风力发电机变桨轴承微动磨损研究

发布时间：2020-05-25 04:13

【摘要】：随着全球气候变暖和化石能源的日趋枯竭,风能作为一种可再生的绿色能源越来越受到各国的高度重视。风力发电是一种主要的风能利用形式,随着科技的发展而日益成熟,风电产业前景光明。风力发电机在气候恶劣的野外工作,要求免维护运行20年,风电轴承作为风力发电机组的主要零部件对风力发电机的可靠运行影响极大,因此对风电轴承提出了极高的要求。变桨轴承是风电轴承中受力最复杂的轴承,因此变桨轴承失效形式研究,对提高其可靠性、延长其使用寿命具有重要的工程实际意义。本文围绕风力发电机组的变桨轴承的受力和微动磨损,主要开展了以下研究工作： (1)首先对风力发电机组运行过程中变桨轴承的外部载荷进行分析,了解变桨轴承的载荷特性；然后分析对比双排球转盘轴承和交叉滚子转盘轴承的承载力学特性,分析结果对变桨轴承类型的选择具有参考价值；最后对目前兆瓦级风力发电机上使用较多的双排四点接触球轴承滚道载荷分布进行计算,通过计算可知在一定负游隙时轴承具有最大的承载力。 (2)在轴承载荷分析的基础上研究轴承的微动运行模式和微动损伤形式。通过分析得知,发生在变桨轴承滚道处和轮齿处的微动是复杂的复合微动,是变桨轴承的主要失效形式之一。发生在变桨轴承滚道处的微动运行模式是径向微动、切向微动、扭转微动、滚动微动和Heathcote滑动引起的微动的组合。 (3)在MTS材料试验机上对变桨轴承的径向微动和切向微动组成的复合微动试验发现,不同接触角度和材料硬度对微动磨损影响很大。当接触受力角度小时,磨损以切向微动磨损为主,此时材料硬度大抗微动磨损能力较好；而在接触受力角度小时,磨损以径向微动磨损为主,材料硬度小抗微动磨损能力强。 (4)模拟变桨轴承运行工况,设计制造了轴承摆动微动试验装置,在该装置上进行了不同的载荷、摆角和循环次数的微动试验。试验结果发现,轴承微动磨损载荷增加而减小,随着摆动角度增加微动磨损加重；轴承微动磨损主要在微动初期产生,但随着摆动循环次数的增加,微动磨损趋于缓和。 (5)为研究脂润滑对球轴承摆动微动磨损的影响,对轴承在干态下和脂润滑条件下的微动磨损进行对比试验。结果表明,脂润滑可以减缓轴承的微动磨损,并且随着摆动幅度的增大以及载荷的减小,脂润滑减缓微动磨损作用增大；随着循环次数增加,脂润滑条件下轴承微动磨损中的氧化作用明显减小；在微动后期脂润滑会增加疲劳裂纹萌生的机会。 (6)依据切向和径向微动组合而成的复合微动试验结果和轴承摆动微动试验结果,从机械、结构和润滑等方面提出了变桨轴承微动磨损的减缓措施。总之,本文分析了变桨轴承的受力特点,微动磨损失效形式,针对变桨轴承微动磨损进行了一系列的模拟试验,得出了相关的研究成果,并提出了变桨轴承的微动磨损防护措施。论文的研究成果对变桨轴承的设计、制造,结构类型的选取,维护以及减缓微动磨损、增加变桨轴承的使用寿命和可靠性具有重要的理论意义和工程实际价值。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH117

【参考文献】