应用于风力涡轮机的专业轴承

技术与服务

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知识雄厚与经验丰富的专家

公 司 介 绍

FAG 有限公司是滚动轴承工业的拓

荒者。早在1883年，弗雷德里希 .

菲舍尔就设计出了球磨机，这是滚

子轴承工业历史性的开拓。INA的成

功之路起始于1949年，由乔治 .舍

弗勒博士开发了带保持架组件的滚

针轴承—正是这一绝妙的想法使得

滚针轴承在工业领域取得了突破。今

天，INA和FAG共同构筑了舍弗勒集

团工业领域。这两个公司不仅在滚

子轴承方面拥有很高的业务量，而

且通过共同研发活动使产品具有了

卓越的质量。

在30年多的时间里， INA和FAG

设计生产了用于风力涡轮机的轴

承配置。在舍弗勒集团内部，来

自 于风电市场部门的专家与设

计师、制造商和风力涡轮机的运

行者密切合作。因此也获得了坚

实的专门技能: 与新理念同步，对

客户的需求赋予详尽的关注。产品

的开发已到了非常成熟的水平，即

对某一项目进行相匹配的优化。通

过状态监控系统、润滑、安装与维

护工具可智能地考虑到任一部件。以

这一方式，舍弗勒集团将帮助您获

大范围的应用-特殊的轴承设计，

强化的、适时的产品开发

由富有经验的工程师给予很好的咨

询服务

按客户需求进行的优化应用

富有艺术性的计算软件诸如

BEARRINX®可用于产品选择的

优化

包括详尽分析在内的对运行的综合

服务

由Allianz保险公司认可的状态监控

系统

常规的及适于特别用户的培训计

划

在世界范围内遵守质量及环保政策

(ISO 9000/QS 9000, ISO/TS

16949:2002, ISO 14001)

3

单一的供货源

覆盖了风力涡轮机所有相关的产品

主轴：证明为高性能的轴承

理念

适用于任一齿轮箱的理想轴承

配置

通过在发电机中的电绝缘增强

了轴承的使用寿命

风向跟踪及叶片的调整：轴承

配置保证长期灵活性

远程监控与故障诊断 安装与维护 滚动轴承的润滑-使用寿命的

关键因素

适用于专业轴承设计的知识

总汇

4

证实为适用于主轴的高性能轴承理念

轴 承 技 术

在风力涡轮机中，主轴的配置是极

为重要的。由风力产生的所有的力

和力矩都作用在这里。滚子轴承承

受了很高的动载荷并要适应于所有

的工作环境。在与客户的合作中，

舍弗勒集团的工程师们研发了适于

每一工况、最有效的轴承配置。来

自于INA和FAG的低摩擦轴承应用

到了全世界的现代涡轮机的动力传

输系统中，从220千瓦到最新的兆

瓦级。

经典的、经反复验证的解决方案，包

括由球面轴承、圆柱滚子轴承及圆锥

滚子轴承构成的固定/浮动轴承配置。

中承受力和力矩的功能。双列圆锥

滚子轴承的设计是与工作环境相适

应的。这也应用到了不同的尺寸，

大轴承宽可超过400mm、外部直径

可超过3000mm。

按极其巧妙的方法计算的轴承座，

以优化的尺寸设计来最大限度地承

受力和力矩。几乎在任何情况下，

都会针对客户的需求来进行研发，

而且轴承座与使用的轴承相匹配。

可调整的轴承配置包括两个圆锥滚子

轴承。可替换的固定/浮动配置包括

一个匹配的圆锥滚子轴承和圆柱滚子

轴承。

这一设计包括在多个级别的滚动轴承

轴承配置

轮毂轴承配置

单个轴承概念

主轴轴承的轴承座

5

更高的经济性更高的运转可靠性

X-life作为FAG和INA的优质产品对设计工程师提供了全新的设计机遇。

随着当前先进制造技术的应用，滚动体和滚道的整个接触表面变得更好，更加一致。因此，在相同的载荷条件下，滚动体和与其配合的表面的应力，

会有显著降低，这意味着：

降低了摩擦更低的轴承温度作用在润滑剂的应力减少更高的基本额定动载荷更高的基本额定寿命

因此，在相同工作条件下，X-life轴承工作寿命会更长。另一方面，在相同额定寿命条件下， 可以承受更高的载荷。

在这些优化的特征下，X-life轴承开启了新的应用前景，例如降低支承轴承的尺寸。而且，更高的性价比最终增加了轴承支承整个的经济性。

.

