趙雁，崔旋，戴天任，高聰穎,劉攀

(洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039)

風(fēng)電作為清潔可再生能源，近些年來，在全世界范圍內(nèi)受到越來越廣泛的重視，發(fā)展步伐也越來越快[1]，對風(fēng)電軸承的需求也日益增加。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用環(huán)境惡劣，維修成本高，主機(jī)對風(fēng)電軸承壽命提出了非常高的要求。風(fēng)電軸承的性能與壽命不僅與軸承的加工精度有關(guān)，其安裝和日常維護(hù)也起到了至關(guān)重要的作用，正確安裝和合理維護(hù)是保證軸承的精度和性能、提高其使用壽命、使風(fēng)電主機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的有力保障。

1 風(fēng)電偏航和變槳軸承的特點(diǎn)

偏航和變槳軸承為特大型轉(zhuǎn)盤軸承，與普通轉(zhuǎn)盤軸承一樣，由套圈、滾動體、密封件、保持架或隔離塊組成，其內(nèi)圈或外圈多數(shù)帶有傳動齒，通過與主機(jī)配套的小齒輪嚙合來傳遞扭矩。軸承的結(jié)構(gòu)多采用四點(diǎn)接觸球式，根據(jù)其工作場合的需求帶有安裝孔、潤滑油孔及吊裝孔，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航系統(tǒng)多采用單排四點(diǎn)接觸球軸承，而變槳系統(tǒng)多采用雙排四點(diǎn)接觸球軸承。

偏航和變槳軸承承受不定風(fēng)力所產(chǎn)生的沖擊載荷，具有間歇工作，傳遞扭矩較大，傳動比高的特點(diǎn)。因此，要求軸承游隙小或者為零游隙或小負(fù)游隙，以減小滾動面的微動磨損[2]。加工過程中需對滾道表面進(jìn)行淬火處理，以提高滾道硬度，提高軸承的承載能力。另外，在套圈圓周分布有多個(gè)油孔對滾道進(jìn)行潤滑。

偏航和變槳軸承要承受很大的傾覆力矩，且部分裸露在外，易受沙塵、水霧、冰凍等污染侵害[2]。因此，在軸承的上、下端面安裝密封條防止?jié)櫥男孤瑫r(shí)阻隔外界水分、灰塵等污染物的侵入。軸承外表面還需要進(jìn)行防腐處理，一般方法是噴涂純鋅或純鋁，長期裸露在外的表面還應(yīng)進(jìn)行噴漆保護(hù)。

2 安裝

偏航和變槳軸承的安裝主要是通過連接螺栓將軸承的內(nèi)、外套圈固定在相對應(yīng)的基座上。因此，安裝基座的結(jié)構(gòu)、尺寸及平行度等各項(xiàng)指標(biāo)，以及螺栓的規(guī)格、連接方法是影響風(fēng)電軸承可靠性和安全性的主要因素。由于軸承的尺寸大、重量重，若安裝不當(dāng)極易造成套圈變形，因此，在安裝過程中對基座和螺栓有一定的技術(shù)要求。

2.1 基座的技術(shù)要求

偏航、變槳軸承的直徑遠(yuǎn)大于其截面尺寸，其必須安裝在經(jīng)機(jī)加工的支承基座上，以保證對所傳遞的載荷具有足夠的剛度，保證載荷的均勻分布，從而避免運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不利于軸承工作的變形。因此，支承基座采用帶凸緣的圓柱式或管筒式結(jié)構(gòu)(圖1)，其比帶加強(qiáng)筋的薄壁式更能保證硬度和受載的均勻性。支承基座表面的寬度應(yīng)不小于軸承套圈的相應(yīng)寬度，其厚度約不低于軸承回轉(zhuǎn)中心徑的1/30；基座表面的平面度不能大于規(guī)定值，否則可能會導(dǎo)致滾道變形，縮短軸承使用壽命；在最大載荷下，支承基座安裝表面傾斜度測量值在以第一個(gè)測點(diǎn)為起始點(diǎn)的180°扇形區(qū)域內(nèi)只能達(dá)到一次峰值(按順時(shí)針或逆時(shí)針緩慢測量傾斜度)。表1數(shù)據(jù)為國外某知名風(fēng)電軸承制造企業(yè)對基座的技術(shù)要求[3]。我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10705—2007雖并未對支承基座的厚度做出規(guī)定，但對支承配合面的平面度及傾斜度針對軸承各個(gè)精度等級做了更詳細(xì)的劃分，同時(shí)給出了端面粗糙度值，見表2[4](表中L=1個(gè)孔距)。如果安裝前檢測出支承基座不能滿足上述技術(shù)要求，則需對連接表面進(jìn)行再加工，使基座達(dá)到技術(shù)要求，以防螺栓擰緊后支承變形，影響軸承的使用性能。

