程林志;曹胜平;刘晓辉
【摘 要】With the development of wind power industry,the power class of wind turbine is basically MW in the mar-ket,and the rating power has showed growth trend.It introduced the 3-point support main bearing design and 2-point sup-port main bearing design in MW wind turbine.For 2-point support main bearing design,it had 7 kinds of structure and in-troduced them.The advantages and disadvantages were analyzed.It can be used to provide some references in main bearing design and selection of MW wind turbine.%随着风电产业的发展,市场上供应的风电机组的功率等级基本上是兆瓦级,而且功率呈现增长趋势.介绍了兆瓦级风电机组3点支承和2点支承的主轴轴承设计,其中2点支承的主轴轴承方案包括7种结构形式,对各种结构形式进行了介绍,并对其优缺点进行了分析,为兆瓦级风电机组主轴轴承设计选型提供了参考. 【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2016(000)004
向初
【总页数】5页(P49-53)
【关键词】兆瓦级风电机组;主轴轴承;集成设计
光学增强器守卫【作 者】程林志;曹胜平;刘晓辉
【作者单位】许昌许继风电科技有限公司,河南 许昌 461000;许昌许继风电科技有限公司,河南 许昌 461000;许昌许继风电科技有限公司,河南 许昌 461000
【正文语种】中 文
【中图分类】TH212;TH213.3
风电机组主轴轴承是风电机组的核心部件，由于其所使用的环境恶劣(腐蚀、风沙、潮湿和低温)、受载情况复杂以及安装维护不便，所以应对主轴轴承的设计和选型进行充分的分析和论证，确保其在20年寿命内能安全可靠地运行。沈德昌等指出，轴承是风电机组中的薄弱环节，也是风电机组的主要故障点之一[1]。很多实际经验告诉我们，设计初期方案的确定和选型会对轴承的故障产生巨大的影响[2]。目前，用于兆瓦级风电机组的主轴轴承的形
式主要有3点支承的轴承设计和2点支承的轴承设计[3]，其中3点支承的轴承方案主要是球面滚子轴承与2个圆柱滚子轴承的组合，而2点支承的轴承方案又分为球面滚子轴承与调心滚子轴承组合、球面滚子轴承与圆柱滚子轴承组合、双列圆锥滚子轴承与圆柱滚子轴承组合、2个单列圆锥滚子轴承组合(又分长轴和短轴这2种设计方案)、面对面的双列圆锥滚子单轴承以及集成设计。 1.1 3点支承的轴承结构形式
3点支承的轴承结构一般为在风轮侧设计为独立轴承室，轴承室内安装1个球面滚子轴承，主轴与齿轮箱采用胀紧套连接，2个圆柱滚子轴承安装在齿轮箱内，而齿轮箱采用扭力臂进行支承，其结构如图1所示。
1.2 3点支承的轴承结构的优缺点仓库监控
这种轴承结构的优点是轴承本身的设计和制造的难度小，可以承受齿轮箱所要求的较大偏转角。其缺点如下：1)轴向游隙比较大，轮毂在轴向的定位较差；2)主轴承上没有预紧力，加载后轴向位移相对较大，同时由于没有预紧力，单个滚子可能存在不转动的情况，
从而导致滑动，这样会产生非常大的尖峰载荷，影响轴承的寿命；3)轴向力较大时，双列的球面滚子轴承变为只有单列受载，使受载列的载荷大大增加；4)所有的载荷均通过齿轮箱，影响齿轮箱的寿命；5)轴的尺寸小，载荷对轴的影响大。
2.1 球面滚子轴承+调心滚子轴承
2.1.1 结构形式
球面滚子轴承+调心滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个轴承支承，靠近风轮侧的主轴承为球面滚子轴承，而靠近齿轮箱侧的主轴承为调心滚子轴承，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图2所示。
2.1.2 结构的优缺点
