席瑞萍

（太原重工新能源裝備有限公司， 山西 太原 030032）

0 引言

受生態(tài)環(huán)境變化及能源安全等問題的影響， 利用可再生能源風(fēng)能等推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型， 不僅是當(dāng)今國(guó)際共識(shí)， 也是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力之一。 截止至2019 年底，我國(guó)已完成風(fēng)電裝機(jī)2.1 億kW， 在全球風(fēng)電市場(chǎng)的占比為33%， 同時(shí)也是全球風(fēng)電裝機(jī)量增長(zhǎng)最為顯著的國(guó)家之一。 國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)廠商眾多、競(jìng)爭(zhēng)激烈，受市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力加大、政府補(bǔ)貼退坡等諸多因素影響，度電成本作為決定報(bào)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，降低度電成本尤為重要。使得風(fēng)電機(jī)組發(fā)展呈現(xiàn)出單機(jī)功率大型化、 低風(fēng)速適應(yīng)性持續(xù)增強(qiáng)、零部件性能持續(xù)提升、風(fēng)電場(chǎng)智能化技術(shù)快速發(fā)展、電網(wǎng)友好型技術(shù)持續(xù)發(fā)展等趨勢(shì)。

其中，在低風(fēng)速適應(yīng)性持續(xù)增強(qiáng)方面，主要表現(xiàn)在為適應(yīng)面積約占全國(guó)風(fēng)能資源區(qū)的68%低風(fēng)速資源， 各大主流風(fēng)電設(shè)備企業(yè)開發(fā)了風(fēng)速最低下探至4.5m/s 的機(jī)型。 陸上風(fēng)機(jī)葉輪直徑已在短短的十幾年間從70 多米增長(zhǎng)到了150 多米，海上風(fēng)機(jī)葉輪直徑更是長(zhǎng)達(dá)180 多米，GE 甚至在2020 年度初宣布推出的下一代海上風(fēng)機(jī)葉輪直徑達(dá)到220m。

風(fēng)機(jī)向大型化發(fā)展，給主軸系統(tǒng)帶來(lái)了一定的困難，傳動(dòng)鏈主要構(gòu)件的尺寸進(jìn)一步加大，以主軸軸承為例，國(guó)內(nèi)某公司10MW 海上永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)使用的高可靠性單列圓錐滾子軸承外徑已分別達(dá)到3.2m 和3.1m。 作為風(fēng)機(jī)關(guān)鍵傳動(dòng)部件， 主軸軸承的裝配質(zhì)量對(duì)運(yùn)行過程中的可靠性起著較大影響。 本文就大型風(fēng)機(jī)主軸軸承裝配過程中的壓緊工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行探討。

1 主軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)電機(jī)組主傳動(dòng)的核心部件是主軸軸承， 由于風(fēng)電機(jī)組使用的環(huán)境較為惡劣（包括腐蝕、風(fēng)潮濕和低溫），受載情況復(fù)雜[1]，除了在機(jī)組設(shè)計(jì)階段及型號(hào)選擇中應(yīng)進(jìn)行充分的分析和論證外， 主軸軸承的裝配亦是主軸系統(tǒng)裝配中的重要一環(huán)。 在主軸軸承的各種失效形式中，因軸承安裝工藝或裝配使用工具不當(dāng)導(dǎo)致軸承過早損壞的比例約為16%。

隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的不斷提高， 以往在主軸支撐結(jié)構(gòu)中使用較多的調(diào)心滾子軸承正在逐漸地被圓錐滾子軸承方案所取代。常見的圓錐滾子軸承方案有三種，分別為雙列圓錐滾子軸承+圓柱軸承方案，兩個(gè)單列圓錐滾子軸承配合使用方案以及一個(gè)超大雙列圓錐滾子軸承方案[2]。這三種方案是風(fēng)機(jī)主軸上常見的圓錐滾子軸承選型方案，它們各有特點(diǎn)，適合于不同的風(fēng)機(jī)。