圖1 支承基座示意圖

表1 某企業(yè)對風(fēng)電軸承基座的技術(shù)要求 mm

表2 支承零件連接表面的技術(shù)要求

2.2 安裝準(zhǔn)備

軸承安裝前，先對支承基座的安裝面進(jìn)行檢查，確保支承座結(jié)構(gòu)符合技術(shù)要求，同時(shí)檢查有無金屬屑、焊粒、銹蝕痕跡。軸承打開包裝后用吊裝螺栓擰在內(nèi)圈或外圈的吊裝孔內(nèi)，將軸承搬運(yùn)到安裝位置，為了保證吊裝過程的平穩(wěn)性，嚴(yán)禁兩點(diǎn)吊裝。

2.3 定位

轉(zhuǎn)盤軸承滾道淬火后為了防止二次淬火，會在淬火的起點(diǎn)與終點(diǎn)留下一定長度的無淬火區(qū)，稱為淬火軟帶，其表面硬度較低，承載能力較差，因此安裝時(shí)需對軸承進(jìn)行定位，使軟帶處于非載荷區(qū)或非經(jīng)常受荷區(qū)。定位步驟如下：

(1)確定軸承的主承載區(qū)域；

(2)將淬火軟帶設(shè)定在與主承載軸或承載臂成90°的位置上；

(3)若載荷主要為徑向，尤其是軸承垂直安裝時(shí)需將軸承強(qiáng)制對中；

(4)將軸承與連接底座貼靠緊密，使軸承孔與支承座的安裝孔一一對應(yīng)。

2.4 連接件的選擇與緊固

2.4.1 連接件的選擇

軸承在安裝時(shí)一般通過螺栓固定在主機(jī)上，變槳軸承外圈與輪轂相連，內(nèi)圈與風(fēng)機(jī)的葉片相連，偏航軸承無齒圈與塔架相連，有齒圈與座艙相連。因此，安裝時(shí)需采用高強(qiáng)度螺栓保證連接的緊固性，如質(zhì)量等級為8.8級、10.9級或12.9級的螺栓，國內(nèi)外采用10.9級的螺栓居多。連接件的選擇還有如下幾點(diǎn)要求：

(1)禁止采用通螺紋的螺栓；

(2)禁止采用使用過的螺栓和墊圈；

(3)螺紋長度應(yīng)保證不小于5倍螺栓直徑；

(4)安裝螺栓時(shí)可選用調(diào)質(zhì)平墊圈，禁止使用彈簧墊圈。

2.4.2 緊固

軸承徑向定位后，在螺紋處注入少許潤滑油，采用“十字交叉擰緊法”安裝螺栓，使整個(gè)圓周上獲得均勻的緊固力。螺栓上的預(yù)緊力矩與螺栓強(qiáng)度等級、預(yù)緊方式和螺紋摩擦有關(guān)。JB/T 10705—2007給出了不同直徑螺栓預(yù)載荷的參考值[4]。國外風(fēng)電軸承制造企業(yè)也采用“五角星型緊固法”或者 “十字交叉法”分三步以預(yù)緊力30%、80%和100%的比例擰緊螺栓，所規(guī)定的螺栓預(yù)載荷與JB/T 10705—2007提供的參考值相近，差值在±10%左右，主要由扳手的擰緊誤差造成。對M30 以上的螺紋規(guī)格國內(nèi)、外一致建議使用液壓預(yù)緊裝置進(jìn)行緊固。

2.5 調(diào)整齒輪嚙合間隙

偏航、變槳軸承靠輪齒嚙合來傳遞扭矩，若嚙合間隙太小會產(chǎn)生反作用力，加速嚙合部位磨損，若嚙合間隙太大將導(dǎo)致振動，損壞齒面。因此，在安裝螺栓未完全擰緊之前，需用測隙規(guī)或塞規(guī)在軸承齒輪節(jié)圓徑向跳動最大點(diǎn)處調(diào)節(jié)與小齒輪嚙合的間隙，軸承齒輪節(jié)圓徑向跳動最大點(diǎn)一般在齒頂處刷綠色油漆加以標(biāo)示。根據(jù)國外風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，將嚙合間隙調(diào)整為0.03～0.04倍的模數(shù)時(shí)較為適宜。德國IMO公司列出了常用模數(shù)的齒輪嚙合間隙，見表3[5]。

