黄金展位

换个思路,提高风机轴承寿命

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  2019年10月21日至24日,2019北京国际风能大会暨展览会(CWP 2019)在北京隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,北京国际风能大会暨展览会自2008年首次在北京举办以来已成功举办了十一届。围绕能源转型、市场趋势、技术发展等主题,今年的风能大会还举办了20余场分论坛。铁姆肯公司作为唯一的轴承厂商在10月23日的学术论坛中发表主旨演讲。
 

2019北京国际风能大会暨展览会开幕式

  轴承是风机的核心部件之一,面临着严苛运行要求的挑战。巨大而复杂多变的载荷、高难度的维护以及高昂的维护成本都要求风机主轴轴承在具备优异综合承载能力的同时拥有极强的可靠性和耐久性。铁姆肯公司提交大会的论文中,对比传统三点支承式调心滚子主轴轴承方案,详细阐述了铁姆肯公司主张的双列圆锥滚子轴承方案在风机应用中的强大优势。

铁姆肯公司中国区总工程师陈娟在论坛现场发言

  早期小兆瓦风机主轴普遍采用单个调心滚子轴承的方案(三点支承式)。随着风机的装机容量和复杂程度的提升,这种主轴方案逐渐被其它方案,比如双调心滚子轴承(四点支承式)、双列圆锥滚子轴承加圆柱滚子轴承、超大尺寸双列圆锥滚子轴承以及在大兆瓦风机中越来越普遍的两个单列圆锥滚子轴承所取代。对于风场安装的三点支承式安装的调心滚子轴承性能的追踪也显示该方案在载荷多变的工况下,润滑条件最为恶劣的主轴轴承滚子与滚道的接触面上固有的滑动摩擦加剧了表面磨损,形成微剥落,最终积累成轴承剥落损伤。这种微剥落非常难以避免,但对轴承寿命的影响十分显著。多个风场多种风机中三点支承主轴承的性能统计及损伤表现也验证了这一问题。



三点支承式安装的调心滚子轴承损伤

  这样的损伤机理使得圆锥滚子轴承在该位置的应用优势愈加凸显。在主轴端,Timken®双内圈圆锥滚子轴承可以在复杂的风力条件下始终保持滚子滚道间的纯滚动运动,在减少摩擦的同时改善了轴承在润滑苛刻工况下的使用性能。同时,带有轴向预紧的主轴圆锥滚子轴承可以大大降低主轴轴向变形与窜动,从而降低多变风载对齿轮箱的冲击,改善了齿轮箱轴承的使用工况,提高了使用寿命。

双内圈圆锥滚子轴承与调心滚子轴承的结构对比


双内圈圆锥滚子轴承与调心滚子轴承的性能对比

  通过对以GE1.6/1.7MW风机为例进行的运行性能分析可以看出,双内圈圆锥滚子轴承比调心滚子轴承具有更高的寿命和更低的接触应力。

  为了验证圆锥滚子轴承方案这些优势,铁姆肯公司在美国选择了3台在不同地点的1.5MW风机进行实地挂机运行测试,同样也有安装了调心滚子轴承的风机在相邻位置运行。经过两年的运转,其中一套轴承在风机离线整备时被拆下,铁姆肯公司有机会对它进行了全面检测。

拆下待检的圆锥滚子轴承

  从滚道几何尺寸和油脂的两方面检测结果上看,圆锥滚子轴承经过两年的运行,滚道磨损正常,达到设计要求的性能。在三台样机运行过程中检测的冲击脉冲振动及轴向窜动/变形量的结果显示,带预紧的圆锥滚子轴承优于同风场的标准调心滚子轴承,很好地实现了设计预期。对于两台仍在运行的样机,2018年也即装机运行三年后,用内窥镜检查了轴承滚道发现状态良好。

内窥镜观察显示内滚道状态良好

  总的来说,对于三点支承式的主轴,采用带预紧的圆锥滚子轴承可以在不改动其它零部件的情况下直接替换原有的调心滚子轴承。从轴承的固有运动机理,性能分析和样机测试结果都显示圆锥滚子轴承作为升级方案,能够很好地解决目前在役机组的主轴承性能问题,为在役机组的技术改造提供了新思路。

  作为圆锥滚子轴承的权威,铁姆肯公司积极参与全球风能设备的研发,为风机提供全生命周期的解决方案。凭借自主研发的工程分析系统——Syber高级分析系统,以及各工程团队之间的通力合作,铁姆肯公司针对微动磨损、降噪减振、工程涂层等不同应用需求提供最为适合的轴承解决方案。此外,通过轴承替换、修复服务以及润滑系统,铁姆肯公司为风机用户提供全方位支持,在最大程度上提高设备性能和可靠性。
(来源:铁姆肯公司)