2 主軸軸承的安裝要求

本文以某型風(fēng)機(jī)主軸軸承為例進(jìn)行分析。 該風(fēng)機(jī)選用的主軸軸承為兩個(gè)單列圓錐滾子軸承， 采用背對(duì)背的布置形式，此結(jié)構(gòu)一般為主軸被2 個(gè)圓錐滾子軸承支承，2 個(gè)主軸軸承共用1 個(gè)軸承座[3]，主軸一般為長(zhǎng)度較長(zhǎng)、直徑較小的結(jié)構(gòu)， 齒輪箱與主軸之間的連接多采用脹緊套或螺栓連接。此結(jié)構(gòu)軸承屬于可分離型軸承，內(nèi)圈與滾子、保持架一起組成的組件及外圈分別單獨(dú)安裝。通常情況下，在安裝時(shí)可以將內(nèi)圈、保持架、滾動(dòng)體組件壓裝在主軸上，之后將外圈單獨(dú)裝進(jìn)軸承座孔內(nèi)，裝配時(shí)需將2個(gè)軸承進(jìn)行調(diào)節(jié)，預(yù)留一定的安裝預(yù)緊量。 通常情況下，軸承的內(nèi)圈與主軸處為過盈配合， 將軸承加熱至一定溫度后，可較容易套放在主軸軸頸上；但在軸承冷卻的過程中，軸承內(nèi)圈會(huì)沿寬度方向收縮，此時(shí)在軸承與軸套端面間會(huì)出現(xiàn)間隙，因此，在軸承冷卻過程中需采用合理的裝配工藝、適用的軸承壓緊工裝來(lái)控制軸向間隙，確保軸承內(nèi)圈端面與軸肩緊密貼合，最大間隙不大于0.1mm[4]。

3 壓緊工藝介紹

目前風(fēng)機(jī)主軸軸承常用的壓緊方法主要有[5]：

3.1 利用鎖緊螺母預(yù)緊

此方法需要設(shè)計(jì)一適用扳手卡住鎖緊螺母， 利用給定的力沖擊扳手，使螺母旋轉(zhuǎn)，同時(shí)靠力矩扳手?jǐn)Q緊鎖緊螺母產(chǎn)生的軸向力壓緊軸承。 在軸承溫度冷卻至室溫的過程中，需多次給扳手施加擰緊力，實(shí)現(xiàn)軸承的無(wú)間隙貼合， 使用塞尺測(cè)量軸承內(nèi)圈端面與軸肩間隙值不大于0.1mm 即可。 在完成軸承壓緊后，拆掉扳手，隨后根據(jù)裝配工藝完成后續(xù)工作。

3.2 利用液壓裝置進(jìn)行壓緊

此方法需要設(shè)一轉(zhuǎn)軸在主軸套座內(nèi)， 同時(shí)設(shè)計(jì)一液壓機(jī)構(gòu)環(huán)座，安裝于主軸套座內(nèi)，環(huán)座的內(nèi)側(cè)安裝活塞環(huán)，環(huán)座與活塞環(huán)間設(shè)計(jì)液壓室，液壓室具有緩沖及推移的作用，通過液壓室的緩沖及軸承的預(yù)緊力施加給支撐轉(zhuǎn)軸， 以此改變主軸整體結(jié)構(gòu)的剛性及阻尼效果，達(dá)到預(yù)緊效果。

3.3 螺栓壓緊

根據(jù)此4.XMW 主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在安裝軸承前需安裝端蓋， 主軸上用于固定壓緊工裝的孔距離軸承內(nèi)圈安裝位置約1000mm。 為確保在軸承熱裝后，通過預(yù)緊提高軸承剛度，保證預(yù)緊后的軸承受到工作載荷時(shí)，內(nèi)外圈的徑向和軸向變形相對(duì)于沒有預(yù)緊時(shí)要小得多， 就需選擇適用于現(xiàn)場(chǎng)安裝的省時(shí)、省力、又節(jié)約成本的壓緊工裝，本文選用螺栓壓緊方案。 介紹如下：

考慮到軸承加熱后的及時(shí)安裝壓緊，遵循縮短現(xiàn)場(chǎng)裝配工裝時(shí)間及拆裝方便原則，此方案改為：取消支撐，改為在主軸下方墊放一定厚度的底座，用螺桿將壓環(huán)1 與底座連接（為保證受力均勻，螺桿采用圓周24 個(gè)均布），見圖1。

表1 對(duì)鎖緊螺母壓緊方案、 液壓壓緊方案及螺栓壓緊方案就結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、制作、安裝、受力分布、壓緊效果等各方面進(jìn)行了對(duì)比。

圖1 壓緊工裝

表1 方案對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了3 種常用軸承壓緊的方法， 并就以上3種壓緊方案闡述每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)并進(jìn)行綜合分析比較，選用了壓環(huán)螺桿方式更適用于現(xiàn)場(chǎng)安裝裝配，可用較少時(shí)間取得更好效果， 同時(shí)也為該種類型主軸軸承的壓緊提供了參考。