CN101929505A - 一种风力发电机球面双滑道静—动压主轴油膜轴承 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机球面双滑道静—动压油膜轴承，其特征是：在轴承衬套的内表面上设有三个张力角分别为120°的工作面；在轴承衬套的内表面的周向上均布有三排静压油腔，而且三排静压油腔分别与三个工作面的中央连通，实现静—动压混合润滑和液体摩擦；衬套上的三个工作面可根据需要进行转换，且能在不拆开轴承座的情况下在线实现转换，以提高使用寿命；工作时，一个静压油腔通入压力油，即为主油腔，而三个静压油腔中的另外二个油腔则为辅油腔，也通入设定压力的润滑油，起背压作用，以提高轴承运转定性。本发明清除了通常的柱面轴承因对角受力而致边缘接触、磨、发热，甚至烧毁等隐患，提高了轴承可靠性和使用寿命。

Description

一种风力发电机球面双滑道静—动压主轴油膜轴承

技术领域

本发明涉及一种轴承，具体是涉及一种球面双滑道静——动压膜轴承，该轴承具有可在线进行轮换的三个工作面，完全满足风力发电机的长寿命、高可靠性、免装拆、高传动效率的要求，尤其适用于大装机容量(≥2.5MW)的双馈式、直驱式及混合式各类风电机组的选用。

背景技术

世界风电产业迅猛发展。中国则是世界上风电产业发展最快的国家之一，2010年全国风电总装机将达500万千瓦(5000MW)，2020年全国风电总装机将达3000万千瓦(30000MW)，但中国可开发能源总量为10亿千瓦(1000000MW)，风电产业开发潜力巨大。中国的风力发电机的设计制造技术及配套水平都有了长足进步，国内的装机水平已在2MW级基础上不断大型化，3MW风电机已装机运行。当前，世界上已经制造出5MW的风电样机投入试运行。

在兆瓦级的风力发电机中，仍然存在三种机型：双馈式、直驱式及混合式；从综合考虑，混合式初被看好。双馈式及混合式风力机的主轴轴承是整个风力发电机的关键部件(其实，直驱式风电机的主轴承更为关键)，它们受力复杂、连续运转，要求长寿命(使用寿命20年)、高可靠性(无故障运行13万小时以上，可靠度95％以上)，且拆装非常困难(每次拆装都要把叶片、轮毂等先行拆装，费用一般在50-100万元之间)；使之成为风力发电机的咽喉，决定了整机的能力。

综观世界风电场，在投产4-5年后风电机主轴轴承就发生故障的不为鲜见；20年的使用寿命，可望而不可及。因而，提高当前使用的滚动轴承性能，因此探索其他种类结构的轴承，已迫在眉睫，势在必行。

发明内容

本发明的目的，是提供一种风力发电机球面双滑道静——动压主轴油膜轴承，该轴承清除了通常的柱面轴承因对角受力而致边缘接触、磨、发热，甚至烧毁等隐患，提高了轴承可靠性和使用寿命。

采用的技术方案是：

一种风力发电机球面双滑道静——动压主轴油膜轴承，包括轴承衬套和装设在衬套内的主轴，其技术要点是：

在轴承衬套的内表面(即工作表面)上设有三个张力角分别为120°的工作面；在轴承衬套的内表面的周向上均布有三排静压油腔，并且三排静压油腔分别与三个工作面的中央连通，实现静——动压混合润滑和液体摩擦；

衬套上述的三个工作面可根据需要进行转换，且能在不拆开轴承座的情况下在线实现转换，以提高使用寿命；

工作时，一个静压油腔通入压力油，即为主油腔，而三个静压油腔中的另外二个油腔则为辅油腔，也通入设定压力的润滑油，起背压作用，以提高轴承运转定性；

本发明相耦合的相对滑动表面为球面，其支撑表面按径向、轴向载荷的大小及相对比值，分三种结构形式，即：

(1)、前滑道式，

(2)、对称双滑道式，

(3)、非对称双滑道式。

本发明的技术关键和优点：

1、它是应用流体动压-静压联合作用的原理设计、制造的风力发电机主轴轴承，从而在风机工作时，无论转速多低，甚至在停转时，都能在工作区域中形成一个完整的承载油膜，将轴与轴承的金属表面完全分开，形成液体摩擦；

