大功率风电齿轮箱轴承试验和检测技术

针对大功率风电齿轮箱轴承亟需一套完善的试验和检测技术的需求,以某机型行星轮圆锥滚子轴承为例阐述了轴承试验原理和试验方法,并在试验结束后对轴承零件进行检测。试验机传感器记录和轴承零件检测结果表明,试验过程中试验平台运行稳定,试验结束后轴承各零件接触面状况良好,无剥落、高温变色等现象,该型号轴承满足设计目的,符合相关国家标准要求,得到齿轮箱厂家的认可,证明了所采用的试验方案及检测技术的可行性。     

大功率风电机组变桨轴承型式试验

风电轴承使用环境恶劣,维修成本高,要求其具有长寿命和高可靠性。为验证大功率风电机组变桨轴承是否能够在承受疲劳等效载荷作用下满足运行要求,以某型7 MW风电机组变桨轴承为例进行试验。介绍了新开发盾构/风电转盘综合试验机的结构及各系统的功能,详细说明了试验轴承的安装和加载,给出了试验过程中变桨轴承的温升、振动和力矩曲线。试验结束后拆解试验轴承并与试验前轴承进行对比,各零件的表面形貌以及润滑脂均正常,认为其能够满足风机的设计使用要求;该轴承装机一年多来运行平稳,表明该试验方案可行,能够为风电轴承的检验和研发提供有力的评估依据和原始数据支持。     

风力发电机变桨轴承微动磨损与防护

分析了变桨轴承振动载荷及失效形式,指出在交变和振动载荷的作用下,风力发电机组变桨轴承的主要其失效形式是滚动体和滚道之间发生的微动磨损损伤.通过微动试验,分析了变桨轴承中微动磨损的磨损运行机制以及润滑脂的润滑效果与微动次数、位移的关系.为减小变桨轴承微动磨损,从润滑和机械方面提出了微动磨损防护的具体措施.结果表明:微动磨损程度随载荷减小、接触角度增加和材料硬度增高而减小;通过采用含渗透能力强、抗磨添加剂及抗锈蚀剂的合成润滑脂,减小桨叶振动、改进变桨轴承结构、增加套圈接触面表面强度等措施,可减缓变桨轴承的微动磨损.     

风电轴承故障模式及诊断方法研究进展

轴承是风电机组中十分重要的承重部件,在长时间承受复杂的交变载荷后会发生故障,影响风电机组的正常运行。首先,对风电轴承的故障模式进行总结分析,在此基础上从定性和定量2个方面阐述了风电轴承故障诊断方法;然后,分析了监测技术和诊断方法的使用情况、主要思想以及各自的优缺点;最后,针对风电轴承故障研究的方向,提出了建立全面的风电轴承故障知识库,进行多层次耦合低速大型风电轴承的结构分析,建立点对点的风电轴承动态数据监测系统,加强风电轴承故障信息的早期发掘以及故障诊断方法的融合等建议。     

风电轴承失效模式研究进展

轴承是风电机组的关键部件,在恶劣工况下工作容易出现过早失效。首先,以风电机组的主轴、变桨与偏航、齿轮箱、发电机等轴承应用部位作为出发点,对风电轴承的应用形式进行了总结;其次,介绍了风电轴承的主要失效形式(微剥落、微动磨损、白蚀裂纹、电蚀)并对失效原因和解决措施进行了分析;然后,从研究方式的角度,阐述了有限元法与试验法的研究成果;最后,提出风电轴承力学特性的分析以及失效模式的形成机理研究有待进一步深入,后续研究应注重于建立考虑设计及装配参数的耦合动力学模型,并进行更完善的试验设计以深入分析轴承的失效机制。     

