塑料轴承在风力发电齿轮箱中的应用
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随着世界经济的快速发展，能源紧张和环境问题凸显，很多国家加大了对环保新能源的开发利用力度，风能作为一种能源储量丰富和具有广阔市场前景的绿色新能源，越来越受到世界的重视。通过对滑动轴承和滚动轴承的特点分析，将滑动轴承运用到风力发电齿轮箱中，通过风电齿轮箱安装滑动轴承后对实际运行数据统计，说明在风电齿轮箱中运用滑动轴承有非常大的优势。
一、风力发电齿轮箱工作原理1、什么是风力发电齿轮箱 风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、风叶控制系统、刹车系统、发电机、塔架等组成。其中增速齿轮箱作为其传动系统起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定转速 以供发电机能正常发电。因此增速齿轮箱设计及制造相当关键。同时风力发电机组增速齿轮箱由于其使用条件的限制，要求体积小，重量轻，性能优良，运行可靠，故障率低。 2、风力发电齿轮箱工作原理 根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用胀紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定桨距风轮）或变桨距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。 二、风力发电齿轮箱为什么要选择滑动轴承1、认识滑动轴承 滑动轴承，在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。滑动轴承应用场合一般在高速轻载工况条件下。 （1）非金属滑动轴承 非金属滑动轴承主要以塑料轴承为主，塑料轴承一般都是采用性能比较好的工程塑料制成；比较专业的厂家一般均具有工程塑料自润滑改性技术，通过纤维、特种润滑剂、玻璃珠等等对工程塑料进行自润滑增强改性使之达到一定的性能，然后再用改性塑料通过注塑加工成自润滑的塑料轴承。 （2）金属滑动轴承 金属滑动轴承在二十一世纪初使用最多的就是三层复合轴承，这种轴承一般都是以碳钢板为基板，通过烧结技术在钢板上先烧结一层球形铜粉，然后再在铜粉层上烧结一层约0.03mm的PTFE润滑剂；其中中间一层球形铜粉主要作用就是增强钢板与PTFE之间的结合强度，当然在工作时还起到一定的承载和润滑作用。 滚动轴承存在着使用寿命有限、体积大的缺点，所以不能更好地满足风电齿轮箱的要求，而滑动轴承具有以下特点： 1）只要润滑充分，滑动轴承的寿命可以达到无限寿命。 2）径向滑动轴承径向尺寸小，能够减小轴承所占的空间。 3）由于滑动轴承与轴之间为润滑油膜，能承受冲击和振动载荷，因此，运转平稳，噪音低。 4）相对滚动轴承来讲，产品成本低，制造周期短。 5）结构简单，装拆方便。 2、风电增速齿轮箱选择滑动轴承原因 风电增速齿轮箱选择轴承要求 （1）很低的转速转变为满足发电机所需的转速。 （2）要求可靠性高、体积小，重量轻 （3）轴承故质量要好，减少更换次数 风电齿轮箱要求可靠性高、运转时间长（20~25年）、运转平稳、噪声低、体积小和质量轻，同时使用寿命期内不能更换（因为更换费用太高，更换费用比1台齿轮箱价值还高）。 而滑动轴承工作时发生的是滑动摩擦；滑动摩擦力的大小主要取决于制造精度；而滑动轴承摩擦力的大小主要取决于轴承滑动面的材料。滑动轴承一般工作面均具有自润滑功能；滑动轴承按照材料分为非金属滑动轴承和金属滑动轴承。 所以风电齿轮箱采用滑动轴承，可以使齿轮箱使用寿命提高，增加齿轮箱的可靠性，同时减小齿轮箱体积、降低齿轮箱质量，使齿轮箱更好地满足风力发电机组的要求。风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。 滑动轴承在工作时由于轴颈与轴瓦的接触会产生摩擦，导致表面发热、磨损甚而“咬死”，所以在设计轴承时，应选用减摩性好的滑动轴承材料制造轴瓦，合适的润滑剂并采用合适的供应方法，改善轴承的结构以获得厚膜润滑等。漆锈的特点是在一个密封式电机，一开始电机听起来不错，但在一段时间的仓库，电动机变得非常不正常的声音，除去轴承严重生锈。许多制造商将被视为前轴承的问题，主要的问题是，出的绝缘漆挥发酸在一定的温度，湿度金属的腐蚀与防护，腐蚀性物质的形成，渠道滑动轴承造成腐蚀损坏。
三、风电齿轮箱安装滑动轴承后实际运行情况1、滑动轴承在风电齿轮箱中应运实况 （1）滑动轴承极大地减小了轴承的尺寸，同时降低了轴承座的尺寸，使齿轮箱的直径缩小，减小了齿轮箱的体积，降低了齿轮箱的质量，使齿轮箱更加适合风力发电机组 （2）风电齿轮箱中使用的滑动轴承。应用滑动轴承的风电齿轮箱在测试台测试。齿轮箱在全功率测试中，齿轮箱达到热平衡时滑动轴承温升10~15℃，滑动轴承温度小于60℃。 （3）安装滑动轴承的风电齿轮箱已运行了5年，齿轮箱运转平稳，运行期间滑动轴承温度小于60℃，很好的满足风力发电机组的运行。通过测试台满功率实验和在风场长时间的实际运行显示，滑动轴承在风电齿轮箱中的应用，提高了齿轮箱的运行可靠性，降低了齿轮箱的尺寸和质量，使齿轮箱更加适合风力发电机组。 2、滑动轴承在风电齿轮箱遇到问题 （1）安装位置地理环境影响，维修困难 （2）实际工况温差影响大 （3）自然条件的影响，有特殊气象状况突发，机组易发生故障 3、滑动轴承在风电齿轮箱问题解决方案 （1）对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性； （2）应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击； （3）保证充分的润滑条件 （4）对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。 （5）加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作 不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。 目前风力发电齿轮箱多选用滚动轴承，但随着风力发电机组的功率不断加大，齿轮箱的体积和质量不断增加，采用滑动轴承形式的风电齿轮箱将会显示出更大的优势。 |
