，为了提升硬度需要进行淬火处理，但是二次淬火会对其的使用性能造成影响，故不能形成搭接，因此淬火起始位置视为薄弱区域。这段区域其本身的承载能力较差，在风力发电这类高强度的工作环境，容易造成轴承裂痕，因此需要进行定点处理，避免这段区域受到高负荷作用力的影响。首先需要确定轴承最大负荷区域，避免淬火起始位置出现在这一区域当中，其次使这一区域与承载臂之间的角度为90°，保证轴承所受到作用力垂直。
        （二）调整间隙保证轴承运转
        风电偏航和变桨轴承在使用的过程中，因为所受到的扭矩压力不定且强度不确定，因此需要对啮合间隙进行调整[3]。过小的啮合间隙会使轴承间的摩擦力上升，从而引起轴承损坏。而过大的啮齿间隙会造成轴承之间的连接出现异常振动，导致表面因为振动造成破坏。技术人员在进行安装时，需要就此情况进行检查和调整，避免因为啮齿间隙原因导致维护成本增加，降低轴承的使用寿命。在使用前期，需要对安装后的轴承进行初次工作检验。根据检验数据进行针对性地啮齿间隙调整，并且检查螺栓是否安装稳固。
        （三）轴承间连接部件安装
        风电偏航和变桨轴承在安装过程中，需要针对轴承安装要求，选择强度高负荷能力强的连接部件。同时需要避免采用通螺纹类型的螺栓，以及需要保证安装过程中使用的螺栓都是全新的。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

应该避免使用弹簧垫圈的螺栓，选择现今风电轴承的主流连接件调质平垫圈螺栓，保障正常的风电作业。工作人员还需要对螺栓进行预紧力检查，通过液压力矩扳手以安装标准力矩对其进行旋转。当螺母角度不小于二十度则说明预紧力符合使用阻度需求，相反则需要松开螺母，用液压扳手以规定力矩重新旋紧。同时螺栓最小螺纹啮合深度主要与连接基座的抗拉能力有关，因此需要保证基座的抗拉能力大于500N/mm2。
        （四）安装后摩擦检测
        轴承在运转的过程中，会因齿轮啮合间隙异常，造成摩擦量增加，从而造成零部件的损坏。因此，技术人员在安装完轴承之后，需要对轴承在运行过程中的摩擦量进行检测。检查方式主要通过基座上的固定测点与轴承端面之间的长度进行判断，以第一次测量的数据作为接下来检验的参照标准。一段时间后再次测量，通过与参照数据的差异进行摩擦量的分析。并且接下来每隔12个月再次进行测量，借此判断轴承是否符合风电设施的运转标准，在摩擦量超过一定程度之后及时进行更换。其次相关企业需要根据实际应用需求，在安装以及摩擦量测量上按照国家的更新指标进行测量，避免因为不符合标准出现安全隐患。
        三、风电偏航和变桨轴承维护分析
        （一）轴承前期维护
        轴承使用前期应当做好存储和保养工作，作为一种金属零部件，其容易受到外界因素的影响，所以需要做好储存工作[4]。轴承在出厂时为了避免腐蚀情况的发生会进行防锈处理，利用外部包裹物减少与外界的接触面积降低外部干扰。在轴承超过出厂防锈处理有效期之后，应当做好新一轮的防锈处理。通过清洗或者油封的方式，去掉表面附着物避免发生腐蚀反应。轴承必须在室内环境中存储，并且不能以垂直方式进行储存，堆叠不能超过三套。对室内温度进行调控，维持温度在15-35C°，湿度不超过60%。同时避免存放区域有诸如腐蚀性强的化学物品出现，且需要在摆放的同时注意轴承之间的间隔，以及相应的垫料放置，减少轴承磨损的情况发生。做好轴承的润滑工作，避免轴承啮合间隙摩擦过大，导致负荷增大。同时选择合理的润滑脂，避免因为齿轮的硬化设计导致齿面与滚动轴承发生微点蚀现象，使其在使用过程中表面开裂对风电设施运转造成影响。借助FZG磨损测试选择抗磨性强的润滑油脂，通常测试结果的失效级数不能超过14。风电设备在运转过程中会产生大量的热量，同时外界温度变化较为剧烈。为了保证风电设备的性能，需要借助ASTM D2207标准方法检测润滑油脂的粘度，避免在这种工作环境下性能降低。依据数据结果得出的粘度指数，应当选择大于160的润滑油脂。同时在使用润滑油脂时，需要注意更换间隔时间，确保使用时性能稳定，通常更换润滑时间间隔为六个月。
        （二）连接件维护
        轴承在使用过程中，因为外部作用力对其产生拉应力，其连接件螺栓会出现一些磨损的情况。并且轴承与基座的连接会因为螺栓松动和损坏，造成振动以及设备故障的情况发生，影响风电设施正常运作。为了避免这类情况的发生，需要定期进行检查，通常以3个月为周期进行预紧力检查。在出现异常情况时，应当根据连接件状态，及时的更换螺栓确保设备的正常运转。
        （三）防腐蚀处理
        风电设施工作环境相对较为复杂，而起承载作用的偏航轴承和变桨轴承主要材料成分为金属。针对此点，现今常见的轴承厂家在出产轴承时，会采用融射喷涂和电弧喷涂两种现代化的防腐喷涂手段，大大提升了轴承的使用寿命。同时为了更好的提升轴承的防腐水平，利用自动化车间系统对防腐涂层进行喷涂把控，是较为有效的维护手段。工作人员在进行日常维护检查时，还需要检查防腐涂层是否有脱落现象，在发现有裸露零部件后，及时依据《涂漆规范》对此进行修补。
        （四）轴承维护
        偏航与变桨轴承在工作一定时间之后，会因为损伤或者松动等原因，出现性能下降的情况。因此，工作人员需要定期检查。通过轴承表面，检测因为长期的工作环境原因，是否出现被灰尘、杂物和汽油污染的情况。并且及时使用无纤维布在不对轴承造成损伤的前提下，对其进行清理。还需要检查轴承的内圈和外圈的密封性是否良好，避免污染物进行轴承。轴承工作环境承载的负荷大，所以还需要对轴承齿面检查，避免因为齿面出现腐蚀或者断裂的情况，导致性能受到影响。轴承在出现松动或者损伤的情况下，会出现异常的噪音，因此相应的工作人员需要在出现这种情况时，及时寻找源头并且针对性的进行更换或者维护。
        四、结语
        风电偏航和变桨轴承因为工作环境的特殊性，其性能以及寿命会受多方面的因素影响。为了解决这类问题，需要以科学的方式进行安装和维护。运用合理的安装以及维护方式能够提升轴承的使用寿命，降低相应的成本投入。相关安装技术人员以及生产企业应当就此加大研究，促进风电事业的发展。
参考文献：
[1]应佳楠,张靖. 浅析风电偏航与变桨轴承密封性能试验方法[J].哈尔滨轴承, 2020,v.41;No.162(03):27-29.
[2]付华强,杨静,陆瑞,等.风电机组主轴轴承载荷分布分析及数值求解[J].风能,2019,110(04):120-123.
[3]赵麦浪.风力发电机组变桨轴承疲劳寿命影响因素探究[J].通讯世界,2019,026(007):231-232.
[4]朱涛.多兆瓦级风力发电机组偏航变桨齿圈抗磨损自动检测方法研究[J].自动化与仪器仪表,2020,No.248(06):203-206.