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应用于风电增速机行星架的模块化轴承系统

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作者:Daniel Thalmann

  摘 要:大多数风机通过增速机将相对较低的主轴旋转速度提高为发电所需的较高转速,风力发电机工程师在设计增速机时面对两大挑战。第一,现代增速机所需传递的力矩总是在不断增大,同时其箱体结构仍要保持非常紧凑。第二,这些增速机的设计、制造和维护工作非常复杂且成本高昂。

  关键词:增速机;轴承系统;模块化;行星架;风电;应用;风力发电机;旋转速度

大多数风机通过增速机将相对较低的主轴旋转速度提高为发电所需的较高转速,风力发电机工程师在设计增速机时面对两大挑战。第一,现代增速机所需传递的力矩总是在不断增大,同时其箱体结构仍要保持非常紧凑。第二,这些增速机的设计、制造和维护工作非常复杂且成本高昂。


  结构紧凑的增速机

  由于箱体结构要保持非常紧凑,所以单级或二级行星齿轮结构的应用比较普遍使用。在这种运行模式下,行星齿轮中的所有轴承均处于最高负荷状态。

  在现代的变速箱里使用了一种集成化行星轴承排列,即不带外圈的圆柱滚子轴承安装在行星齿轮中,而齿轮的内孔被加工成轴承的外滚道。这种轴承排列能节省变速箱的空间,但需要非常精确的公差定义。对于三、四个排成一行的轴承来说难度更高。

  简化变速箱设计的模块化系统

  NKE公司针对风电增速机行星轮开发了一种模块化解决方案,该方案以RN系列不带外圈的单列圆柱滚子轴承为基础。这些轴承配有由内圈引导的一体黄铜保持架(MPB)。

  这些单列轴承可以组装成双列,三列或是四列轴承(见图),以满足不同增速机的具体负载和设计参数要求。



图1 NKE公司的四列行星齿轮轴承

  因此风电增速机的设计得以简化:生产商在不同的行星级别或不同的增速机中只需使用一种轴承的不同组合,而不必选用不同的轴承。

  这一新概念带来的好处是将用于该应用领域的轴承标准化,减少了零部件的种类,且简化了物流。NKE提供即可装配的轴承组。轴承间极小的截面高度差和精密的加工确保了径向负载的平均分布。每套轴承都包括用于在行星齿轮内轴向固定这些轴承所需的零部件–如定位环和平挡圈。如果需要,可根据具体运行状况和可用空间,通过在单个轴承之间配置隔圈的方法来调整轴承的总高度。



图2 包括一个正齿轮级的两级行星变速箱的剖视图

  在整个增速机中采用NKE模块化轴承系统,对用户来说,具有多项优势:简化了行星轴承的设计;对于一级和二级行星齿轮及各种不同规格的增速机,轴承设计都可做到标准化;减少了所需轴承种类;模块化设计简化了对应用于同一级齿轮的轴承特征的选配工作。

  此概念也有利简化维护工作。即使在迅速提速过程中,一体黄铜保持架也能对滚动体提供绝好的引导,同时,作为标准提供的润滑油槽改善了行星齿轮轴承的润滑情况。它还开有检查槽孔,以方便检查内滚道状况。当然,备件的管理也经简化。

  该系统已在德国某著名变速箱生产厂家的1.5MW、2MW和2.5MW风力发电机中得以应用。NKE已经在提供内径为160mm、190mm和200mm的该类模块化轴承系统,而220mm系列正在开发中。根据客户需求和可用空间,会使用3、22和23系列的圆柱滚子轴承作为基础,尤其是当客户更换现有的轴承解决方案时。基于行星轮的内径和公差,NKE工程师与客户共同界定轴承系统的游隙。

  每套轴承组作为一个整体单元进行包装,并且进行标记,防止因任何疏忽而导致的已匹配好的轴承零部件的调换。在离开NKE斯泰尔工厂前,所有的功能特性通过严格的质量检查。

  除了用于风电增速机的滚动轴承外,奥地利轴承专家NKE公司还开发和生产各种工业应用的标准和特殊轴承,并且还提供产品研发、应用工程设计以及全方位的技术咨询和培训服务。NKE轴承通过15个销售办事处和240多个经销商在全球60多个国家畅销。

  作者:Daniel Thalmann,担任奥地利NKE有限公司技术服务组的组长,负责为客户提供一流的技术支持。

  设计组组长FarukDuskunovic和他在NKE公司的设计团队,负责创建有关特定产品特征的图纸,并负责在图纸上表现出关于标准和特殊轴承的新的设计理念。