[發明專利]高可靠性的兆瓦級風力發電用交叉滾柱轉盤軸承

有效

• 申請號: 200810045104.9
• 申請日: 2008-01-02
• 公開（公告）號: CN101196211A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 文鑒恒
• 申請（專利權）人: 文鑒恒
• 主分類號: F16C19/50
• 分類號: F16C19/50;F16C33/58;F16C33/34;F16C33/78;F03D11/00;F03D7/02
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司
• 代理人: 劉冰心

(一)技術領域：本發明涉及用于大容量風力發電設備變槳、偏航用的大型軸承。

(二)背景技術：

作為可再生能源的我國風能可開發儲量超過10億KW，從十一.五起，國家已將快速發展風力發電設備(以下簡述為風力發電)列為國策。現有兆瓦級以上的風力發電軸承的風葉長30米以上，重6噸以上，葉片11(見圖1)裝在變漿軸承上，并根據風力大小，以改變漿葉的迎風面積，使主軸的轉速保持相對穩定。偏航用轉盤軸承則承載著幾十噸至上百噸的發電裝置緩慢轉動，使槳葉一直處于與風成垂直的迎風狀態，以獲得最大的風力。

長期以來，現有的兆瓦級以上風力發電變漿，偏航軸承，都采用推力向心雙排球轉盤軸承結構，與普通轉盤軸承結構不同其工作狀態是雙滾道同時受力，其原因是因為傳統技術觀念認為雙排球轉盤軸承的摩擦力矩小。見圖4，雙排球轉盤軸承結構：具有一個外圈1n，一個內圈3n，在內圈內圓開有內直齒4n；在內圈和外圈上均開有軸向通孔6n和7n；在內圈和外圈間設有相同的雙溝道5n；雙溝道之間裝有雙列鋼球2n；兩列鋼球處設保持架8n。

本發明在對風力發電變漿偏航軸承選型和研發時，發現推力向心雙排球轉盤軸承用于兆瓦級以上風力發電變漿、偏航軸承，存在如下問題：

1)因鋼球2n與雙溝道5n的接觸面積小，計算所得額定靜載荷不大。當風力超過風機要求剎車時，傳遞到軸承上的傾覆力矩及軸向、徑向載荷比工作狀況高出1～2倍，此時，當量載荷將超過一列鋼球的額定靜荷值，造成鋼球及溝道發生永久變形的小平面和凹坑，軸承的摩擦系數及摩擦力矩成倍增加，使帶動軸承轉動的伺服電機不能轉動，形成卡死。

2)為保證兩溝道受力均勻，以提高軸承承載能力，軸承制造廠家不得不大幅度壓縮溝形、溝位的形位誤差，將本屬P0級精度的軸承提高到P5級(有的甚至超過P5級)以上，大大增加了軸承的制造難度和成本。

3)即使保證了兩列溝道能夠同時受力，但因球軸承的承載能力儲備有限(≤0.5)，耐沖擊性能差，當風電場遭遇颶風襲擊時，將出現相當部分軸承被卡死，其可靠性的儲備不足。

4)因風電變漿軸承裝在塔高70米以上高空，裝拆很難，故提出20年不更換軸承的高可靠性要求。軸承一旦卡死，必須花費上百萬費用，將幾十、上百噸重船體吊下才能更換。由本發明研發結果認為大型風力發電機組(兆瓦級)所處的特殊環境，采用現有的推力向心雙排球轉盤軸承結構并不是理想選擇，而是存在很大的缺陷和隱患，必須重新設計選擇高可靠性軸承用于大型風力發電機組。

(三)發明內容：

本發明提出的高可靠性的兆瓦級風力發電用交叉滾柱轉盤軸承，就是解決傳統大容量風力發電機組(兆瓦級)采用推力向心雙排球轉盤軸承結構易產生伺服電機和軸承被卡死，可靠性的儲備不足、制造難度極大等問題。

本發明技術方案之一：確定的兆瓦級風力發電變槳，偏航軸承的型式和結構如下：

高可靠性的兆瓦級風力發電用交叉滾柱轉盤軸承，其特征是

A.設有一個外圈1和一個內圈3，在內圈3內圓開有內直齒4；在內圈和外圈內各有一組緊固用軸向通孔6和7；在軸承兩端裝密封件8；B.在外圈和內圈間設置周向均布的圓柱滾子2、2′，周向相鄰兩圓柱滾子2和2′軸線交叉布置；外圈和內圈上開有與圓柱滾子外圓周相配合的滾道5和5′，滾道內表面與圓柱滾子外徑圓柱面接觸，滾子長度L₂數值比滾子直徑D₂數值小0.2～1.0mm。

本發明技術方案之二：對兆瓦級風力發電變槳，偏航軸承選擇的交叉滾柱軸承，用本專利發明人獨創的轉盤軸承極限設計專有技術對風電變槳，偏航交叉滾柱重新設計，在不改變軸承外形尺寸的前提下，所獲得的優化的主參數的風電軸承如下：

高可靠性的兆瓦級風力發電用交叉滾柱轉盤軸承，其特征是

A.設有一個外圈1和一個內圈3，在內圈3內圓開有內直齒4；在內圈和外圈內各有一組緊固用軸向通孔6和7；在軸承兩端裝密封件8；

B.在外圈和內圈間設置周向均布的圓柱滾子2、2′，周向相鄰兩圓柱滾子2、2′軸線交叉布置；外圈和內圈上開有與圓柱滾子外圓周相配合的滾道5和5′，滾道內表面與圓柱滾子外徑圓柱面接觸，滾子長度L₂數值比滾子直徑D₂數值小0.2～1.0mm。

C.四種輸出功率風力發電軸承的軸承外徑D、軸承內徑d、軸承高度H、外圈高度C和內圈高度B分別為表1中序號1-4的數值，對應的軸承結構要素：圓柱滾子直徑D2、滾子在周向設置數量Z、滾子長度L2取值范圍分別為表1中序號1-4中的一組，即取值為序號1或2或3或4的數值范圍；表1