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摘要：本文以某风电场双列调心滚子轴承为例，对风力发电机组传动系统进行分析。风电机组传动系统结构及受力复杂，设计和产品选型直接影响着风电机组的安全运行。
关键词：风力发电机组；双列调心；主轴轴承；失效
一、背景
目前国内外风电机组主要研发水平轴式风机，机组工作条件恶劣、温度和湿度变化较大、受载情况复杂，因而要求风电轴承具有良好的耐冲击性、可靠性。风力发电机组轴承主要由传动系统轴承、偏航系统轴承和变桨距系统轴承组成。下面重点介绍传动系统的主轴轴承，主轴轴承是风电机组的重要支承部件，对整个机组的寿命、性能和可靠性起着非常重要的作用。
影响主轴轴承使用寿命的因素除精度、密封外，轴承内外圈点蚀、磨损也是其主要失效形式。轴承在机械中既是运动连接件，又是载荷支撑件，将相互转动的不动体与活动体之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，摩擦损失小，是一种精密的机械元件。
二、风力发电机组主轴系统结构
1、“一点支撑”主轴系统结构
“一点支撑”固定端轴承和浮动端轴承使用同一个箱体，它们的同轴度更容易得到保证。因此在这种情况下，可以使用一个双列圆锥滚子轴承作为主轴承，同时齿轮油也可以用来润滑主轴轴承。不足就在于在任何情况下，都必须保持轴承座与机体间可靠的连接。
2、“两点支撑”主轴系统结构
“两点支撑”齿轮箱输入轴作为浮动端轴承，轴的偏移量是选择轴承类型的决定因素。调心滚子轴承具有两列滚子，该轴承能承受较大的径向负荷力，亦能承受重大荷重及冲击负荷。调心滚子轴承的鼓形滚子安装在有二条滚道的内圈和球面外圈滚道之间，外圈滚道面的曲率中心与轴承中心一致，所以具有与自动调心球轴承同样的调心功能。在轴出现挠曲时可以自动调整，不增加轴承负担。另外更为重要的一点是，在安装时要确保固定端轴承位置和浮动端軸承位置之间的正确距离。
3、“三点支撑”主轴系统结构
“三点支撑”轴承被安装在独立的轴承座内，齿轮箱侧轴承可以设计成为固定端轴承。“三点支撑”方式的优点在于使用预紧的圆锥滚子轴承可以提高主轴的刚度，减少齿轮箱输入零部件和轴承滚道发生假性压痕的可能性，通过预紧并优的内部游隙可以确保在极端风力情况下系统具有较好的稳定性，优化后的滚道形状可以保证主轴系统大偏心情况下系统的正常工作。
三、双列调心滚子轴承
双列调心滚子轴承具有自动调心性能，能承受两个方向的轴向负荷，因此该轴承在风电传动系统广泛应用。风电机组运行过程中，主轴轴承既要承受来自桨叶、轮毂、主轴的径向载荷，同时也要承受风力带来的轴向载荷。下面重点分析主轴轴承失效原因，现将双列调心滚子轴承的内部构造进行简单介绍。
1、双列调心滚子轴承主要部件
保持架：使滚动体等距离分布，减少滚动体间的摩擦和磨损。
滚动体：滚动体使相对运动表面间的摩擦变为滚动摩擦。滚动体的运动规律比较复杂，除绕自身轴线自转外还沿套圈滚道，绕轴承的轴线公转，滚动的同时伴随一定的滑动。
2、调心滚子轴承
由于主轴轴承在受力情况复杂和轴变形的影响下，要求主轴轴承必须具有良好的调心性能，因此目前大多数的主轴轴承主要采用CA型的调心滚子轴承，也有采用大锥角双列圆锥滚子轴承的。风机安装位置与地面间存在一定角度的倾斜，所以主轴轴承很容易发生锁死现象，容易使得主轴轴承发生早期失效。
