換個思路,提高風機軸承壽命
2019-10-29
2019北京風能大會暨展覽會開幕式
軸承是風機的核心部件之一,面臨著嚴苛運行要求的挑戰。巨大而復雜多變的載荷、高難度的維護以及高昂的維護成本都要求風機主軸軸承在具備優異綜合承載能力的同時擁有極強的可靠性和耐久性。鐵姆肯公司提交大會的論文中,對比傳統三點支承式調心滾子主軸軸承方案,詳細闡述了鐵姆肯公司主張的雙列圓錐滾子軸承方案在風機應用中的強大優勢。

鐵姆肯公司中國區總工程師陳娟在論壇現場發言
早期小兆瓦風機主軸普遍采用單個調心滾子軸承的方案(三點支承式)。隨著風機的裝機容量和復雜程度的提升,這種主軸方案逐漸被其它方案,比如雙調心滾子軸承(四點支承式)、雙列圓錐滾子軸承加圓柱滾子軸承、超大尺寸雙列圓錐滾子軸承以及在大兆瓦風機中越來越普遍的兩個單列圓錐滾子軸承所取代。對于風場安裝的三點支承式安裝的調心滾子軸承性能的追蹤也顯示該方案在載荷多變的工況下,潤滑條件Z為惡劣的主軸軸承滾子與滾道的接觸面上固有的滑動摩擦加劇了表面磨損,形成微剝落,Z終積累成軸承剝落損傷。這種微剝落非常難以避免,但對軸承壽命的影響十分顯著。多個風場多種風機中三點支承主軸承的性能統計及損傷表現也驗證了這一問題。


三點支承式安裝的調心滾子軸承損傷
這樣的損傷機理使得圓錐滾子軸承在該位置的應用優勢愈加凸顯。在主軸端,Timken®雙內圈圓錐滾子軸承可以在復雜的風力條件下始終保持滾子滾道間的純滾動運動,在減少摩擦的同時改善了軸承在潤滑苛刻工況下的使用性能。同時,帶有軸向預緊的主軸圓錐滾子軸承可以大大降低主軸軸向變形與竄動,從而降低多變風載對齒輪箱的沖擊,改善了齒輪箱軸承的使用工況,提高了使用壽命。

雙內圈圓錐滾子軸承與調心滾子軸承的結構對比


雙內圈圓錐滾子軸承與調心滾子軸承的性能對比
通過對以GE1.6/1.7MW風機為例進行的運行性能分析可以看出,雙內圈圓錐滾子軸承比調心滾子軸承具有更高的壽命和更低的接觸應力。為了驗證圓錐滾子軸承方案這些優勢,鐵姆肯公司在美國選擇了3臺在不同地點的1.5MW風機進行實地掛機運行測試,同樣也有安裝了調心滾子軸承的風機在相鄰位置運行。經過兩年的運轉,其中一套軸承在風機離線整備時被拆下,鐵姆肯公司有機會對它進行了全面檢測。

拆下待檢的圓錐滾子軸承
從滾道幾何尺寸和油脂的兩方面檢測結果上看,圓錐滾子軸承經過兩年的運行,滾道磨損正常,達到設計要求的性能。在三臺樣機運行過程中檢測的沖擊脈沖振動及軸向竄動/變形量的結果顯示,帶預緊的圓錐滾子軸承優于同風場的標準調心滾子軸承,很好地實現了設計預期。對于兩臺仍在運行的樣機,2018年也即裝機運行三年后,用內窺鏡檢查了軸承滾道發現狀態良好。

內窺鏡觀察顯示內滾道狀態良好
總的來說,對于三點支承式的主軸,采用帶預緊的圓錐滾子軸承可以在不改動其它零部件的情況下直接替換原有的調心滾子軸承。從軸承的固有運動機理,性能分析和樣機測試結果都顯示圓錐滾子軸承作為升級方案,能夠很好地解決目前在役機組的主軸承性能問題,為在役機組的技術改造提供了新思路。作為圓錐滾子軸承的權威,鐵姆肯公司積極參與全球風能設備的研發,為風機提供全生命周期的解決方案。憑借自主研發的工程分析系統——Syber高級分析系統,以及各工程團隊之間的通力合作,鐵姆肯公司針對微動磨損、降噪減振、工程涂層等不同應用需求提供Z為適合的軸承解決方案。此外,通過軸承替換、修復服務以及潤滑系統,鐵姆肯公司為風機用戶提供全方位支持,在Z大程度上提高設備性能和可靠性。
(來源:鐵姆肯公司)
