近十年來，風(fēng)力發(fā)電作為一項可再生的綠色環(huán)保新型潔凈能源，受到了各國的高度重視，得到了長足的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機用軸承主要包括：偏航軸承總成、風(fēng)葉主軸軸承、變速器軸承、發(fā)電機軸承等，軸承的結(jié)構(gòu)形成主要有四點接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、深溝球軸承等。其中大型偏航軸承總成和風(fēng)葉主軸軸承技術(shù)難度較大，現(xiàn)在基本依靠進口，是風(fēng)機國產(chǎn)化的難點之一。風(fēng)機軸承國產(chǎn)化可提高國內(nèi)軸承工業(yè)的設(shè)計應(yīng)用水平，縮小與國外先進水平的差距，促進國內(nèi)軸承工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步，另一方面，可以降低風(fēng)電成本，加快我國新能源和可再生能源的發(fā)展。風(fēng)電軸承是一種特殊的軸承，使用環(huán)境惡劣，高維修成本，要求高壽命。

　　風(fēng)力發(fā)電機常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風(fēng)速最高可達23m/s，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤滑性能、耐沖擊、長壽命和高可靠性，發(fā)電機在2——3級風(fēng)時就要啟動，并能跟蹤風(fēng)向變化，所以軸承結(jié)構(gòu)需要進行特殊設(shè)計以保證低摩擦、高靈敏度，大型偏航軸承要求外圈帶齒。為了更好實現(xiàn)風(fēng)機的最佳狀態(tài)，因此軸承設(shè)計、材料、制造、潤滑及密封都要進行專門設(shè)計，為風(fēng)電設(shè)備的良好運行提供更有力的保障，可以在很大程度上可提高設(shè)備性能和可靠性。

 

　　在風(fēng)電設(shè)備系統(tǒng)中維護保養(yǎng)也同樣重要。風(fēng)力發(fā)電機通常處在不易進行維護的地方，它們經(jīng)常被安裝在山上、沙漠里或海岸線上。狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)能夠協(xié)助監(jiān)視傳動系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，而可預(yù)測性的維修保養(yǎng)能夠提高這些系統(tǒng)的性能和可靠性，提高設(shè)備的有效運行時間。如通過振動分析、油液分析和紅外熱成像等手段監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，以判定最佳維修時機的維修流程；通過預(yù)測性維修手段可提高設(shè)備的運行可靠性，且僅在設(shè)備需要維修的時候進行維修，減少過度維修，降低維修成本。

　　風(fēng)機軸承的技術(shù)

 

　　1、偏航軸承總成

 

　　偏航軸承總成是風(fēng)機及時追蹤風(fēng)向變化的保證。風(fēng)機開始偏轉(zhuǎn)時，偏航加速度E將產(chǎn)生沖擊力矩M=IE（I為機艙慣量）。偏航轉(zhuǎn)速d越高，產(chǎn)生的加速度6也越大。由于I非常大，這樣使本來就很大的沖擊力成倍增加。另外，風(fēng)機如果在運轉(zhuǎn)過程中偏轉(zhuǎn)，偏航齒輪上將承受相當大的陀螺力矩，容易造成偏航軸承的疲勞失效。

 

　　根據(jù)風(fēng)機軸承的受力特點，偏航軸承采用"零游隙"設(shè)計的四點接觸球軸承，溝道進行特別設(shè)計及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷。偏航齒輪要選擇合適的材料、模數(shù)、齒面輪廓和硬度，以保證和主動齒輪之間壽命的匹配。同時，要采取有針對性的熱處理措施，提高齒面強度，使軸承具有良好的耐磨性和耐沖擊性。

 

　　風(fēng)機暴露在野外，因此對該軸承的密封性能有著嚴格的要求，必須對軸承的密封型式進行優(yōu)化設(shè)計，對軸承的密封性能進行模擬試驗研究，保證軸承壽命和風(fēng)機壽命相同。風(fēng)機裝在40m的高空，裝拆費用昂貴，因此必須有非常高的可靠性，一般要求20年壽命，再加上該軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在裝機試驗之前必須進行計算機模擬試驗,以確保軸承設(shè)計參數(shù)無誤。

 

　　2、風(fēng)葉主軸軸承

 

　　風(fēng)葉主軸由兩個調(diào)心滾子軸承支承。由于風(fēng)葉主軸承受的載荷非常大，而且軸很長，容易變形，因此，要求軸承必須有良好的調(diào)心性能。確定軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)和保持架的結(jié)構(gòu)形式，使軸承具有良好的性能和長壽命。

