風(fēng)力發(fā)電偏航軸承發(fā)展綜述

蔡 勇（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心,廣州 510530）

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風(fēng)力發(fā)電偏航軸承發(fā)展綜述

蔡 勇
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心,廣州 510530）

摘 要：隨著社會的發(fā)展，能源危機(jī)以及環(huán)境問題日益嚴(yán)重。風(fēng)能作為一種清潔可再生資源，越來越受到各國的重視［1］。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因轉(zhuǎn)換率高，適宜做大型化發(fā)電機(jī)組而在世界范圍得到廣泛應(yīng)用。偏航系統(tǒng)對水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)力利用率起到關(guān)鍵的作用，作為偏航系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，偏航軸承的性能就更顯得重要。

關(guān)鍵詞：風(fēng)；發(fā)電；偏航；軸承；專利

1 偏航軸承概況

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高的特點，因而成為了世界風(fēng)電的主流機(jī)型。偏航系統(tǒng)是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一。作為偏航系統(tǒng)的主要組成部分，偏航軸承除了起到對風(fēng)作用以外，還承受風(fēng)力發(fā)電機(jī)重量，并提供必要的鎖緊力矩，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.1 分類

偏航系統(tǒng)一般由齒圈（帶齒的軸承環(huán)）、偏航齒輪和驅(qū)動電機(jī)及摩擦制動器或偏航剎車（摩擦制動器或偏航剎車一般僅存在齒輪驅(qū)動式偏航系統(tǒng)中）組成。偏航系統(tǒng)的偏航軸承可以分為滾動型（圖1）和滑動型（圖2）。

滾動軸承由外圈、內(nèi)圈及軸承內(nèi)、外圈之間的滾動體組成。軸承外圈固定于塔架上，軸承內(nèi)圈通過高強(qiáng)度螺栓裝配在主機(jī)架上。通過固定在主機(jī)架上電機(jī)帶動外圈，從而帶動主機(jī)架轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對風(fēng)。滑動式軸承的潤滑是墊片干摩擦下的自潤滑，相對運(yùn)動件之間的摩擦力矩由墊片的粗糙度來決定，因而滑動襯片上的固體摩擦材料經(jīng)過摩擦需保證自潤滑，具有合適的摩擦力矩，同時還要控制磨粒材料磨損速度不能過快而造成滑動襯片壽命減少，所以對偏航齒圈表面粗糙度有更高的技術(shù)要求［3］。

1.2 工作條件

偏航軸承的軸承內(nèi)外圈分別與機(jī)組的機(jī)艙和塔體用螺栓連接。輪齒可采用內(nèi)齒或外齒形式。外齒形式是輪齒位于偏航軸承的外圈上，加工相對來說比較簡單；內(nèi)齒形式是輪齒位于偏航軸承的內(nèi)圈上，嚙合受力效果較好，結(jié)構(gòu)緊湊。由于風(fēng)力機(jī)組常年在野外作業(yè)，工況條件非常惡劣，會遭受風(fēng)雨、沙塵暴、海水等各種氣候的影響；并且偏航軸承需要及時跟隨風(fēng)向和風(fēng)速變化，還要承受巨大的傾覆力矩和沖擊載荷。

2 偏航軸承結(jié)構(gòu)分析

可以看出在2005年以前，針對偏航軸承的發(fā)明量較少，說明世界對偏航軸承的研發(fā)力度以及關(guān)注度都不高，通過對比國內(nèi)外的專利申請可知，美國通用電氣、德國西門子、丹麥維斯塔斯等國外公司依舊掌握著較為先進(jìn)的技術(shù)，其專利轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品的比率較高，而國內(nèi)目前主要有洛陽軸承集團(tuán)和瓦房店軸承集團(tuán)等少數(shù)公司擁有較多申請量。

3 偏航軸承發(fā)展趨勢

能源短缺問題日益嚴(yán)重，風(fēng)能形式的清潔可再生能源因而愈發(fā)受重視。為提高風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量和機(jī)組功率，風(fēng)力發(fā)電機(jī)正朝著大型化方向發(fā)展，通過對目前偏航軸承各方向的專利分布分析可知，偏航軸承的專利總數(shù)仍然較低，偏航軸承各方面技術(shù)都還有待挖掘，結(jié)合自身對偏航軸承領(lǐng)域的認(rèn)識，筆者認(rèn)為偏航軸承還存在以下幾個方面的發(fā)展趨勢：

（1）大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)依舊以滑動軸承為主，其滑動墊片的材料性能、粗糙度等方面的研究將逐漸加深；

（2）滾動軸承利用潤滑油進(jìn)行潤滑，而潤滑油的溢出將會影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)其他部件或污染環(huán)境，且潤滑油通路很大程度決定了軸承的潤滑效果，涉及滾動軸承的潤滑油回收技術(shù)、潤滑油內(nèi)部通道的技術(shù)會日將增多；

（3）眾所周知，目前的偏航系統(tǒng)多數(shù)僅存在單個軸承，單個軸承承載同時承受較大的徑向和軸向載荷，改變單個軸承載荷的新型的偏航軸承支撐結(jié)構(gòu)還有待進(jìn)一步研究；

（4）風(fēng)力發(fā)電設(shè)備越來越多，風(fēng)力發(fā)電各組成部分的廢舊部件的重復(fù)利用問題還有待研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］楊曉蔚.風(fēng)電產(chǎn)業(yè)、風(fēng)電設(shè)備及風(fēng)電軸承［J］.軸承,2009（12）：54-59.

［2］蘇鳳宇,史航.淺析滑動軸承偏航制動系統(tǒng)在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用［J］.農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化,2010（02）：36-38.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.156