2、它的相耦合的滑动表面为球面，且支承表面为双滑道，因而具有优异的径向与轴向的双向联合承载能力和自动调位性能；

3、由于球面滑动副，可自由调心，油膜厚度的分布时刻保持常态，消除通常的柱面轴承因对角受力而致边缘接触、磨损、发热、甚至烧毁等隐患，提高可靠性；

4、针对该摩擦副中的易损件是衬套，故在衬套内制造出三个具有相同能力的工作面；在每个工作面的中央，分别于每条滑道上均开设静压油腔，实现静-动压混合润滑；

5、衬套内的三个工作面可根据需要进行转换，且可在不拆开轴承座的情况下在线实现转换，使用寿命延长至普通同类轴承的三倍；

6、工作时，主油腔通入设定的压力的润滑油，而另外两个油腔即成为辅油腔，另通入具有一定压力的润滑油，起背压作用，提高了轴承的运转稳定性。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构示意图。

图2是轴承稳定运行原理图。

图3是单滑道结构示意图。

图4是对称双滑道结构示意图。

图5是非对称双滑道结构示意图。

具体实施方式

一种风力发电机球面双滑道静——动压主轴油膜轴承，包括轴承衬套1、装设在轴承衬套1内的主轴2，使用时轴承衬套1固定在轴座内。

在轴承衬套1的内表面3上，设有三个张力角均为120°的工作面4，在三个工作面4上分别开设有静压油腔5。

本实施例的设计要素和工作原理：

1.设计时依据径向、轴向载荷的大小及相对比值，选定滑道形式、包容角、相对间隙、润滑油等，并在轴套的内表面挖出油腔(如图2所示)，向主油腔输入由计算确定压力的润滑油；且主轴具有3-20rpm左右的工作转速，这样，轴承中的流体静压、动压联合作用效应就建立起来了，在工作区域中一个完整的承载油膜也就会形成了；

2.如图4所示，在本轴承衬套的工作表面(内表面)的周向上均布三排静压油腔，工作时，一个为主油腔，起主承载作用；另两个为辅油腔，位于两侧上方，当主轴抬起并靠近辅油腔时，辅油腔的压力会增高，阻止主轴的抬起，即对主轴的运转起稳定作用；

3.轴承衬套工作表面上设计、制造出三个张角分别为120°的工作面，工作面的中央是静压油腔，这三个工作面(或者说主、辅油腔)的位置可以用一套简便的辅助装置即在轴承座内实行自由转换，即当决定更换一个主油腔时，就能在短时停机后将另一个油腔转换为主油腔；这样，轴承的使用寿命将因此而再延长两倍(达到同类轴承的三倍)；

4.当主轴的轴线与衬套的轴线倾斜时，由于该滑动副为球面，故轴可在轴承座内作相应转动而不会发生边缘接触，这就实现了自动调位；

5.设计一套单独的循环润滑系统和油腔结构，使动压、静压效应合理匹配，在运行中，实现它们间的自行调整，确保运行稳定；

6.本轴承衬套，采用多层金属集优式结构，整体刚性好、工作表面性能，包括抗磨性能、减磨性能、抗固体颗粒污染性能以及抗腐蚀性能等都很好，适应风电机主轴轴承的工作与环境要求；

轴承润滑油为单独供给，使用油膜轴承专用润滑油，其黏度可选范围为ISOVG 220，320，460，680；如果，轴承共用增速器齿轮箱内的齿轮油时，必须另设专用的供油系统，实行单独供油。中负荷工业齿轮油(GB5903--86)，其黏度可选范围为ISO VG 220，320，460，黏度指数≥90；若采用重负荷工业齿轮油(Q/SH018.3215--90)，其黏度可选范围为ISO VG 220，320，460，黏度指数≥95；可以共用。

Claims (2)

1.一种风力发电机球面双滑道静——动压油膜轴承，其特征是：

在轴承衬套的内表面上设有三个张力角分别为120°的工作面；在轴承衬套的内表面的周向上均布有三排静压油腔，而且三排静压油腔分别与三个工作面的中央连通，实现静——动压混合润滑和液体摩擦；

衬套上的三个工作面可根据需要进行转换，且能在不拆开轴承座的情况下在线实现转换，以提高使用寿命；

工作时，一个静压油腔通入压力油，即为主油腔，而三个静压油腔中的另外二个油腔则为辅油腔，也通入设定压力的润滑油，起背压作用，以提高轴承运转定性。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机球面双滑道静——动压油膜轴承，其特征在于所述的工作面为球面，其支撑表面按径向、轴向载荷的大小及相对比值，分三种结构形式，即：

(1)、前滑道式，

(2)、对称双滑道式，

(3)、非对称双滑道式。

Images