风电主轴轴承用高淬透性轴承钢GCr19SiMnMo的摩擦磨损性能

对高淬透性轴承钢GCr19SiMnMo的淬透性及下贝氏体含量不同的马氏体/贝氏体复合组织和马氏体组织的摩擦磨损性能进行了研究,并与GCr15钢、GCr15SiMn钢马氏体组织进行对比。结果表明：GCr19SiMnMo钢的端淬试样完全淬透,GCr15钢淬硬层深度为8.5 mm(J8.5=58),GCr15SiMn钢的淬硬层深度为18.5 mm(J18.5=58);GCr19SiMnMo钢的马氏体组织耐磨性最优且摩擦因数最小;不同下贝氏体含量GCr19SiMnMo钢的磨损率均比GCr15钢和GCr15SiMn钢低;GCr19SiMnMo钢组织中的下贝氏体含量对耐磨性有一定的影响,下贝氏体含量越少,耐磨性越好。     

风电主轴双支承圆锥滚子轴承疲劳寿命计算

针对直驱式风电机组主轴双支承圆锥滚子轴承组合,建立了一种轴承疲劳寿命理论计算方法。首先,在笛卡尔坐标系中对轴承滚道进行数学描述;其次,运用坐标变换原理建立滚子-滚道接触变形与套圈位移之间的数学关系,借助于变形协调条件和受力平衡条件解决滚子载荷分布的静不定求解问题,通过对模型的数值求解得到轴承内部每个滚子的载荷;然后,运用有限长线接触理论建立修形滚子与套圈滚道之间的弹性接触模型,计算得到滚子与滚道之间的接触应力分布和滚道边缘应力修正函数;最后,通过边缘应力修正函数修正当量滚子切片载荷,进而准确计算轴承疲劳寿命。实例分析结果表明：滚子素线修形量对滚子与滚道之间的接触应力分布和轴承疲劳寿命有显著影响,轴承疲劳寿命随滚子凸度系数增大先急剧上升,达到最大值后缓慢下降。     

风电机组主轴用双列圆锥滚子轴承的热分析

在赫兹接触理论的基础上,选取某型风电机组主轴用双列圆锥滚子轴承为对象,采用局部法计算了各部分的生热量,并通过有限元进行稳态热仿真,得到轴承的生热计算模型和三维温度场分布,分析了转速、润滑脂黏度以及黏温效应对轴承温升的影响。结果表明：轴承的温度场呈对称分布,轴承温度与转速、润滑脂黏度呈正相关,温升趋势明显,其中转速对轴承温升的影响最明显,润滑脂的黏温效应会对轴承各部分生热量产生不同的影响。     

风电机组变桨轴承摩擦力矩特性的实验研究

变桨轴承是风力发电机组中最关键的零部件之一,而轴承摩擦力矩则是影响变桨轴承运行性能的重要因素。介绍了一种风机变桨轴承摩擦力矩特性检验的方法,主要用于在地面实验室模拟风力发电机组实际运行中变桨轴承所承受的各种载荷,检测风力发电机组变桨轴承的摩擦力矩。     

风电轴承钢球冷镦的可行性分析

针对原风电轴承大尺寸钢球热镦成形工艺耗时长,效率低,耗能大,且钢球组织不致密的问题,提出一种风电轴承钢球冷镦成形工艺。以直径50,65 mm的钢球为例,建立了钢球棒料尺寸理论计算模型,对钢球冷镦成形过程进行仿真模拟并计算理论压碎载荷,冷镦后的球坯有明显的两极和环带,且等效应力分布均匀,直径50 mm钢球的理论压碎载荷满足要求。实际加工验证的结果表明直径50 mm钢球的压碎载荷满足要求,直径65 mm钢球的内部组织致密,强度高。理论和试验均证明风电轴承钢球可采用冷镦成形工艺。     

CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器的制备和应用

轴承支撑器是轴承精密加工中的关键部件。本文采用热丝化学气相沉积(简称CVD)法,以丙酮和氢气为碳源,在WC-Co硬质合金轴承支撑器衬底上沉积金刚石薄膜,制备CVD金刚石薄膜涂层轴承支撑器,并应用于轴承的精密磨削加工。结果表明,合理控制衬底材料的预处理和CVD沉积工艺对金刚石薄膜质量、形貌、粗糙度和薄膜与衬底间的附着力有显著影响。与传统硬质合金轴承支撑器相比,CVD金刚石涂层轴承支撑器的耐用度和使用性能显著提高。     

