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塑料軸承在風力發電齒輪箱中的應用

2023-04-26 01:00:13

隨著世界經濟的快速發展，能源緊張和環境問題凸顯，很多國家加大了對環保新能源的開發利用力度，風能作為一種能源儲量豐富和具有廣闊市場前景的綠色新能源，越來越受到世界的重視。通過對滑動軸承和滾動軸承的特點分析，將滑動軸承運用到風力發電齒輪箱中，通過風電齒輪箱安裝滑動軸承后對實際運行數據統計，說明在風電齒輪箱中運用滑動軸承有非常大的優勢。

一、風力發電齒輪箱工作原理

1、什么是風力發電齒輪箱

風力發電機組由葉片、增速齒輪箱、風葉控制系統、剎車系統、發電機、塔架等組成。其中增速齒輪箱作為其傳動系統起到動力傳輸的作用，使葉片的轉速通過增速齒輪箱增速，使其轉速達到發電機的額定轉速

以供發電機能正常發電。因此增速齒輪箱設計及制造相當關鍵。同時風力發電機組增速齒輪箱由于其使用條件的限制，要求體積小，重量輕，性能優良，運行可靠，故障率低。

2、風力發電齒輪箱工作原理

根據機組的總體布置要求，有時將與風輪輪轂直接相連的傳動軸（俗稱大軸）與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用脹緊套裝置或聯軸節連接的結構。為了增加機組的制動能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設置剎車裝置，配合葉尖制動（定槳距風輪）或變槳距制動裝置共同對機組傳動系統進行聯合制動。

二、風力發電齒輪箱為什么要選擇滑動軸承

1、認識滑動軸承

滑動軸承，在滑動摩擦下工作的軸承。滑動軸承工作平穩、可靠、無噪聲。在液體潤滑條件下，滑動表面被潤滑油分開而不發生直接接觸，還可以大大減小摩擦損失和表面磨損，油膜還具有一定的吸振能力。但起動摩擦阻力較大。軸被軸承支承的部分稱為軸頸，與軸頸相配的零件稱為軸瓦。為了改善軸瓦表面的摩擦性質而在其內表面上澆鑄的減摩材料層稱為軸承襯。軸瓦和軸承襯的材料統稱為滑動軸承材料。滑動軸承應用場合一般在高速輕載工況條件下。

（1）非金屬滑動軸承

非金屬滑動軸承主要以塑料軸承為主，塑料軸承一般都是采用性能比較好的工程塑料制成；比較專業的廠家一般均具有工程塑料自潤滑改性技術，通過纖維、特種潤滑劑、玻璃珠等等對工程塑料進行自潤滑增強改性使之達到一定的性能，然后再用改性塑料通過注塑加工成自潤滑的塑料軸承。

（2）金屬滑動軸承

金屬滑動軸承在二十一世紀初使用最多的就是三層復合軸承，這種軸承一般都是以碳鋼板為基板，通過燒結技術在鋼板上先燒結一層球形銅粉，然后再在銅粉層上燒結一層約0.03mm的PTFE潤滑劑；其中中間一層球形銅粉主要作用就是增強鋼板與PTFE之間的結合強度，當然在工作時還起到一定的承載和潤滑作用。

滾動軸承存在著使用壽命有限、體積大的缺點，所以不能更好地滿足風電齒輪箱的要求，而滑動軸承具有以下特點：

1）只要潤滑充分，滑動軸承的壽命可以達到無限壽命。

2）徑向滑動軸承徑向尺寸小，能夠減小軸承所占的空間。

3）由于滑動軸承與軸之間為潤滑油膜，能承受沖擊和振動載荷，因此，運轉平穩，噪音低。

4）相對滾動軸承來講，產品成本低，制造周期短。

5）結構簡單，裝拆方便。

2、風電增速齒輪箱選擇滑動軸承原因

風電增速齒輪箱選擇軸承要求

（1）很低的轉速轉變為滿足發電機所需的轉速。

（2）要求可靠性高、體積小，重量輕

（3）軸承故質量要好，減少更換次數

風電齒輪箱要求可靠性高、運轉時間長（20~25年）、運轉平穩、噪聲低、體積小和質量輕，同時使用壽命期內不能更換（因為更換費用太高，更換費用比1臺齒輪箱價值還高）。

而滑動軸承工作時發生的是滑動摩擦；滑動摩擦力的大小主要取決于制造精度；而滑動軸承摩擦力的大小主要取決于軸承滑動面的材料。滑動軸承一般工作面均具有自潤滑功能；滑動軸承按照材料分為非金屬滑動軸承和金屬滑動軸承。

所以風電齒輪箱采用滑動軸承，可以使齒輪箱使用壽命提高，增加齒輪箱的可靠性，同時減小齒輪箱體積、降低齒輪箱質量，使齒輪箱更好地滿足風力發電機組的要求。風力發電機組中的齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機并使其得到相應的轉速。

滑動軸承在工作時由于軸頸與軸瓦的接觸會產生摩擦，導致表面發熱、磨損甚而“咬死”，所以在設計軸承時，應選用減摩性好的滑動軸承材料制造軸瓦，合適的潤滑劑并采用合適的供應方法，改善軸承的結構以獲得厚膜潤滑等。漆銹的特點是在一個密封式電機，一開始電機聽起來不錯，但在一段時間的倉庫，電動機變得非常不正常的聲音，除去軸承嚴重生銹。許多制造商將被視為前軸承的問題，主要的問題是，出的絕緣漆揮發酸在一定的溫度，濕度金屬的腐蝕與防護，腐蝕性物質的形成，渠道滑動軸承造成腐蝕損壞。