调心滚子轴承外圈是一条共用的球面滚道，装着鼓形滚子。内圈有两条与轴承轴线倾斜一定角度的滚道，当轴受力产生弯曲时或者由于倾斜而使内外圈中心线产生相对倾斜角度不大于0.5°至2°时，轴承仍然能够正常工作，具有良好的调心性能。滚子采用鼓形，这样在受载后接触是非封闭的椭圆或者是近似的矩形，消除或者降低了边缘应力集中，同时也具有较好的抗冲击能力、抗震动能力，并且可以补偿因为安装与轴的变形所引起的同心度误差。
四、失效分析
风电机组中主轴承受的载荷来源主要有风机叶片及轮毂的重力载荷、主轴的自重载荷、主轴轴承的支撑力和推止力、风通过叶片以及轮毂作用在主轴上的惯性载荷及气动载荷等，因此主轴需要承受径向力和风力产生的轴向力。除此之外，由于风机工作环境的特殊性，随着风速的骤变，还会产生轴向冲击。风机主轴轴承内圈通过过盈配合与风机主轴安装在一起，轴承外圈固定在机架的专用支座上，所承受的轴向力由主轴的轴肩施加在轴承内圈的端面上。
支撑主轴的关键部件就是滚动轴承。风电机组在变化载荷的作用下主轴发生轴向偏移，轴承滚子磨损发生失效。其故障类型通常包括轴承内圈、外圈或滚动体点蚀以及疲劳剥落等问题。滚动轴承故障会导致轴承的运行状况恶化、增大摩擦阻力、提升设备的温度、出现振动异常等，同时降低旋转精度。
以某风电场主轴轴承失效原因进行分析，风机在运行过程中由于风机安装位置与地面间存在5°的倾角和风切变的影响，整个主轴会受到较大的径向力与轴向力。当风机运行时由于受到风力产生的轴向力及风切变造成的冲击使叶轮侧滚子一直紧靠保持架运行，导致保持架及叶轮侧轴承内圈磨损。同时齿轮箱侧滚子由于受到轴向力影响滚柱沿轴承外圈压倒角运行，长时间运行磨损轴承外圈边缘，当出现骤风时轴承外圈倒角受到冲击出现剥落，剥落产生的铁屑在不断的运行过程中伴随油脂聚集在排油口附近。径向载荷的作用，铁屑在滚柱与轴承外圈之间产生较大的摩擦力，滚柱及轴承外圈磨损严重。润滑油内存在铁屑失去了润滑效果，长时间运行轴承内部各处均受到不同程度的损伤。
五、小结
主轴轴承的维护是延长风电机组寿命的重要环节，主轴轴承健康状况直接影响到风机的安全运行。除对主轴轴承进行日常维护外，还需要进行定期的检修和巡查，对轴承的振动情况和润滑情况进行在线监测，及时对异常数据进行分析，同时还要掌握主轴轴承的检查方法。
在日常运维中，常采用听、摸、看的检查方法，同时要了解轴承在生产、运转过程中的原理和保养维护常识。在日常巡检工作中，要做到以下几点：
1、听，利用听针等工具，对设备运转中的卡涩现象、有无杂音、运转是否平稳等进行检测；
2、摸，可用测温仪测温度，也可用手摸轴承的外壳温度，是否在可控量程技术规范数值要求内；
3、看，润滑油温的高度、油色及粘度，检查加油记录时间，油品、油脂添加的量及每台设备轴承用油的型号规格是否正确；
4、此外，还要对轴承链接面进行清理，保证干净没有杂物，轴承支座需要加固紧固，不能出现前后错位。
通过对轴承内部结构的了解及导致失效的原因，将这两者与到我们日常检查方法相结合，让我们可以根据现场主轴的运行情况精确的判断主轴轴承的损伤情况。发现异常后通过加强润滑、调整力矩等方法及时改善主轴轴承运行状况，延长使用寿命，提升风机的健康运行水平。
