[發明專利]風力發電機大錐角圓錐主軸承摩擦力矩計算方法

有效

• 申請號: 201610977692.4
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN106649982B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 張旭;王宏宇;陶學恒;王慧慧;呂艷;蘆金石;張鵬
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F113/06
• 代理公司: 大連科技專利代理有限責任公司 21119
• 代理人: 郭日志

風力發電機大錐角圓錐主軸承摩擦力矩計算方法。本發明的主軸承摩擦力矩計算方法，具體包括以下步驟：A，采用上述建立的理論模型，結合所選用的風電主軸承的具體結構形式，計算得到風電主軸承內部的載荷分布情況；B，以上述計算得到主軸內部載荷為輸入條件，以最大受載滾子為例，采用上述建立模型，進行主軸承滾子?滾道、滾子?擋邊潤滑狀態分析；C，在完成主軸承潤滑分析的基礎上，基于彈流理論，采用上述建立的主軸承滾子?滾道、滾子?擋邊接觸引起的摩擦力矩理論計算模型，對主軸承的滾子?滾道摩擦力矩和滾子?擋邊摩擦力矩進行計算。本發明建立了一套風電主軸承摩擦性能理論分析方法，能夠高效、準確的對風電主軸承摩擦力矩進行計算，為風電主軸承的摩擦學設計提供一定的理論支撐。

技術領域

本發明涉及能源裝備領域的大型轉盤軸承的設計方法，尤其涉及一種風力發電機大錐角圓錐主軸承摩擦力矩計算方法。

背景技術

在傳統能源日益枯竭，環境問題日益凸顯的今天，風能作為一種可再生的取之不盡的干凈能源具有巨大的發展潛力，越來越受到世界各國的重視，并已在全球大規模開發利用，經過多年的發展，風力發電在能源發電領域所占比重日趨升高，有數據顯示，預計到2030年，風力發電將成為僅次于水力發電的第二大可再生能源發電技術，隨著風力發電裝備的迅速發展，風力發電裝備的關鍵核心部件的研發制造越來越重要，風力發電裝備關鍵部件的性能狀態及使用壽命已經成為制約風電裝備發展的重要因素，其中風力發電機中配套軸承的研發與國產化是擺在相關研發人員與技術工程人員面前的重大技術難題，對于某些大型兆瓦級風力發電裝備，其配套軸承結構設計與制造工藝復雜，工作環境惡劣，一旦出現關鍵軸承失效，就可能導致整臺風機停止工作，嚴重影響風電場發電效率，此外各關鍵軸承一般都在十幾米甚至幾十米高空工作，一旦失效，維修更換工作非常困難，甚至需要對風電整機進行重新拆裝，因此從某種意義上說，風機關鍵軸承的使用性能及壽命決定了風機整機的性能及壽命，這就使得風機中關鍵軸承的性能壽命研究及失效分析成為風電裝備的重要技術指標，具有十分重要的研究意義。

主軸承的摩擦性能影響著軸承內部溫升、摩擦磨損以及能量損耗，進而影響風機整機性能，是衡量主軸承性能的關鍵參數，以往針對主軸承摩擦性能的研究大都采用試驗的方法或基于傳統軸承理論，試驗研究成本高，無法揭示影響主軸承摩擦性能的各參數指標及其對摩擦性能的影響規律，而傳統軸承設計理論并不完全適用于主軸承類大型轉盤軸承，分析結果存在很大誤差，尋求一種針對風電主軸承的大型轉盤軸承摩擦性能分析方法具有重大的理論與實際意義。

發明內容

本發明的目的是針對風力發電機大錐角圓錐主軸承摩擦力矩缺乏應用于工程實踐的理論計算公式，建立了一種基于彈流理論的主軸承摩擦力矩理論計算方法，以軸承外部激勵參數、軸承結構及潤滑參數等為輸入條件，通過計算軸承內部載荷分布，進而基于彈流潤滑理論計算其滾子‐滾道及滾子‐擋邊接觸引起的摩擦力矩，最后得到主軸承總體摩擦力矩計算模型。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種風力發電機大錐角圓錐主軸承摩擦力矩計算方法，基于彈流潤滑理論，建立針對風電主軸承的摩擦力矩理論計算模型，具體包括以下步驟：

B、以軸承外載及結構參數為輸入條件，基于溝道控制理論計算軸承內部載荷分布規律，建立主軸承內部載荷分布計算模型，各滾子沿外滾道法向變形表示為：

其中

式中：δ_1i為第一列第i個滾子沿滾道法向變形，即i＝1～Z，Z為單列滾子個數；α_o為軸承外圈接觸角；R_o為外圈接觸處回轉半徑；為滾子位置角，c為軸承軸向游隙，軸承接觸載荷與接觸應力關系為：

軸承整體載荷平衡方程：