表3 嚙合間隙

2.6 軸承運(yùn)轉(zhuǎn)測試

軸承安裝完成后，需對軸承進(jìn)行初次運(yùn)轉(zhuǎn)測試。先緩慢轉(zhuǎn)動軸承至少3圈，觀察軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，有無沖擊和卡滯；檢查整個(gè)圓周上的齒輪嚙合間隙值；檢查螺栓擰緊力矩。

2.7 磨損量測量

為了保證軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，滾動體受力均勻，偏航和變槳軸承多設(shè)計(jì)為零游隙或者負(fù)游隙。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間之后，由于滾道磨損，軸承內(nèi)部會出現(xiàn)間隙，為了保證軸承良好的運(yùn)行狀態(tài)和功能的正常發(fā)揮，每隔一段時(shí)間需要對其間隙進(jìn)行檢查以確定軸承正常工作時(shí)的磨損量。因此，在軸承安裝完成后需對其進(jìn)行測量，以初檢數(shù)據(jù)作為以后測量時(shí)的基準(zhǔn)。

滾道磨損表現(xiàn)為軸承的軸向位置變動，可通過測量基座固定測點(diǎn)至軸承端面固定測點(diǎn)的距離來確定磨損量，如圖2所示。將安裝完成的首次測量值作為基準(zhǔn)值，3個(gè)月以后進(jìn)行第2次測量，以后磨損量的測量至少每隔12個(gè)月進(jìn)行一次，并應(yīng)保證與測得基準(zhǔn)值相同的測量條件，測值與基準(zhǔn)值之差即為軸承的磨損量。若磨損較快，應(yīng)減小測量的時(shí)間間隔。若磨損量超出允許值則需立即更換軸承，表4、表5為國內(nèi)某軸承企業(yè)規(guī)定的軸承允許的最大磨損量。表6為德國IMO公司規(guī)定的軸承所允許的最大磨損量，表6中雖對單排球軸承與雙排球軸承在同一球徑下規(guī)定的最大磨損量相同，但所規(guī)定值明顯較國內(nèi)企業(yè)更為嚴(yán)格，在測量過程中該數(shù)據(jù)可作為判定軸承是否需要更換的指標(biāo)或警戒點(diǎn)進(jìn)行參考。

圖2 軸承磨損量測量示意圖

表4 單排四點(diǎn)接觸球軸承最大允許磨損量 mm

表5 雙排四點(diǎn)接觸球軸承最大允許磨損量 mm

表6 軸承最大允許磨損量 mm

3 軸承的日常維護(hù)

3.1 存放與保管

軸承存放與保管的關(guān)鍵是防銹，軸承出廠前其外表面均做有防銹的噴涂處理，然后采用塑料薄膜、牛皮紙、塑料編織帶纏繞包裝。出廠后的防銹期最長為12個(gè)月，如果包裝破損或超過防銹期仍需繼續(xù)存放，則應(yīng)當(dāng)重新清洗軸承并對軸承的齒面部分做油封處理。

軸承應(yīng)在干燥通風(fēng)而平坦的場地上水平放置，同時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離化學(xué)品及其他帶有腐蝕性的物品。如果需要多套軸承疊放在一起時(shí)，每套軸承之間沿圓周方向應(yīng)至少放置3個(gè)分布均勻、高度相等的木質(zhì)墊塊，且上、下層墊塊的位置應(yīng)放置一致。

3.2 潤滑

潤滑是風(fēng)電類軸承穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必不可少的一部分，它可使?jié)L動體和滾道之間產(chǎn)生良好的潤滑接觸，減少摩擦和發(fā)熱，同時(shí)阻隔外界水分、灰塵的侵入。由于脂潤滑具有潤滑裝置簡單、不易泄漏、抗腐蝕性好、維護(hù)方便等特點(diǎn)，在低速重載軸承中應(yīng)用較為普遍。偏航和變槳軸承運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，同時(shí)承受較大的傾覆力矩，因此多采用脂潤滑。較常采用的潤滑脂有Mobil SHC 460WT，Molycote Longterm 2 Plus，Aeroshell Grease 14等，主機(jī)廠家可以根據(jù)各自風(fēng)場的溫度、風(fēng)機(jī)的功率、軸承所受載荷來選擇合適的潤滑脂。