海上风电轴承防腐喷涂工艺及涂层性能分析

为满足海上风电轴承防腐寿命大于25 a的需求,对风电轴承防腐喷涂工艺及性能展开了研究。对风电轴承钢喷涂前处理工艺进行了优化,选择了喷锌层厚度及中间漆、面漆类型,研究了不同喷漆层组合的结合力和耐蚀性,结果表明：基体表面清洁度等级为2.5～3.5,表面粗糙度Rz值为80～125μm时,防腐层的结合力可以满足不小于5 MPa的要求;基体采用“喷锌+聚酰胺环氧漆+双组份聚氨酯漆”的防腐层组合时,耐中性盐雾试验和湿热试验的时间均大于2 400 h,可以满足海上风电轴承耐久性设计年限要求;采用优化工艺进行防腐喷涂处理,各项指标均能达到相关标准要求。     

基于热网络与数值仿真模拟的风电轴承瞬态温度分析

新疆达坂城风机齿轮箱的轴承温度超出限度是发生频率较高的故障之一,使用热网络法和数值仿真法分别计算轴承的温度变化并加以对比分析。热网络法首先计算风电齿轮箱轴承摩擦热量,分析轴承内部传热及其与外界换热行为,求解节点之间的热阻,然后根据能量守恒定律搭建瞬态温度方程组,形成风电齿轮箱输出轴轴承的热网络模型,最后利用Simulink求解各节点的温度变化。数值模拟法首先根据轴承尺寸建模,对模型离散化,然后根据实际运转情况确定轴承换热方式及换热量,最后计算各单元的温度变化,得到整体模型的温度变化情况。对比热网络法与数值模拟法,二者计算的轴承各节点温度误差很小,均适用于轴承温度的计算,但热网络法的计算速度远远高于数值模拟,并通过热网络法分析了不同工况下的轴承温度及其对轴承变形和接触应力的影响,结果表明：转速、径向载荷、环境温度提升均会引起轴承温度升高,温度升高会增大轴承的变形和接触应力。     

风电绝缘轴承表面防护膜的制备及其绝缘性能分析

为提高风电绝缘轴承的力学性能和绝缘性能,延长其在复杂工况下的服役寿命,提出采用磁控溅射法在绝缘轴承陶瓷涂层表面沉积镍膜。通过设计正交试验分析了靶电流、负偏压、溅射时间对镍膜表面形貌的影响以及镀膜对绝缘涂层表面粗糙度的影响,结果表明：随靶电流和负偏压增大,镍膜表面质量提高;溅射时间对镍膜表面质量影响较小,但会影响镍膜厚度;镀膜后表面粗糙度值降低;在靶电流为4 A,负偏压为300 V,溅射时间为90 min时镍膜表面光滑平整,连续性以及膜层致密性最优,为最佳工艺参数。在某风电轴承外表面制备镍膜后,交流击穿电压由6 100 V提高至6 300 V,直流电阻由23 GΩ提高至95 GΩ,绝缘性能提高,说明该工艺的正确性。     

不同金属基材上类金刚石薄膜的摩擦特性

针对类金刚石(DLC)薄膜在精密机械零件中的应用,研究了在常温条件下沉积高界面强度的DLC薄膜的技术,以提高DLC薄膜与金属基材之间的结合强度.通过在基材与薄膜之间沉积加入a-Si:H中间过渡层,研究了在不同金属基材上DLC薄膜的结合强度.采用Ball-on-Disk方法评价了薄膜的摩擦特性并测定其摩擦系数、疲劳破坏寿命和磨耗.实验结果表明:在薄膜与金属基材之间加入a-Si:H过渡层后,界面的结合(键合)强度得到了明显的改善,在金属基材上沉积的DLC薄膜在磨耗过程中被完全磨穿而没有发生剥离.实验显示,在自制的化学气相沉积RF-DCCVD装置上沉积的DLC薄膜的最大沉积厚度是3.3μm;在1μm厚度的薄膜上施加2.94 N的负荷(点载荷),其疲劳破坏寿命达到了70万循环;DLC薄膜与SiC,Si3N4,SUS304和SUJ2材料之间的摩擦系数为0.1～0.15.得到的结果验证了薄膜与金属间的结合强度和摩擦特性能够满足精密机械零件的使用要求.     

