風電軸承測試系統設計

　　摘要：風電軸承包括風電機組的偏航軸承、變槳軸承、主軸承，屬于風電機組的關鍵部件。風電軸承的出廠游隙、摩擦力矩、空載溫升是影響其運行性能的重要指標。精確測量軸承的游隙、摩擦力矩、空載溫升，可定量的分析軸承的設計制造的一致性，保證后續裝機使用的可靠性;因此，設計一套專用的風電軸承功能測試系統，可實現風電軸承的出廠游隙、摩擦力矩、空載溫升的測試，驗證風電軸承的設計與制造的可靠性。

　　關鍵詞：風電軸承;摩擦力矩;游隙;試驗機

　　1引言

　　隨著風電市場快速發展，大兆瓦風電機組時代已經到來，目前陸上機組已全面進入3MW及以上的時代，海上機組已進入到6～8MW的時代[1]。風電軸承屬于風電機組的關鍵部件，特別是主軸承更是風電機組的核心關鍵部件。風電軸承裝機前的摩擦力矩、游隙、空載穩定溫度是其性能體現的重要指標。國外知名軸承公司SCHAEFFLER、NTN等于在2011年左右就已制造風電軸承試驗機，德國SCHAEFFLER于2011年制造了大型風電軸承加載試驗機[3];日本NTN軸承公司2012年研制了名為WindLab的主軸承試驗臺[4]。

　　風電論文范例： 海上風電安裝船的發展趨勢探討

　　國內軸承廠在近些年也在重點搭建風電試驗臺，其中DYZ在2013年聯合大連理工大學設計研制了大型風電軸承加載試驗機[5];瓦軸集團于2015年設計了一種3.6m風電變槳偏航軸承試驗機[6];目前風電軸承試驗機主要集中軸承廠，其主要是用于加載測試，測試軸承的載荷適用性，但集風電軸承風電軸摩擦力矩、游隙、空載溫升一體的測試系統的試驗機比較少，為此，開發了風電軸承功能測試臺XDSMB-01，實現3～8MW大兆瓦風電機組偏航軸承、變槳軸承的摩擦力矩、游隙、以及空轉溫升測試。

　　2設計指標

　　2.1功能要求

　　1).在線采集軸承啟動摩擦力矩及空轉摩擦力矩。2).軸向游隙及徑向游隙的測量。3).軸承空轉溫升試驗測試。

　　2.2設計指標

　　3測試系統原理

　　測試系統：包含機械系統、液壓系統、電控系統，通過控制系統控制機械系統執行轉動功能，帶動軸承運轉，游隙的測量通過液壓系統實現測量，再通過傳感器：扭矩傳感器、位移傳感器、溫度傳感器等進行數據采集，并通過計算機進行存儲及處理形成圖文報告。

　　3.1游隙測量

　　a.徑向游隙測量原理[12-15]通過液壓系統，取180度對稱兩處，夾緊1、夾緊3交替加載夾緊一次后，由位移傳感器測量的ΔS，重復以上為夾緊2、夾緊4，由位移傳感器測量該處對應的ΔS1，依次選取4處，測得四組位移數據，對四組數據進行求平均值即為徑向游隙。

　　外環固定，通過對內環沿軸向加載，在軸承圓周方向均布4個位移傳感器進行測量，測量內環相對于外環的4個位置的相對位移差值(ΔS)，對4個位移差值進行取平均值即為該軸承的軸向游2摩擦力矩測試將測試軸承放置在是試驗臺上，軸承的外圈或者內圈固定，試驗臺的旋轉臂安裝在軸承的動圈上，驅動旋轉臂，帶動軸承旋轉，由旋轉臂上的力傳感器，對啟動、旋轉過程的力矩進行測試，再由計算機系統進行記錄并存儲。

