3.6m大型風機軸承試驗臺研發

邵 陽

（瓦房店軸承集團有限責任公司 技術中心, 遼寧 瓦房店 116300）

3.6m大型風機軸承試驗臺研發

邵 陽

（瓦房店軸承集團有限責任公司 技術中心, 遼寧 瓦房店 116300）

設計了一種3.6m風電變槳偏航軸承試驗機，可依據試驗規范對軸承之旋轉性能、載荷作用下工作狀態、磨損疲勞壽命等進行試驗，為軸承失效分析、壽命計算等提供依據,形成完整的生產、檢測試驗保證體系，完善和指導軸承產品的生產過程。

變槳; 偏航; 風電; 軸承; 試驗

1 前言

大型風機軸承作為風力發電機的關鍵部件之一，需求量在近幾年呈直線上升趨勢。對于1.5MW以上的大功率配套的風電軸承，國內企業由于在加工、檢測、試驗設備以及試驗標準規范方面缺乏基礎理論研究及實際生產經驗，因此面對軸承20年的壽命要求，拿不出具有說服力的數據來證明自己軸承的性能水平，使其在與國外產品的競爭中處于劣勢，因此對于風力發電機試驗平臺的建設需求迫在眉睫。

3.6 m風電變槳偏航軸承試驗機適合風電變槳軸承、偏航軸承的性能與壽命試驗，具有軸向、徑向、傾覆力矩、摩擦力矩、啟動摩擦力矩、變速、變載、變向試驗檢測與自動加載、測溫、測振和測速以及自動采集數據信號、自動顯示等功能。試驗過程參數均由計算機全程監控。適合軸承最大外徑φ3 600mm ，最大徑向加載能力：Fr=5 600kN, 最大軸向加載能力：Fa=5 000kN。傾覆力矩：M=25 000kN?m 軸承最高轉速：30r/min，可在0.8～30r/min之間無級可調。

2 結構組成及工作原理

2.1 總體結構

3.6 m變槳偏航軸承試驗機主要包括試驗工裝部、軸向加壓部、徑向加壓部、徑向加壓及力矩測量部、支架部、絞盤部、導軌及基座部和地基部，共八大部分，見圖1。

2.2 各部件功能

2.2.1 試驗工裝部

試驗工裝部包括上連接法蘭、下連接法蘭、軸承套、兩個試驗軸承、減速器（包括驅動馬達）、基座及輔助零件，見圖2。它的主要作用是安裝試驗軸承和驅動裝置，使其和加載梁、基座部連接起來而成為一個整體。

基座通過螺栓固定在地基連接板上，基座上面通過螺栓固連著下法蘭，下法蘭分別與下軸承內圈或外圈連接，上法蘭分別與加壓座和上軸承內圈或外圈連接，兩個試驗軸承通過螺栓與軸承套連接。減速器固連在下法蘭上，在試驗運轉時驅動軸承旋轉，減速器輸入端裝有扭矩傳感器，以便適時檢測輸出軸承摩擦力矩值。

由于試驗軸承的結構、尺寸都各自不同，因此，與其相連接的工裝、驅動方式在設計上也有所不同。

圖1 軸承試驗機結構及坐標系

圖2 試驗工裝部

2.2.2 軸向加壓部

軸向加壓部主要包括主梁、副梁、加壓座、四個加載油缸、絞座、軸向加壓座、連接板及銷軸輔助件等。它的主要作用是為試驗軸承施加軸向載荷和傾覆力矩。

加載梁呈十字形交叉布置，其中，長臂梁用作施加傾覆力矩，短臂梁用作施加軸向力（見圖3）；下面通過螺栓與加壓座（見圖4）連接。主副梁兩端各有兩個絞座，分別與加載油缸連接；四個油缸下端通過軸向加壓底座、連接板與地基部連接。其次，長臂梁還具備拆裝軸承及工裝時舉起和落下之功能，以便把軸承、工裝連同基座沿著軌道拽進和拽出，完成拆裝任務。