3.2.1 注脂量及周期

偏航、變槳軸承在出廠前，滾道中已經(jīng)注入了適量的潤滑脂，首次注脂量應(yīng)達(dá)到軸承內(nèi)部空腔體積的60%～70%。再次注脂量和注脂周期根據(jù)每個(gè)風(fēng)場的環(huán)境、溫度、軸承的運(yùn)行情況，以及所選潤滑脂牌號的不同而不同，針對我國目前的情況，注脂量可參考經(jīng)驗(yàn)公式

式中：G為注脂量；Dpw為球組節(jié)圓直徑；Dw為球徑。

注脂周期方面，在軸承運(yùn)行的前3個(gè)月采取多次定量注脂，如每周一次；運(yùn)行3個(gè)月以后每隔3個(gè)月進(jìn)行一次滾道潤滑，或者將計(jì)算出的注脂量根據(jù)各風(fēng)場的情況在一年之內(nèi)平均分配進(jìn)行潤滑；風(fēng)機(jī)長期停用前和重新啟用時(shí)必須加注足夠的潤滑脂，若停用更長時(shí)間，則需每隔6個(gè)月潤滑一次。

3.2.2 潤滑方式

軸承潤滑分為手動潤滑和自動潤滑兩種。手動潤滑一般由風(fēng)場的工作人員定期對軸承進(jìn)行潤滑，易出現(xiàn)單次注脂量大，軸承內(nèi)部壓力過大而使?jié)櫥旈_密封圈的現(xiàn)象；同時(shí)，存在有單個(gè)油孔進(jìn)行注脂的現(xiàn)象，這將大大降低潤滑脂的均勻性，導(dǎo)致潤滑不均，降低潤滑效果。因此，在軸承的維護(hù)中建議使用自動潤滑，通過軸承圓周均布的多個(gè)油孔同時(shí)注脂，保證滾道內(nèi)部潤滑脂分布的均勻性，另外，自動潤滑的注脂量經(jīng)過了計(jì)算和分配，不易出現(xiàn)過多注脂造成浪費(fèi)和過少注脂量造成潤滑不暢的情況，有效保證了軸承的使用壽命。自動潤滑系統(tǒng)多配備有集油裝置，通過排油孔收集廢舊潤滑脂，因此在維護(hù)時(shí)還應(yīng)及時(shí)清理或更換集油裝置。

3.3 安裝螺栓的檢查

為保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，應(yīng)經(jīng)常檢查螺栓的預(yù)緊情況，如果螺栓損壞將引起預(yù)緊力減少或圓周其他螺栓的受力不均，不可避免的導(dǎo)致軸承故障。由于偏航和變槳軸承表面帶有涂層，應(yīng)在安裝完成一天后對螺栓進(jìn)行再緊固，在軸承開始運(yùn)轉(zhuǎn)的前3個(gè)月內(nèi)，應(yīng)經(jīng)常檢查內(nèi)圈和外圈安裝螺栓的預(yù)緊力，以后至少每隔6個(gè)月進(jìn)行一次檢查。使用時(shí)若出現(xiàn)噪聲、沖擊等異?，F(xiàn)象，應(yīng)停機(jī)拆檢，更換松弛和松開的螺栓以及螺帽和墊圈，更換螺栓需使用相同的尺寸和質(zhì)量等級，同時(shí)按照首次安裝時(shí)的方法和順序擰緊螺栓。

3.4 密封性檢查

軸承運(yùn)轉(zhuǎn)期間需要至少每6個(gè)月檢查一次密封，密封邊緣必須保持沒有污垢，密封條無過度拉伸或破損的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

偏航和變槳軸承因其使用場合的特殊性，加上其體積大，重量重，拆裝非常的困難，維修的費(fèi)用非常高。因此，軸承的正確安裝以及科學(xué)、規(guī)律的日常維護(hù)就顯得尤為重要，按照正確的方法安裝加上合理的維護(hù)，不但可以提高軸承的使用壽命，更使風(fēng)機(jī)可以長期穩(wěn)定地運(yùn)行，降低其維護(hù)成本。