[实用新型]高可靠性的兆瓦级风力发电用交叉滚柱转盘轴承

说明书

(一)技术领域：

本实用新型涉及用于大容量风力发电设备变桨、偏航用的大型轴承。

(二)背景技术：

作为可再生能源的我国风能可开发储量超过10亿KW，从十一.五起，国家已将快速发展风力发电设备(以下简述为风力发电)列为国策。现有兆瓦级以上的风力发电轴承的风叶长30米以上，重6吨以上，叶片11(见图1)装在变浆轴承上，并根据风力大小，以改变浆叶的迎风面积，使主轴的转速保持相对稳定。偏航用转盘轴承则承载着几十吨至上百吨的发电装置缓慢转动，使桨叶一直处于与风成垂直的迎风状态，以获得最大的风力。

长期以来，现有的兆瓦级以上风力发电变浆，偏航轴承，都采用推力向心双排球转盘轴承结构，与普通转盘轴承结构不同其工作状态是双滚道同时受力，其原因是因为传统技术观念认为双排球转盘轴承的摩擦力矩小。见图4，双排球转盘轴承结构：具有一个外圈1n，一个内圈3n，在内圈内圆开有内直齿4n；在内圈和外圈上均开有轴向通孔6n和7n；在内圈和外圈间设有相同的双沟道5n；双沟道之间装有双列钢球2n；两列钢球处设保持架8n。

本实用新型在对风力发电变浆偏航轴承选型和研发时，发现推力向心双排球转盘轴承用于兆瓦级以上风力发电变浆、偏航轴承，存在如下问题：

1)因钢球2n与双沟道5n的接触面积小，计算所得额定静载荷不大。当风力超过风机要求刹车时，传递到轴承上的倾覆力矩及轴向、径向载荷比工作状况高出1～2倍，此时，当量载荷将超过一列钢球的额定静荷值，造成钢球及沟道发生永久变形的小平面和凹坑，轴承的摩擦系数及摩擦力矩成倍增加，使带动轴承转动的伺服电机不能转动，形成卡死。

2)为保证两沟道受力均匀，以提高轴承承载能力，轴承制造厂家不得不大幅度压缩沟形、沟位的形位误差，将本属P0级精度的轴承提高到P5级(有的甚至超过P₅级)以上，大大增加了轴承的制造难度和成本。

3)即使保证了两列沟道能够同时受力，但因球轴承的承载能力储备有限(≤0.5)，耐冲击性能差，当风电场遭遇飓风袭击时，将出现相当部分轴承被卡死，其可靠性的储备不足。

4)因风电变浆轴承装在塔高70米以上高空，装拆很难，故提出20年不更换轴承的高可靠性要求。轴承一旦卡死，必须花费上百万费用，将几十、上百吨重船体吊下才能更换。由本实用新型研发结果认为大型风力发电机组(兆瓦级)所处的特殊环境，采用现有的推力向心双排球转盘轴承结构并不是理想选择，而是存在很大的缺陷和隐患，必须重新设计选择高可靠性轴承用于大型风力发电机组。

(三)发明内容：

本实用新型提出的高可靠性的兆瓦级风力发电用交叉滚柱转盘轴承，就是解决传统大容量风力发电机组(兆瓦级)采用推力向心双排球转盘轴承结构易产生伺服电机和轴承被卡死，可靠性的储备不足、制造难度极大等问题。

本实用新型技术方案之一：确定的兆瓦级风力发电变桨，偏航轴承的型式和结构如下：

高可靠性的兆瓦级风力发电用交叉滚柱转盘轴承，其特征是

A.设有一个外圈1和一个内圈3，在内圈3内圆开有内直齿4；在内圈和外圈内各有一组紧固用轴向通孔6和7；在轴承两端装密封件8；B.在外圈和内圈间设置周向均布的圆柱滚子2、2′，周向相邻两圆柱滚子2和2′轴线交叉布置；外圈和内圈上开有与圆柱滚子外圆周相配合的滚道5和5′，滚道内表面与圆柱滚子外径圆柱面接触，滚子长度L₂数值比滚子直径D₂数值小0.2～1.0mm。

本实用新型技术方案之二：对兆瓦级风力发电变桨，偏航轴承选择的交叉滚柱轴承，用本专利发明人独创的转盘轴承极限设计专有技术对风电变桨，偏航交叉滚柱重新设计，在不改变轴承外形尺寸的前提下，所获得的优化的主参数的风电轴承如下：

高可靠性的兆瓦级风力发电用交叉滚柱转盘轴承，其特征是

A.设有一个外圈1和一个内圈3，在内圈3内圆开有内直齿4；在内圈和外圈内各有一组紧固用轴向通孔6和7；在轴承两端装密封件8；

B.在外圈和内圈间设置周向均布的圆柱滚子2、2′，周向相邻两圆柱滚子2、2′轴线交叉布置；外圈和内圈上开有与圆柱滚子外圆周相配合的滚道5和5′，滚道内表面与圆柱滚子外径圆柱面接触，滚子长度L₂数值比滚子直径D₂数值小0.2～1.0mm。