圖3 主、副梁

圖4 加壓座

2.2.3 徑向加壓部

徑向加壓部由徑向加壓支座、兩個加壓油缸、底板和銷軸等輔助件組成。它的作用是為試驗軸承提供一個方向上的徑向載荷。

徑向加壓支座通過底板與地基部連接，見圖5，水平方向通過銷軸、輔件、油缸等和加壓座連接，把油缸的出力通過加壓座加到軸承上。

圖5 徑向加壓部（去掉液壓缸和壓座）

2.2.4 徑向加壓及力矩測量部

徑向加壓及力矩測量部與上面結構基本相似，只是在側面又裝著一個啟動摩擦力矩檢測油缸，用以完成另一方向的徑向加壓和啟動摩擦力矩的檢測，見圖6。當軸承及工裝安裝就位后，在和軸承套相連接的外徑上，用裝有拉力傳感器的拉繩把軸承套和油缸連接起來，然后在加壓或不加壓情況下檢測軸承的啟動摩擦力矩，力矩大小等于油缸的拉力乘以軸承套的半徑。

圖6 徑向加壓及力矩測量部（去掉液壓缸和壓座）

2.2.5 支架部

支架部是在主梁方向上的桁架結構，在拆裝試驗軸承時用來支撐主副梁及加壓座，在試驗過程中不承受載荷。

2.2.6 導軌及基座部導軌及基座部安裝在地基部上，上面連接工裝部的基座。它主要用作支撐工裝部，并且在拆裝試驗軸承時，使工裝部沿著導軌被絞盤部拽進和拽出。當基座部在工作位置時，基座部底面下墊有多個墊塊，使軸向力通過基座部和墊塊把力傳遞到地基部上。當基座部移出時，需要撤掉這些墊塊，使基座部底面上的導軌與滾動體接觸，以便輕松拽進拽出。

2.2.7 絞盤部

絞盤部固連在地基部上。包括驅動馬達、減速器、絞盤、鉸鏈等。它的作用是：為拆裝試驗軸承及工裝時提供動力。左右布置各一，它只具有拽拉作用。其中之一的作用是從工裝區拽拉到工作位置，另一個的作用是從工作位置拽拉到工裝區。

2.2.8 地基部

地基由鋼筋混凝土澆灌而成，各部件通過自身的底板及地腳螺栓和地基連接，用來承受來自地基上部的所有作用力。

2.3 工作原理

如圖1，3.6m風電變槳偏航軸承試驗機采用液壓馬達、減速器、齒輪方式驅動。軸承的旋轉是通過在內部沿圓周方向分布的12個減速器驅動，液壓馬達和減速器之間裝有一個扭矩傳感器，用以實時檢測和輸出軸承的摩擦力矩值，帶有比例飼服閥、壓力傳感器控制的液壓系統提供高壓油，由大缸徑雙作用液壓缸作為執行件實施加壓。

軸向加壓及徑向加壓按恒載處理，由蓄能器保壓。傾覆力矩按變載處理，通過比例閥控制。

在軸承試驗之前，在加壓或不加壓情況下均要測試軸承的啟動摩擦力矩，力矩大小等于油缸的拉力乘以軸承套的半徑。

按照試驗規范可做空載試驗、性能試驗、壽命試驗，并根據規范要求作相應部位項目的檢測、測試、化驗等一系列的結論性評價。

3 結束語

建立大型風力發電機專用試驗平臺，對于推動風機軸承技術創新、市場培育和產業化發展具有重要意義。通過研發大型風電變槳、偏航軸承試驗機，加強對風電軸承的性能、壽命試驗，研究其可靠性能、潤滑性能、密封性能和承載能力，形成大型風機軸承專用試驗標準和基礎數據庫，形成自有的試驗、檢測標準規范，對于我國風機軸承的技術發展具有重要意義。

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京： 化學工業出版社，1993.

[2] 徐 灝.新編機械設計師手冊[M].北京： 機械工業出版社, 1995.

（編輯：鐘 媛）

Research and development of bearing test rig for 3.6m large wind driven generator

Shao Yang

(Technical Center,Wafangdian Bearing Group Company Limited,Wafangdian 116300,China)

A kind of 3.6m wind power variable pitch bearing and jaw bearing test machine has been designed. It can test the rotation performance of the bearing, the working state under the load, and the wear fatigue life according to the test standard, and can Provide the basis for the failure analysis and life calculation of the bearing to form a complete production, examination and testing guarantee system and improve and guide the production process of bearing products.

variable pitch;yaw; wind power; bearing; test

TH133.33

A

1672-4852（2015）04- 0003-02

2015-11-18.

邵 陽（1964-），男，高級工程師.