.

.

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.

适用于任一齿轮箱的理想轴承配置

增长中的兆瓦等级需要更大且能力

更高的齿轮箱。在风力涡轮机齿轮

箱中滚动轴承的运转条件不能与用

于静载下齿轮箱的相比。带有相当

高峰值和最小值的高动载荷、冲击

载荷方向的突变以及在很大范围上

工作温度的不同是轴承配置所面临

的主要挑战。根据国际设计指导诸

如ISO81400，带有高静载安全系数

和安全动载设计的轴承是正确的解

决方案。

所使用的INA和FAG轴承有：圆锥滚

子轴承、带保持架的圆柱滚子轴承、

满滚子圆柱滚子轴承、深沟球轴承

和四点接触轴承。

齿轮箱箱体的变形会产生作用在轴承

上的附加力。载荷峰值也会因刹车和

其它对涡轮机控制的影响而产生。动

力传输系统动态行为的新模拟计算可

以获得准确的载荷模型和通过类比及

易于安装、优化设计的圆锥滚子轴

承单元用于高速齿轮箱旋转轴可以

快速安装而不会产生错误，同时又

减少了所需仓储的功效。用调节的

隔环使得内部游隙相匹配。载荷的

分布和摩擦可以通过变化的接触角

来优化。

新的模拟计算

测量对现有的模型进行补充。

应用圆锥滚子轴承单元得到较高的

安全性和性价比。

6

通过电绝缘获得更长的使用寿命

轴 承 技 术

风力涡轮机舱中发电机的运行与在

地面上相比要受到更多振动载荷

的作用。这一持续作用的载荷对

保持架会产生负面的影响，对润

滑也会产生损伤。在发电机的轴

承设计中，不仅要考虑到速度、尺

寸和起重要作用的设计。要特别注

意到润滑，保护其不受到可能的电

流通过。发电机的轴承配置通常包

括两个深沟球轴承或一个深沟球轴

承和一个圆柱滚子轴承。

风力涡轮发电机中的电流会引起

对轴承圈滚道严重的损害，即熔

化的小坑和摩擦腐蚀，这将产生

巨大的维修成本。这样在计划阶

段就要采取预防措施来防止此类

损伤和破坏的产生，从而有助于

节约成本。在许多时候，安装绝

缘轴承就可以了。绝缘轴承因有涂

层的滚动轴承圈和带有陶瓷的滚动

体而成为适用的混合轴承。绝缘

的、高防磨损层由氧化陶瓷构成，

即使在潮湿的环境也能提供对高达

1000伏冲击电压的防护。带有陶瓷

滚动体的混合轴承甚至允许更高的

电压。另外，混合轴承还使得润滑

脂得到更长的使用寿命。它们适用于

高转速和拥有良好的在紧急状况下运

行的特征。这些特殊组件的使用要视

客户的需求而定。常规的轴承可以在

任何时候被绝缘轴承所取代，因其外

部尺寸是一样的。

发电机轴承的绝缘

7

风力发电机必须被调整到最佳位

置以适应风向，防止极限载荷的

产生，并且提供最大可能的能量

输出。

桨叶轴承（变浆轴承）

为了控制风力发电机的功率输出

，桨叶角度一直通过变浆轴承被

调整到最佳位置以适应风速。在

一些场合下，来自风轮桨叶的动

态载荷非常高。这些载荷必须通

过变浆轴承的滚道和螺栓连接被

安全地转换到风轮轮毂上。单列

或者双列带保持架的四点接触球

轴承应用于此。根据风力机的桨

叶调节的不同方式，这些轴承可

带内齿或者外齿或者不带齿。

通过定制变浆轴承的尺寸，并为

风力机和工况特殊设计维护方案

，可使其达到更长的额定寿命和

更高的可靠性。

变浆轴承也是保证涡轮机安全性

的一个重要的零部件。变浆轴承

必须保证桨叶在所有工况下可靠

平稳地调节。

塔架轴承（偏航轴承）

为了根据风向调节机舱位置，需

要一个坚固的回转支承。由于回

转支承的高裕度的设计，可得到

相当高的可靠性。

通过轴承滚道和与螺栓连接，风

力载荷和动态惯性力可安全可靠

地传递到塔架顶端。此处绝大多

数采用带外齿的单列或者双列四

点接触球轴承。

偏航驱动/ 变浆驱动

风力发电机由于系统智能而自动

调节。与齿轮相连接的电机和驱

动器执行从控制系统传递过来的

信号。

舍弗勒集团工业部一体化提供机

舱偏航和桨叶角度调节驱动齿轮

箱的轴承。

输入轴-深沟球轴承

行星轮-满装圆柱滚子轴承

输出轴-圆柱滚子轴承，调心

滚子轴承，圆锥滚子轴承

桨叶调节

另外，桨叶角度可以通过电气或

者液压系统调节。在这里面，使

用带密封和免维护ELGOGLIDE®

织物的滑动轴承。由于采用

Corrotect®涂层，还可防锈蚀。

风向追踪和桨叶调节

长期灵活性

.

..