参考文献：
[1]《MY1.5Se风力发电机组传动系统介绍》
关键词：风力发电机组；双列调心；主轴轴承；失效
一、背景
目前国内外风电机组主要研发水平轴式风机，机组工作条件恶劣、温度和湿度变化较大、受载情况复杂，因而要求风电轴承具有良好的耐冲击性、可靠性。风力发电机组轴承主要由传动系统轴承、偏航系统轴承和变桨距系统轴承组成。下面重点介绍传动系统的主轴轴承，主轴轴承是风电机组的重要支承部件，对整个机组的寿命、性能和可靠性起着非常重要的作用。
影响主轴轴承使用寿命的因素除精度、密封外，轴承内外圈点蚀、磨损也是其主要失效形式。轴承在机械中既是运动连接件，又是载荷支撑件，将相互转动的不动体与活动体之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，摩擦损失小，是一种精密的机械元件。
二、风力发电机组主轴系统结构
1、“一点支撑”主轴系统结构
“一点支撑”固定端轴承和浮动端轴承使用同一个箱体，它们的同轴度更容易得到保证。因此在这种情况下，可以使用一个双列圆锥滚子轴承作为主轴承，同时齿轮油也可以用来润滑主轴轴承。不足就在于在任何情况下，都必须保持轴承座与机体间可靠的连接。
2、“两点支撑”主轴系统结构
“两点支撑”齿轮箱输入轴作为浮动端轴承，轴的偏移量是选择轴承类型的决定因素。调心滚子轴承具有两列滚子，该轴承能承受较大的径向负荷力，亦能承受重大荷重及冲击负荷。调心滚子轴承的鼓形滚子安装在有二条滚道的内圈和球面外圈滚道之间，外圈滚道面的曲率中心与轴承中心一致，所以具有与自动调心球轴承同样的调心功能。在轴出现挠曲时可以自动调整，不增加轴承负担。另外更为重要的一点是，在安装时要确保固定端轴承位置和浮动端軸承位置之间的正确距离。
3、“三点支撑”主轴系统结构
“三点支撑”轴承被安装在独立的轴承座内，齿轮箱侧轴承可以设计成为固定端轴承。“三点支撑”方式的优点在于使用预紧的圆锥滚子轴承可以提高主轴的刚度，减少齿轮箱输入零部件和轴承滚道发生假性压痕的可能性，通过预紧并优的内部游隙可以确保在极端风力情况下系统具有较好的稳定性，优化后的滚道形状可以保证主轴系统大偏心情况下系统的正常工作。
三、双列调心滚子轴承
双列调心滚子轴承具有自动调心性能，能承受两个方向的轴向负荷，因此该轴承在风电传动系统广泛应用。风电机组运行过程中，主轴轴承既要承受来自桨叶、轮毂、主轴的径向载荷，同时也要承受风力带来的轴向载荷。下面重点分析主轴轴承失效原因，现将双列调心滚子轴承的内部构造进行简单介绍。
1、双列调心滚子轴承主要部件
保持架：使滚动体等距离分布，减少滚动体间的摩擦和磨损。
滚动体：滚动体使相对运动表面间的摩擦变为滚动摩擦。滚动体的运动规律比较复杂，除绕自身轴线自转外还沿套圈滚道，绕轴承的轴线公转，滚动的同时伴随一定的滑动。
2、调心滚子轴承
由于主轴轴承在受力情况复杂和轴变形的影响下，要求主轴轴承必须具有良好的调心性能，因此目前大多数的主轴轴承主要采用CA型的调心滚子轴承，也有采用大锥角双列圆锥滚子轴承的。风机安装位置与地面间存在一定角度的倾斜，所以主轴轴承很容易发生锁死现象，容易使得主轴轴承发生早期失效。