这种轴承结构的优点是没有或较少的载荷作用在齿轮箱上，同时依靠扭力臂来承受较小的变形，并且装配比较简单。其缺点如下：1)轴向游隙比较大，轮毂在轴向的定位不好；2)主轴承上没有预紧力，受载后轴向位移相对较大，同时由于没有预紧力，单个滚子可能存在不转动的情况，从而导致滑动，这样会产生非常大的尖峰载荷，影响轴承的寿命；3)轴
的尺寸小，载荷对轴的影响大。
2.2 球面滚子轴承+圆柱滚子轴承
2.2.1 结构形式
球面滚子轴承+圆柱滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个轴承支承，靠近风轮侧的主轴承为球面滚子轴承，而靠近齿轮箱侧的主轴承为圆柱滚子轴承，2个主轴轴承共用1个轴承室，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图3所示。
2.2.2 结构的优缺点
这种轴承结构的优点是没有或较少的载荷作用在齿轮箱上，同时依靠扭力臂来承受较小的变形，并且装配比较简单。其缺点如下：1)轴向游隙比较大，轮毂在轴向的定位不好；2)主轴承上没有预紧力，受载后轴向位移相对较大，同时由于没有预紧力，单个滚子可能存在不转动的情况，从而导致滑动，这样会产生非常大的尖峰载荷，影响轴承的寿命；3)主机架的尺寸大或由多个部件组成，导致主机架的成本较高和加工较困难；4)由于圆柱滚子轴承对内外圈的同轴度和相对偏斜较敏感，在设计或者装配不良的情况下，球面滚子轴承
的径向游隙将导致圆柱滚子的损坏；5)由于轴和轴承的尺寸相对较小，因此轴系的整体刚度相对较低，载荷对轴的影响较大。
2.3 双列圆锥滚子轴承+圆柱滚子轴承
钙粉加工生产线2.3.1 结构形式
双列圆锥滚子轴承+圆柱滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个轴承支承，通常靠近风轮侧的主轴承为双列圆锥滚子轴承，而靠近齿轮箱侧的主轴承为圆柱滚子轴承，2个主轴轴承共用1个轴承室，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图4所示。
2.3.2 结构的优缺点
这种轴承结构的优点主要有：1)没有轴向游隙，轴向定位较好；2)可以通过增加轴承之间的距离来增加承载能力，轴承的可适用范围较大；3)轴和轴承的直径较小，成本较低；4)由于消除了轴向游间隙，轴系整体刚度相对较高，动态载荷对其影响较小。
这种轴承结构的缺点主要有：1)圆柱滚子轴承由于没有预紧力，单个滚子可能存在不转动
的现象，从而导致滑动，这样会产生非常大的尖峰载荷，影响轴承的寿命，对于3 MW以上的机组所用的圆柱滚子轴承，滚子质量和惯性力大，圆柱滚子轴承由于没有预紧力，可能会导致滚子打滑损坏，出现微点蚀的可能性较大；2)主机架的尺寸大，轴承室加工精度要求相对较高或由更多部件组成，主机架成本较高；3)装配比较复杂；4)轴承座的同心度等几何公差要求比较高。
2.4 2个小直径的单列圆锥滚子轴承
2.4.1 结构形式
2个小直径的单列圆锥滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个圆锥滚子轴承支承，2个主轴轴承共用1个轴承室[4]，主轴一般为直径较小且长度较长的结构，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图5所示。
2.4.2 结构的优缺点
这种轴承结构的优点主要有：1)没有轴向游隙，轴向定位较好；2)可以通过增加轴承之间的距离来增加承载能力，轴承的可适用范围较大；3)轴承的直径比单轴承的小，容易制造，
成本低；4)由于主轴系的长度比较长，容易获得较大的叶尖安全距离(叶尖与塔筒壁的距离)；5)由于2个轴承一般处于预紧状态，因此轴系的整体刚度相对较大，在较大的动态载荷作用下，轴系的结构变形相对较小，能够承受较大的动态载荷。
溶液聚合这种轴承结构的缺点主要有：1)主机架的尺寸大或由更多部件组成，主机架成本较高；2)装配时需要将2个轴承调节至一定的预紧量，因此装配比较复杂；3)2个轴承座的同心度要求比较高，加工成本较高；4)传动链整体长度较长，机舱尺寸不紧凑。
2.5 2个大直径的单列圆锥滚子轴承
2.5.1 结构形式
2个大直径的单列圆锥滚子轴承的结构形式一般为主轴被2个大直径的圆锥滚子轴承支承，2个主轴轴承共用1个轴承室，主轴一般为直径较大且长度较短的结构，齿轮箱和主轴之间的连接采用胀紧套或螺栓联接，其结构如图6所示。
2.5.2 结构的优缺点