8

远程监控和故障诊断

服 务

在风力涡轮机的恶劣环境中全程监

控滚动轴承的运转，是获得更佳收

益的最基本的保障。对于INA和FAG

公司，这项任务由来自于FAG工业

服务有限公司(F'IS)的专家来完成。

FAG的WiPro系统来进行在线状态

检测

在线状态检测-在风力涡轮发电机中

对轴承的连续监测

防治计划外停机

在早期探测到已发生的损伤

连续监测组件的工作状况

特定的对应于预知条件的紧急停车

防止间接的和继后发生的破坏

保护独立的涡轮机或整个风电工

作区

WiPro(风力涡轮机保护系统)的制作

适用于风能生成部分的需要，主要测

量振动状况，选择性地测量扭矩、温

度、油量及其它参数。在机舱内的关

键位置上，传感器的布置是基于涡轮

机独立条件而定的。当达到预定的门

槛值时，将引发一个警报，同时数据

被自动地通过地下电缆、无线电缆或

卫星调制解调器传输到(F'IS)服务中

心。经过深入地分析和仔细的诊断

后，(F'IS)的专家会向客户建议特

别的测量，以避免产生计划外的停

机和代价较大的后继破坏。计划的

安全性提高了——部件的替换可以

按照事先设定的时间表来进行。只

有一个系统，连结有适合、可信的

支持，保证了结果的可靠性。在全

面的检验之后，WiPro系统已被

Allianz保险公司认可。其它一些保

险公司也申请了这一标准，并在

WiPro系统使用时提供更优惠的条

件。德国Lloyd公司的认证有可能在

2005年中期完成。所有类型的风力

涡轮机都可以很容易地使用这一系

统进行更新。

9

安装与维护

Allianz保险公司向F'IS确认在

线状态监测系统WiPro满足

Allianz技术中心(AZT)对风力

涡轮机状态监测系统的所有要

求。这样，Allianz就认可了

WiPro系统为适用于状态调整

的维护系统。风电涡轮机的运

营者也可以根据保险协议中变

更的条款选择地签署协议。

离线单机检测

作为一种可替代的电站监控的方

法，F'IS提供了用移动电话诊断设

备进行的对单一的振动和温度数据

的测量。这一方法，正如半年一次

的对关键机器部件的测量及分析和

诊断，是性价比可选的，尽管其使

用受限制是公认的，也仍被一些保

险公司接受为契约的先决条件。

拥有了多种安装与校正工具、测量设

备和润滑剂，就可以设计更高效率的

工作进程。感谢FAG大量的实践经验

和资深专家，F'IS成为了面向客户解

决方案的专家级合作伙伴。单项服务

策略的充分准备和基于实践的培训使

得可靠性得到了提高。

员和工程师可以到达现场，如果有

必要会在求助收到后很短的时间内

到达。F'IS以较短周期提供滚动轴承

的监测服务，对连续维护的可行性

做出了决定性的贡献。对所有制造

商的滚动轴承都提供这一服务。

如果需要人为的介入，资深的技术人

10

使用寿命的关键参数

滚 动 轴 承 的 润 滑

除了高水平的设计和高精度的制造

过程，轴承的可靠性和运转寿命在

很大程度上受到润滑的影响。正确