　　3.3溫升測試

　　將測試軸承放置在是試驗臺上，軸承的外圈或者內圈固定，試驗臺的旋轉臂安裝在軸承的動圈上，利用伺服驅動系統，驅動軸承空轉，利用溫度傳感器對軸承內外圈的溫度進行在線測試并記錄，運轉至軸承溫度穩定。

　　4XDSMB01測試系統設計

　　4.1機械結構設計

　　XDSMB-01風電軸承功能測試臺主要由裝配臺、驅動系統、電控系統、游隙測量系統、力矩測量系統組成。XDSMB-01風電軸承功能測試臺由機座組件包含了驅動系統及機架，機架由軸承支撐平臺滑軌及支座腿通過螺栓連接，整個機座組組件通過地腳螺栓與地面連接，以保證整個試驗臺在運轉過程中的剛度及結構穩定性。

　　1)風電軸承測試臺摩擦力矩及空轉測試的實現驅動系統由伺服電機、減速器、控制單元、DTRB+DTRB的剛性軸系組成，伺服電機提供可變速度的一個動力單元，匹配減速機及軸系，實現測試臺的旋轉功能，并實現轉速0～20r/min、力矩50000Nm的一個負載能力。轉臂與撥桿之間設計有力傳感器，可在線監測測試過程中的力矩值，并通過滑環通道連接到計算機系統，在計算機界面顯示并存儲。

　　2)風電軸承測試臺游隙的測量實現徑向游隙的測量，通過兩組徑向推力加載裝置(編號8)，加載裝置由液壓缸作為動力源，施加徑向力夾緊軸承內外圈，再通過位移傳感器采集內外圈的徑向位移變化，最后得到徑向游隙值，并顯示及存儲在計算機系統。軸向游隙的測量，通過四組軸向舉升加載裝置(編號5)，軸向舉升加載裝置由液壓缸作為動力源，施加壓力舉升軸承內圈，再通過位移傳感器采集內外圈的位移變化，最后得到軸向游隙值，并顯示及存儲在計算機系統。

　　3)風電軸承測試臺溫升測試的實現軸承溫升的測量，通過四組PT100溫度傳感器(磁性)，溫度傳感器分別安裝軸承測試軸承的內圈及外圈的外圓上，信號接入到計算機進行記錄存儲，動圈上的溫度信號通過滑環(編號9)接入到計算機進行記錄存儲。

　　5總結

　　風電軸承為風電機組的關鍵部件，其可靠性至關重要，風電軸承的游隙、摩擦力矩、空轉溫升均為其運行性能的重要指標，檢測風電軸承的游隙、摩擦力矩、空轉溫升，可確認風電軸承的設計制造質量、裝配質量，提高風電軸承在風機上運行的可靠性，應用機電液一體的設計，提高了測試的精度并大幅提高了測試的效率，XDSMB-01風電軸承功能測試臺具備友好的人機界面，擴展性強，可作為風電軸承樣件開發的試驗平臺及入廠檢測平臺，對提高產品的裝機可靠性有積極益處。

　　參考文獻：

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　　[4]ToyodaS,OhashiN,TakiuchiH,etal.Automaticcalculationservicedeviceforbearingperformance[J].JP20130102968,2014.

　　[5]劉貝貝.兆瓦級風電變槳偏航和主軸承試驗機的研制[D].大連理工大學,2013.LIUB.Developmentofmegawatt-levelwindpowerpitch,yawandmainbearingtestingmachine[D].DalianUniversityofTechnology,2013

　　[6]邵陽.3.6m大型風機軸承試驗臺研發[J].哈爾濱軸承,2015,36(04):3-4+11.SHAOY.ResearchandDevelopmentofbearingtestrigfor3.6mlargewinddrivengenerator[J].JOURNALOFHARBINBERRING,2015,36(04):3-4+11.

　　[7]張俊峰,王連吉,張宏偉.直驅風機用三排圓柱滾子軸承試驗機的設計分析[J].機械工程師,2019(10):65-67.

　　作者：何錄忠1,2，章滔1,2，陽雪兵1,2，徐璐1,2，李敏3

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