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风力发电机轴承温升的影响因素

时间:2017-11-13 14:23:00   来源:中国轴承网   添加人:admin

  风电是可再生、无污染的能源,大力发展清洁能源是我国目前的战略选择。目前,风力发电机类型有绕线式双馈异步发电机型、直驱和半直驱同步发电机型等。绕线式双馈异步风力发电机目前在风电市场的占有主导地位。从容量上来看,分为1.25、1.5、1.7、2、2.3、2.5、3MW以及3.6MW等。从辅助功能来看,有防盐雾型、低温型、高原型等;从冷却方式来看,有空空冷却、空水冷却、水套冷却等。当前,风力发电机轴承温升过高,是市场上风力发电机的一个通病。笔者着重探讨影响绕线式双馈异步风力发电机轴承温升的因素。

  1轴承结构轴承是风力发电机的关键部件之。轴承温升过高,会严重影响轴承的寿命,甚至烧坏轴承。风力发电机位于高空运行,机舱内空间狭小,更换轴承是件十分困难的事情。因此,如何延长或保证轴承的使用寿命,是制造厂和运营商最为关心的事情。

  目前,市场上多数发电机制造厂使用的轴承型号为6330/C3.风力发电机的轴承安装结构因生产厂家不同而不同。多数厂家采用所示结构。下面就的轴承安装结构,对影响轴承温升的几个因素进行分析。

  2影响轴承温升的因素转子温升对轴承的影响如所示,轴承与轴采用的是公差配合。发电机在运行过程中,电机内部产生了定转子铜耗、铁耗、机械损耗及附加损耗等等各种损耗,使发电机部件温度升高。其中,铜耗和铁耗是影响转子温升的主要因素。

  轴的材料为钢,导热能力较强,转子温升也随着轴的导热扩散出去。当热量扩散到轴的轴承档的时候部分热量进入了轴承,促使轴承温升有所上升,给轴承的温升带来了定的影响。

  这部分影响无法消除,只能减弱。唯一减弱方法,就是减小转子的温升,以此来减小进入轴承的热量。提取2台电机进行温升试验,电机转速、冷却系统、试验条件等近似相同的条件下,得出试验报告数据如表1所示。

  表1发电机损耗与轴承温度电机铁耗/铜耗/转子前轴承后轴承温升/K温度甲发电机乙发电机通过对比2台电机的试验数据可以看出,转子温升高时,轴承的温度高;转子温升低,轴承的温度低。

  轴承基本结构对轴承温升的影响来源于某轴承品牌样本。

  6330/C3轴承是球面滚子推力轴承,其自动调心能力较强。轴承游隙是轴承的重要特性,是指轴承内圈、轴承外圈与滚动体之间的间隙量,即滚动体在径向或轴向可移动的距离。游隙大小对轴承包括寿命、振动、噪声和温升等有定的影响。发电机运行过程中,轴承将同时受到轴向负荷和径向负荷。游隙过小可能引起内部负荷过大,产生热量,增加轴承温度;游隙较大时,可降低摩擦力矩,减小内外圈的温差,增加热量的传递,减小轴承的温度。

  对于这部分影响的改善方法,可以尝试采用C4的轴承。C4的游隙大于C3游隙,可以减缓因游隙过小而产生的热量。

  轴承套对轴承温升的影响轴承套对轴承温升的影响,主要是指轴承套内径公差对轴承温升的影响。滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制,外圈与轴承套的配合采用基轴制。

  这样的做法是为了让轴承与轴、轴承套之间可以更好的配合。发电机运行时,轴承产生摩擦热量。根据热胀冷缩原理,这些热量产生会导致轴承的膨胀。

  当轴承套采用紧配合时,轴承膨胀的空间有限,不能够完全的膨胀,导致热量留在轴承里面不能散去,引起温升上升。因此,应增加留给轴承膨胀的空间。但是,轴承内圈是个旋转体,轴承套的一个作用就是固定轴承外圈的垂直方向,防止轴承垂直方向的跳动。因此,轴承套与轴承的配合越紧密越好。这与前面提到的预留轴承热膨胀的空间越大越好恰恰相矛盾。设计时,对轴承套公差的选取是个矛盾的过程。

  这部分影响的改善方法,是适当放大轴承套内径的公差,放大轴承膨胀的空间。但是放大要适度,不易过大。

  轴承室结构对轴承温升的影响如所示。轴承外面有个轴承套,前后各有一个轴承内盖和轴承外盖。轴承内盖、轴承外盖与轴承套是止口配合的。这三个部件与轴围成了一个空间,里面便是轴承。这部分的影响主要是分析轴向的轴承内盖和轴承外盖之间留给轴承的间隙对轴承温升的影响。轴承内盖止口到轴承外盖止口之间的距离与轴承宽度之间的大小因发电机制造厂家不同而不同。这个空间对轴承的影响与第(3)点因素的影响大体相同。轴承有热量时,不但在垂直方向要膨胀,同样在轴向也要膨胀。这个几毫米的空间就是用来给轴承热胀冷缩的空间。如果留有的空间有限,就会导致热量不能随膨胀消散,留在轴承上引起温升的上升。因此留的空间越大越好。同样,轴承内盖、轴承外盖的作用是固定轴承轴向位置,用来防止轴向串动的。因此,他们与轴承的配合越紧密作用越明显。与前面所说的预留热膨胀空间同样也是相矛盾的。设计时,对预留空间的选取同样也是个矛盾的过程。

  这部分影响的改善方法,是适当的放大轴承内盖止口和轴承外盖止口之间的距离,即增大留给轴承热膨胀的空间。但是,放大要适度,不易过大。

  轴承散热结构对轴承温升的影响为了减少轴承的温升,很多发电机制造厂家都为轴承设计了散热结构。如图所示:q――热流密度;a散热系数;空气作为冷却介质时,可近似认为散热系数公式为:a――发热表面在平静空气中的散热系数;V――空气吹拂表面的速度;k――气流吹拂效率的系数。

  可以看出在相同条件下,流速增加时,散热系数增加,温升小。

  Q――单位时间内通过等温面的总热量,即热流量;可以看出在相同条件下,等温面增加时,热流密度减小,温升小。

  结构的散热原理源于牛顿散热定律。根据检验图实物的测量,二是三维模型侧板螺旋面的测量。

  4.1侧板螺旋面的传统测量手段利用近似测量的方式进行检测。检测工具是三棱尺,如所示。三棱尺的三个点(B、C、D)与圆弧面接触,三棱尺沿侧板与圆弧面相交的条线在圆弧面上滑动,如果点A、B到螺旋面的距离差值小于0.05mm,说明螺旋面合格,如果两距离差值大于0.05mm说明不合格,需要重新修正螺旋面,如所示。

  三棱尺模型(上接第3页)风力发电机位于高空运行,更换油脂不方便。因此,多数制造厂家采用安装自动注油泵的方法,自动注油。

  4.2三维模型侧板螺旋面的测量利用软件模拟侧板螺旋面的测量过程,如0所示。根据模拟距离差值的大小,不断的修正螺旋面以达到三棱尺点A、B到螺旋面距离的差值小于0.05mm,这样就保证了加工后的螺旋面能完全符合三棱尺检验的通过,顺利通过模具验收。

  0模拟检验结语定子线圈模具数控机床加工工艺的实施,缩短了线模的生产周期,大大降低了钳床工作人员的工作量和劳动强度,缩短了生产周期,提高了线圈模具精度。为进步推广应用数控加工技术提供了更多的技术解决方案。