[发明专利]一种具有周向固定结构的风电设备

说明书

本发明涉及一种具有周向固定结构的风电设备，包括塔架，塔架顶部安装在风力发电机组，风力发电机组包括有叶轮，叶轮与主轴动力相联，主轴则与发电机动力相联，其中在主轴的前后两端设置有轴承，轴承由内圈、滚子、保持架及外圈组成，内圈内侧设置有与主轴对应的周向固定结构使两者保持固定，避免出现跑圈的现象。通过轴承的周向固定避免轴承松动的情况，从而提高设备的耐用性、提高企业的经济效益。

技术领域

本发明属于风电设备技术领域，涉及一种具有周向固定结构的风电设备。

背景技术

风电设备一直处于不盈利的状态，主要问题就在于其安装、维护成本过高，由于风电设备处于地势较高的地方安装，整体的使用环境也比较差，因此经常会由于设备低频扭转振动导致轴承出现松动等问题，轴承一般会采用过盈配合、红套固定或高压顶入，但是长期低频扭转振动下还是会松动，而风电设备上的轴承更换成本是非常高昂的，需要使用吊机去起吊，每次起吊都需要耗费大量的人力财力，因此几年下来风电设备产生的效益均投入到安装和维修成本中了。

另一份报告也说明了风电设备的现状。

来源：风能委员会 姚小芹

近年来国内外的风力发电机组滚动轴承失效的案例不断出现，2016年欧洲某知名风力发电机制造厂就因其多台直驱机组的主轴滚动轴承失效赔付业主6.2亿欧元。据笔者近两年来的统计，国内多家风力发电机组制造厂就有一千多台直驱机组的主轴滚动轴承失效；双馈机组也有几千台的各种滚动轴承或轮齿失效。 前不久调查到福建浦田某风电场的20台国外某知名品牌的风力机在2015到2016年就更换了6台增速齿轮箱，其余的在2017年进行了更换。不久前瓜州某60万千瓦风电场也更换了17台风电机组的增速齿轮箱。2017年上半年笔者去张家口几个风电场调研，路过河北丰宁，调查到丰宁某风电场的风力机上的增速齿轮箱均出了故障。以上问题在当年大规模引进风力机技术时就已引进来了，只是我们没有全部消化和识别。

回顾12年前《行星齿轮传动失效研讨》一文，介绍过德国某风电齿轮箱制造厂从2001年到2004年其供应全世界风电增速齿轮箱之中有4500多台出了故障，造成当时欧洲九个风力发电机组制造厂破产，也连累到在中国的几百台风力发电机组(后来是国内C齿轮箱制造厂对该批增速齿轮箱作了更换)。按当时欧洲某知名保险公司的统计，在那4500多台故障的风电齿轮箱中表现在轴承上的占30%(约1350台)、表现在轮齿上的占39%(约175台)、表现在风电齿轮箱轴、泵、联轴器、箱体、密封件等其它方面的占31%。自那以后世界各风电齿轮箱制造厂和轴承制造厂都从优化齿轮箱或轴承结构设计、制造工艺、制造精度、制造材料、表面处理、润滑方式、润滑材料、优化滚动轴承周向载荷、优化滚动轴承径向间隙、优化滚子接触角、优化滚子的波纹度、优化滚动轴承滚子修形、优化齿轮齿修形、优化行星传动结构、优化均载系数、安装工艺、试验验证等方面都做了大量的改进。

那些通常适用于恒速运行的船用齿轮箱或其他工业用齿轮箱行之有效的措施，用在风力机或风电齿轮箱上却只能治标、不能治本。都未能达到预想的效果，只要风力机运行到一定时段，风力机的主滚动轴承、风电齿轮箱的滚动轴承和轮齿照样出现故障，而故障频率和故障面是不断地加剧。这引发我们的深思!只有找到导致出现这些故障的真正原因才能根治或减少这些故障的出现。

其根源在于风力机所接受的能量——风，具有的随机性、波动性以及间歇性。

风力机传动轴系-主轴—滚动轴承-齿轮-发电机转子系统就是工作在风的随机性、风的波动性以及风的间歇性的工况频繁突变的典型代表。因此该系统在运行时，要频繁经历启动、停机、工况变化、转速变化和负荷变化等瞬态过程。

主传动链故障首要原因——低频扭转振动

从理论上认为造成风力机主传动链部件各种故障的第一个原因是：低频扭转振动。例如造成滚动轴承跑圈或轮齿损坏的重要原因之一就是风力机设计阶段没有意识到风力机主传动链存在低频扭转振动。