 

　　3、變速器軸承

 

　　變速器中的軸承種類很多，主要是靠變速箱中的齒輪油潤滑。潤滑油中金屬顆粒比較多，使軸承壽命大大縮短，因此需采用特殊的熱處理工藝，使?jié)L道表面存在壓應(yīng)力，降低滾道對顆粒雜質(zhì)的敏感程度，提高軸承壽命。同時根據(jù)軸承的工況條件，對軸承結(jié)構(gòu)進行再優(yōu)化設(shè)計，改進軸承加工工藝方法，進一步提高軸承的性能指標。

 

　　4、發(fā)電機軸承

 

　　發(fā)電機軸承采用圓柱滾子軸承和深溝球軸承。通過對這兩種軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝方法改進、生產(chǎn)過程清潔度控制及相關(guān)組件的優(yōu)選來降低軸承振動的噪聲，使軸承具有良好的低噪聲性能。

　　風(fēng)電軸承的潤滑

 

　　風(fēng)電齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速一般在10-20轉(zhuǎn)/分鐘,由于轉(zhuǎn)速比較低，導(dǎo)致輸入軸軸承也就是行星架支撐軸承的油膜形成往往比較難。油膜的作用是在軸承運轉(zhuǎn)時分開兩個金屬接觸面，避免金屬與金屬直接發(fā)生接觸。我們可以引入一個參數(shù)λ來表征軸承的潤滑效果(λ定義為油膜厚度與兩接觸表面粗糙度之和的比值)。

 

　　如果λ大于1，說明油膜的厚度足夠分開兩個金屬表面，潤滑效果良好；而如果λ小于1，則說明油膜的厚度不足以完全分開兩個金屬表面，潤滑效果不理想。在潤滑不良的情況下運轉(zhuǎn)，軸承有可能會發(fā)生如圖一所示的損傷。由于風(fēng)電齒輪箱一般都采用ISOVG320粘度的循環(huán)潤滑油，因此如果發(fā)現(xiàn)λ小于1，我們一般只能通過降低軸承滾道及滾子的粗糙度來改善潤滑效果。

 

　　另外，在齒輪箱設(shè)計時，行星架支撐軸承要盡量避免一端軸承的尺寸太小，在實際的應(yīng)用分析中我們發(fā)現(xiàn)即使壽命滿足條件，這種設(shè)計也會導(dǎo)致小軸承的線速度非常低，油膜更加無法形成。

　　風(fēng)電軸承的承載區(qū)

 

　　在運轉(zhuǎn)軸承的滾子中一般只有一部分同時承受載荷，而這部分滾子所在的區(qū)域稱之為軸承的承載區(qū)。軸承承受的載荷大小，運行游隙的大小都會對承載區(qū)產(chǎn)生影響。如果承載區(qū)范圍太小，滾子在實際的運轉(zhuǎn)中則容易發(fā)生打滑現(xiàn)象。

 

　　對于風(fēng)電齒輪箱而言，如果主軸的設(shè)計采用雙軸承支撐的方案，那么理論上只有扭矩傳遞到齒輪箱。在這種情況下，經(jīng)過簡單的受力分析，就不難發(fā)現(xiàn)行星架支撐軸承承受的載荷是比較小的，因此軸承的承載區(qū)往往也比較小，滾子容易發(fā)生打滑。在風(fēng)電齒輪箱設(shè)計中行星架支撐軸承一般采用兩個單列圓錐軸承或者兩個滿滾子圓柱軸承的方案。

 

　　可以通過適當預(yù)緊圓錐滾子軸承或者減小圓柱滾子軸承游隙的方法來提高承載區(qū)。

 

　　風(fēng)電軸承的制造材料

 

　　不同部位的軸承采用不同的材料及熱處理，如提高偏航和變槳軸承用40CrMo鋼的低溫（環(huán)境溫度-40℃∽-30℃，軸承工作溫度在-20℃左右）沖擊功等力學(xué)性能的熱處理方法，表面感應(yīng)淬火的淬硬層深度、表面硬度、軟帶寬度和表面裂紋的控制；增速器軸承用相當于國外STF、HTF鋼的研制及控制其殘余奧氏體最佳含量的研究；主軸軸承在國產(chǎn)真空脫氣鋼質(zhì)量尚存在一定差距的情況下，采用電渣重熔滲碳鋼ZG20Cr2Ni4A制造等。