配合过盈量对风电齿轮箱轴承疲劳寿命的影响

以某兆瓦风电机组齿轮箱一级行星轮前轴承(双列圆柱滚子轴承)为研究对象,基于赫兹接触理论、厚壁圆筒理论和GB/Z 36517—2018建立考虑配合过盈量的轴承疲劳寿命数值仿真分析模型,并分析轴承配合零件尺寸公差、形位公差、表面粗糙度对轴承疲劳寿命的影响,结果表明：保持轴承初始配合不变,随行星轮轴与轴承内圈的配合公差由g6向r6转变,轴承内圈由过渡配合变为过盈配合,轴承寿命先增加后减小,配合公差为p6时轴承寿命最大;随行星轮内圈与轴承外圈的配合公差由H6向S6转变,轴承外圈由间隙配合变为过渡配合、过盈配合,轴承寿命由无变化变为逐渐增加;行星轮轴与内圈的径向全跳动公差变化导致配合过盈量增加时,轴承寿命增加,反之则轴承寿命降低;行星轮轴与内圈的表面粗糙度值增加会导致轴承寿命降低。     

风电主轴调心滚子轴承中挡边结构对其性能的影响

以三点支承风电机组传动系统主轴用双列调心滚子轴承为研究对象,介绍了固定中挡边、浮动中挡边、无中挡边3种挡边结构轴承,基于风电主轴轴承典型工况,建立轴承动态分析模型,分析中挡边结构对轴承轴向位移、PV值、滚子偏摆、摩擦功耗的影响.分析结果表明,固定中挡边轴承刚性好,轴向位移小,PV值小,滚子姿态稳定,滚道摩擦功耗低,性能...     

基于相似理论的激光表面淬火大型风电主轴轴承性能试验

针对大型风电主轴轴承激光表面淬火后试验验证困难的问题,提出基于相似理论的轴承试验方法。首先,推导了原型轴承与缩比轴承之间各物理量的关系;然后,开展激光表面淬火与传统表面淬火2种不同工艺处理的缩比轴承加速寿命试验,通过对比2种缩比轴承试验前后的润滑脂和游隙变化量考核加速寿命试验中的轴承性能;最后,基于相似理论将试验结果推广至原型轴承。试验结果表明,激光表面淬火轴承的服役性能优于传统表面淬火轴承,验证了激光表面淬火工艺在大型风电主轴轴承表面强化加工中应用的可行性。     

不同工况下风电机组主轴轴承动态特性研究

为获得风电机组主轴轴承在不同工况下的动态特性,以某汽轮厂1.5 MW风电机组为例,对主轴进行抽象简化,根据叶素理论推导出主轴轴承所承受的轴向载荷和径向载荷。利用UG软件建立主轴轴承模型,导入Adams中建立主轴轴承多刚体动力学模型,对三种不同工况下主轴轴承滚子与内圈、外圈、保持架的之间的相互作用进行分析。结果表明:在风机紧急刹车阶段,主轴轴承滚子与内圈、外圈、保持架的之间的相互作用力最大,转速突变阶段次之,启动至平稳阶段最小。     

沉积温度对类金刚石涂层表面形貌和性能的影响

采用直流等离子体增强化学气相沉积(DC-PECVD)技术,在不同温度下于YG8硬质合金基体上沉积了类金刚石(DLC)涂层,探讨了沉积温度对DLC涂层结构、表面形貌、厚度、显微硬度、耐磨损性能以及界面结合性能的影响。结果表明:随着沉积温度的升高,DLC涂层中sp3键的比例呈先增大后减小的趋势,并在160℃达到最大,为69%;沉积温度过高将导致DLC涂层出现石墨化;DLC涂层的厚度、显微硬度、耐磨损性能、界面结合力均随沉积温度的升高呈先增大后减小的趋势,当沉积温度为160℃时,涂层表面平整光滑、致密,此时涂层的厚度、显微硬度和界面结合力均达到最大,分别为3.2μm、2 395HV和63N;DLC涂层的显微硬度、抗磨损能力、厚度和界面结合强度随沉积温度的变化规律与sp3键含量密切相关。