蕭忠良 薛志鵬

摘 要：文章首先分析了三排滾子軸承的特點，分別從設計使用優(yōu)勢與所存的缺點兩方面進行。在此基礎上重點介紹三排滾子軸承的應用方向，以5MW級以上風電機組為例展開探討，重點研究應用中需要規(guī)避的相關問題。幫助提升三排滾子軸承的使用效率，促進風電機組穩(wěn)定運行實現(xiàn)。

關鍵詞：三排滾子軸承；風電機組；軸承應用

一、三排滾子軸承的特點

滾子軸承中的滾道是按照數(shù)量分開的，三層軸承具有三個獨立分開的軸承，每一排滾珠在各自特定的軌道上負責專項的荷載，從而提升軸承的整體承載能力，并在滑動能力上得到提升。三排滾子軸承在使用中可以將壓力分散到三排滾道中，徑向力與軸向力兩者之間處于獨立運行狀態(tài)，并不會在使用中產(chǎn)生干擾，通過這種方法來最大程度的減小軸承磨損，提升安全使用效果。軸承在設計中會對三排滾子之間間隔的距離進行精準計算，安裝后軸承運轉才不會出現(xiàn)超過磨損的情況。三排滾子軸承將軸承運轉中的摩擦力進行均勻的分散，從而使軸承整體運轉能力得到提升，并且軸承的框架組成簡單，可以根據(jù)不同尺寸使用需求進行批量生產(chǎn)。三排滾子軸承使用中由于細小的滾子較多，在使用中會出現(xiàn)摩擦熱量過大的情況，摩擦生熱現(xiàn)象會影響到潤滑油在其中的作用，降低潤滑油安全使用時間，需要配合科學的散熱方法來提升安全使用時間，三排滾子在使用中有效的提升了散熱效果，屬于一種比較理想的軸承模式。

二、三排滾子軸承的主要應用

由于三排滾子軸承在運行使用中具有極強的運轉能力，能夠滿足高強度作業(yè)需求，比較常用的方向是大型輪船，機械工程設備以及挖掘作業(yè)設備。根據(jù)不同機械設備使用需求，在制造設計中會調整方案。國外已經(jīng)有將三排滾子軸承應用在風里發(fā)電機組中的成功案例，國外的風電機組為3MW級別，在運行能力上已經(jīng)得到了強化。國內借鑒這一使用模式，也已經(jīng)能夠將三排滾子軸承應用在5MW風力發(fā)電機組中，運轉能力要大于國外使用的標準，并且設計中具有更大的動態(tài)效果。對傳統(tǒng)風力發(fā)電機組的機械結構做出調整，軸承部分的重量有明顯降低，并且在使用中也方便更換安裝。把三排滾子軸承應用到大型風電機組的主傳動系統(tǒng)上是可行的。這樣能使機組的結構緊湊，機艙的外形尺寸小，軸承的安裝方便。和雙列圓錐滾子軸承相比，不存在軸承游隙難以控制和軸承安裝強化的問題。采用滾子的模式可以更精準控制縫隙，提升了運行中的受力均勻程度。將其應用在5MW風電機組中，軸承的承受能力要得到明顯提升，自然環(huán)境中風吹來的方向是不固定的，因此在使用中也要確保軸承的順滑程度，能夠滿足不同狀態(tài)使用需求。

三、三排滾子軸承的設計計算

1、三排滾子軸承材料

使用在5MW級以上的風電機組中，對三排轉子軸承的要求極其嚴格，需要定制42CrNiMo鍛件來作為設計原材料，并經(jīng)過加工處理將制作材料的硬度提升到HB280以上級別，在高溫下鍛造，并測量其硬度與淬透性。軸承的套圈部分由于尺寸比較小，如果處理不當很容易造成損壞，影響到生產(chǎn)進度，選擇好材料并進行統(tǒng)一處理時，主要選擇中頻淬火方法，并嚴格控制好溫度，一旦超過溫度將造成最終的組件破損或者硬度發(fā)生改變。滾子部分在設計中選擇GCr15SiMn整體加工模式，在保障其抗壓能力的同時更提升了表面的抗磨損能力，這樣在滾動過程中才能避免出現(xiàn)滾子受壓轉動過程中出現(xiàn)應力不足的情況。在大型風電機組

的設計中，我們往往都需要先確定整個機組傳動鏈的總體結構。一般來說，對于較大型的風電機組，傳動系統(tǒng)的設計主要采用直驅方案或者是帶有齒輪箱的半直驅的方案，直驅機組的方案成本相對較高，因此我們一般選擇帶有齒輪箱的半直驅的方案，實現(xiàn)使用功能的同時更要確保使用安全性。

