2.1  引言
滾動軸承在風力發(fā)電機中分布廣泛，在偏航系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等很多部位都有使用，是風力發(fā)電機的機械傳動裝置中的關(guān)鍵部件，由于機械系統(tǒng)發(fā)生故障時調(diào)換零件麻煩、費用高，因此對滾動軸承進行狀態(tài)監(jiān)測及診斷具有重要的現(xiàn)實意義。
2.2  風力發(fā)電機軸承特點
風力發(fā)電機是將自然界中的風能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。從外形上看，它主要包括風輪、機艙、塔架、基礎(chǔ)四個部分。風輪由葉片和輪轂組成。葉片通常是 2~3 個，在氣流的作用下風輪發(fā)生轉(zhuǎn)動，通過輪轂傳到主軸帶動發(fā)電機進行能量轉(zhuǎn)換。輪轂內(nèi)一般設有變槳距控制系統(tǒng)。機艙由機艙罩和底盤組成，如圖 2-1 所示，機艙罩內(nèi)包括傳動軸、齒輪箱、發(fā)電機、液壓系統(tǒng)、偏航驅(qū)動電機、電控柜等，機艙罩后部上裝有風向標，底盤與塔架相連。
塔架作為機艙和風輪的支撐裝置，起著重要的作用，為了得到較大的風能，塔架通常比較高。塔架的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)風機所安裝的當?shù)氐刭|(zhì)情況設計成不同的形式。而軸承主要存在于風機中的變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和主傳動系統(tǒng)中，其中在主傳動系統(tǒng)中占多數(shù)。下面對風力發(fā)電機主傳動系統(tǒng)的主要部件進行介紹。
2.2.1  風力發(fā)電機的主傳動系統(tǒng)
風機主傳動系統(tǒng)主要由主軸及主軸承、齒輪箱、發(fā)電機、高速軸及聯(lián)軸器組成。
2.2.1.1  主軸及主軸承
主軸位于風輪和增速齒輪箱之間，主軸前端與輪轂連接，后端與齒輪箱低速軸連接，風速變化多端使主軸受力情況非常復雜。分析主軸的工作情況，其受力形式主要為軸向力、徑向力、彎矩、轉(zhuǎn)矩和剪切力，主軸通常會產(chǎn)生循環(huán)受力疲勞，這是因為風力發(fā)電機每經(jīng)過一次起動和停機，主軸都要經(jīng)歷一次所受的力。主軸的支撐方式一般有兩種，一種是挑臂梁結(jié)構(gòu)，即主軸由兩個軸承架所支撐，見圖 2-2a)；另一種方式為懸臂梁結(jié)構(gòu)，主軸的一個支撐為軸承架，另一支撐為齒輪箱，即三點式支撐，如圖 2-2b)所示。這種支撐方式的好處是后支點為彈性支撐，因此能夠吸收來自葉片變化的突變能量。
2.2.1.2  齒輪箱
按照是否含有齒輪箱結(jié)構(gòu)，可以將風力發(fā)電機分為三種：高傳動比齒輪箱型、直接驅(qū)動型、中傳動比齒輪箱型(“半直驅(qū)型”)。由于風輪轉(zhuǎn)速較低，需要增速齒輪箱的齒輪副，將動能傳遞給發(fā)電機并使其得到滿足發(fā)電條件的轉(zhuǎn)速。但是，由于齒輪箱受力復雜且體積龐大，導致維修及拆卸相當麻煩。因此，無齒輪箱的直驅(qū)型風機應運而生。利用多級同步發(fā)電機可以去掉風力發(fā)電系統(tǒng)中齒輪箱，可以使發(fā)電機轉(zhuǎn)子在低速下運行仍可以進行并網(wǎng)發(fā)電，免除了齒輪箱所帶來的噪聲和故障等問題。而半直驅(qū)型風機是以上兩種方式的結(jié)合，既降低了傳統(tǒng)齒輪箱的傳動比，又減少了多級同步發(fā)電機的磁極對數(shù)，從而減小發(fā)電機體積。
2.2.1.3  聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是用于傳動軸的連接和動力傳遞，可以分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩種，剛性聯(lián)軸器用在對中性好的兩個軸的聯(lián)接，如風機低速軸端(齒輪箱低速軸與主軸連接處)；撓性聯(lián)軸器用在對中性較差的兩個軸的聯(lián)接，構(gòu)成一個彈性模式，吸收軸系外部負載波動產(chǎn)生的振動，如風機的高速軸端(齒輪箱高速軸與發(fā)電機連接處)。
2.2.1.4  發(fā)電機
發(fā)電機是利用電磁感應原理把動能轉(zhuǎn)化為電能的設備，是風力發(fā)電機的重要組成部件。它可分為直(交)流發(fā)電機和同(異)步發(fā)電機。發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、電刷、機座及軸承等部件構(gòu)成。目前，風電市場上主流的機型是繞線式雙饋異步發(fā)電機和直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機。
 

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