的选择润滑脂、润滑油的性能、与

污染物及特定润滑间隔相关的清洁

度等共同决定了系统的质量。

润滑脂

润滑油

优点

风力涡轮机中的主轴轴承和齿轮箱轴

承供有特殊的Arcanol滚动轴承润滑

脂。这些润滑脂是与知名润滑剂制造

商共同开发的，而且在批准投入使用

之前要经过一系列全面的测试。这样

就可以定期提供高质量及优化的润

滑特性。F'IS产品包括各种称作“

运动卫士”系列的润滑脂，并能自

动、数量准确地将新润滑脂加到润

滑点上。依赖于润滑系统，润滑的

派发时间从一天到24个月，达到6个

不同的润滑点上。这样，就只需要较

少的人工工作，与滚动轴承的润滑相

关的安全性也大幅提高了。

全部自动及几乎免维护

精确的润滑脂数量，不会过多或

过少

提高的轴承寿命

通过经济的、环境友好的计量而

获得的较高的性价比

带有过滤器的再循环润滑油提供了

对接触点的最佳润滑。除了对重要

油脂参数诸如运行温度、污染程度、

水含量和粘度以外，也应该包括对

过滤器的状态监测。

从整个系统到每个滚动接触的一体

化分析

风力发电机失效带来的是高成本。

这就意味着在计划和设计阶段，所

有的影响因素都必须尽早以最佳可

行的方式予以考虑。我们使用最先

进的模拟仿真和计算软件来确保选

择到最优的产品。

多体模拟仿真

混合多体模拟程序（MBS）用来分

析整个风力发电机的动态行为。使

用其仿真模型能够在开发阶段对传

动系统的每个部件和整个风机设计

进行优化。

BearinX®

BearinX®能够对所有轴承类型，

复杂的轴，轴系，甚至整个齿轮箱

进行建模和计算分析。支承反力，

滚动轴承的内部载荷，轴的比较应

力和其它一些重要的参数都可以由

BearinX®计算得出并以图表的形

式展示。BearinX®中的应力计算

考虑了轴的挠度和滚动轴承的弹性

行为。显然，轴承内部的载荷分布

也可以被精确计算-包括考虑滚动

体轮廓形状的接触应力。因此，基

于单个滚动接触载荷计算的

BearinX®能更精确地确定轴承寿

命。

使用BearinX®-online，我们的客

户能够方便地在他们的办公室内计

算带有多个轴承支承的复杂轴系。

FEM

作为更详细的分析， FEM用来确

定相邻结构和滚动轴承之间的相互

作用关系。

CABA

多体仿真模拟软件CABA3D用来进

行滚动轴承的动态分析。在考虑所

有自由度的基础上，CABA3D能够

确定出滚动体和套圈的力和力矩曲

线。由此可以计算出每个时间段的

结果（如摩擦能）。因此, CABA3D使用的例子之一就是可以用来计算

滚动体在通过承载区时所传递的摩

擦能以及它们的加速度行为。

Telos

单个滚动接触分析采用3D模拟程序

Telos。在通常润滑条件下的任何

滚动接触形式都能够进行考虑，可

以区分有镀层和没有镀层的轴承部

件。

现代模拟仿真和计算程序

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