调心滚子轴承外圈是一条共用的球面滚道，装着鼓形滚子。内圈有两条与轴承轴线倾斜一定角度的滚道，当轴受力产生弯曲时或者由于倾斜而使内外圈中心线产生相对倾斜角度不大于0.5°至2°时，轴承仍然能够正常工作，具有良好的调心性能。滚子采用鼓形，这样在受载后接触是非封闭的椭圆或者是近似的矩形，消除或者降低了边缘应力集中，同时也具有较好的抗冲击能力、抗震动能力，并且可以补偿因为安装与轴的变形所引起的同心度误差。
四、失效分析
风电机组中主轴承受的载荷来源主要有风机叶片及轮毂的重力载荷、主轴的自重载荷、主轴轴承的支撑力和推止力、风通过叶片以及轮毂作用在主轴上的惯性载荷及气动载荷等，因此主轴需要承受径向力和风力产生的轴向力。除此之外，由于风机工作环境的特殊性，随着风速的骤变，还会产生轴向冲击。风机主轴轴承内圈通过过盈配合与风机主轴安装在一起，轴承外圈固定在机架的专用支座上，所承受的轴向力由主轴的轴肩施加在轴承内圈的端面上。
支撑主轴的关键部件就是滚动轴承。风电机组在变化载荷的作用下主轴发生轴向偏移，轴承滚子磨损发生失效。其故障类型通常包括轴承内圈、外圈或滚动体点蚀以及疲劳剥落等问题。滚动轴承故障会导致轴承的运行状况恶化、增大摩擦阻力、提升设备的温度、出现振动异常等，同时降低旋转精度。
以某风电场主轴轴承失效原因进行分析，风机在运行过程中由于风机安装位置与地面间存在5°的倾角和风切变的影响，整个主轴会受到较大的径向力与轴向力。当风机运行时由于受到风力产生的轴向力及风切变造成的冲击使叶轮侧滚子一直紧靠保持架运行，导致保持架及叶轮侧轴承内圈磨损。同时齿轮箱侧滚子由于受到轴向力影响滚柱沿轴承外圈压倒角运行，长时间运行磨损轴承外圈边缘，当出现骤风时轴承外圈倒角受到冲击出现剥落，剥落产生的铁屑在不断的运行过程中伴随油脂聚集在排油口附近。径向载荷的作用，铁屑在滚柱与轴承外圈之间产生较大的摩擦力，滚柱及轴承外圈磨损严重。润滑油内存在铁屑失去了润滑效果，长时间运行轴承内部各处均受到不同程度的损伤。
五、小结
主轴轴承的维护是延长风电机组寿命的重要环节，主轴轴承健康状况直接影响到风机的安全运行。除对主轴轴承进行日常维护外，还需要进行定期的检修和巡查，对轴承的振动情况和润滑情况进行在线监测，及时对异常数据进行分析，同时还要掌握主轴轴承的检查方法。
在日常运维中，常采用听、摸、看的检查方法，同时要了解轴承在生产、运转过程中的原理和保养维护常识。在日常巡检工作中，要做到以下几点：
1、听，利用听针等工具，对设备运转中的卡涩现象、有无杂音、运转是否平稳等进行检测；
2、摸，可用测温仪测温度，也可用手摸轴承的外壳温度，是否在可控量程技术规范数值要求内；
3、看，润滑油温的高度、油色及粘度，检查加油记录时间，油品、油脂添加的量及每台设备轴承用油的型号规格是否正确；
4、此外，还要对轴承链接面进行清理，保证干净没有杂物，轴承支座需要加固紧固，不能出现前后错位。
通过对轴承内部结构的了解及导致失效的原因，将这两者与到我们日常检查方法相结合，让我们可以根据现场主轴的运行情况精确的判断主轴轴承的损伤情况。发现异常后通过加强润滑、调整力矩等方法及时改善主轴轴承运行状况，延长使用寿命，提升风机的健康运行水平。
参考文献：
[1]《MY1.5Se风力发电机组传动系统介绍》