2、三排滾子軸承滾道計算

三排滾子軸承滾道應用在風電機組中，要針對軸承的滾道部分進行計算，分析其承載能力是否在安全使用范圍內。計算這一數(shù)值需要模擬出運行狀態(tài)，安裝完成后并對內部添加潤滑油。潤滑狀態(tài)下符合風力機組的使用需求。計算需要確定3個基本參數(shù)，分別是軸向負荷、徑向負荷與傾覆力矩，分別在正常工作壓力狀態(tài)下與極限工作壓力狀態(tài)下來進行檢驗，將結果與規(guī)定的安全參數(shù)進行對比分析，確定出在工作狀態(tài)下三排滾子軸承所能為風電機組提供的動力。滾到計算中還需要考慮安裝使用中的個體差異性，在不同風力狀態(tài)下所造成的壓力也要體現(xiàn)出三排滾子軸承的環(huán)境適應能力，在計算中體現(xiàn)出這一控制效益，從而進入到更長遠的發(fā)展計劃中。將滾到計算所得到的各項數(shù)據(jù)應用在最終的軸承控制模塊設計中，在設計參數(shù)中精準控制誤差。

3、軸承螺栓組構建

根據(jù)5MW級機上風電機組的使用強度特征，來對三排滾子軸承在5MW級中的應用需要構建出具有螺栓組，來帶動軸承運轉，向圓形的滾子提供運行中的動力。螺栓組還有一個作用是將軸承與風電機組之間建立起聯(lián)系，這樣在運轉工作中才能夠形成一個整體，通過軸承的運轉來實現(xiàn)風電機組風車部分的運轉。風車運行中軸承的滾子部分是要不斷摩擦的，所承受的摩擦力也比較大，內部發(fā)熱會影響到潤滑程度。螺栓組設計中要重點針對重量進行減輕，在不影響承載能力的前提下進行，發(fā)揮螺栓之間的聯(lián)動作用，從而實現(xiàn)對資源的優(yōu)化利用。應用三排滾子軸承，要體現(xiàn)出運動優(yōu)勢，帶動這一動力體系中能夠不斷地調整運動方向，進入到更合理的狀態(tài)環(huán)境中。風力電機組中自身具有大量的螺栓組件，因此在對三排滾子軸承進行設計應用中，還要加強這部分功能應用，觀察是否能夠有效提升設計效果。設計應用中先從主要結構開始，確保三排滾子軸承與風機之間的聯(lián)系程度，在此基礎上重點針對細節(jié)聯(lián)動部分進行設計控制，在安裝固定前提下實現(xiàn)運行。

4、三排滾子軸承使用壽命校核

風電機組運行使用中對軸承的磨損程度較大，軸承磨損超出了規(guī)定的標準，則需要對其進行更換，否則很難達到預期的使用安全效果。設計應用中根據(jù)原料與制作工藝進行分析，將不同時期產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄在其中，并通過這種方法來實現(xiàn)壽命校核，為全面提升管理控制計劃創(chuàng)造更穩(wěn)定的現(xiàn)場環(huán)境，有關于設計方案與實際情況之間存在的差異性，需要對數(shù)據(jù)進行調整。根據(jù)使用壽命校核可以確定運轉中潤滑油更換時間，以及未來使用中需要注意的內容，同時根據(jù)所得到的各項數(shù)據(jù)來對使用中的維護時間進行確定，當發(fā)現(xiàn)磨損已經(jīng)影響到風電機組正常使用的情況時，及時更換，重新安裝新的機組，來達到預期的使用效果。

結語：綜上所述，研究中通過對三排滾子軸承的結構、功能、特點的分析和使用情況并通過對三排滾子軸承滾道、螺栓組、軸承壽命等幾個方面的計算分析，說明三排滾子軸承在大型風電機組的設計中，作為主傳動系統(tǒng)的軸承滿足規(guī)范的設計要求，可以應用于大型風電機組主軸軸承。采取必要的冷卻和散熱的措施，避免三排滾子軸承的發(fā)熱，就可以更好地利用三排滾子軸承。

參考文獻：

[1]夏榮立， 賀小兵， 彭懷午. 陸上風電場2.5MW及以上風電機組發(fā)展綜述[J]. 西北水電， 2017（3）：5-8.

[2]劉啟祥. 淺談機械設計制造及其自動化在風電領域的應用[J]. 工程技術：引文版， 2016（10）：00268-00269.

[3]姚興佳， 謝洪放， 朱江生，等. 基于LMI的5MW海上風力發(fā)電機組載荷控制技術研究[J]. 可再生能源， 2016， 34（1）：44-48.