近年來為了提高發(fā)電效率和降低發(fā)電成本，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尺寸逐漸增大且安裝場所由陸地向近海轉(zhuǎn)移。目前，發(fā)電能力最大的量產(chǎn)近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(容量為8 MW)由MHI Vestas 生產(chǎn)，并已宣布開發(fā)容量為9.5MW的二代產(chǎn)品。同時(shí)，GE公司在2018年3月宣布開發(fā)12MW的近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。制造更大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并將其安裝于近海的勢頭正在加速。

存在2類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組：一類帶增速箱，另一類無增速箱(圖2)。目前排名前十的大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(表1)包含這2類。消去增速箱將減少可能損壞的機(jī)械零件的數(shù)量，進(jìn)而提高可靠性，但風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將變得較大且更復(fù)雜，以致于更昂貴且更重。量產(chǎn)MHI Vestas風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(8MW)和新一代9.5 MW均包含一個(gè)增速箱，未來的大型近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也將采用這種設(shè)計(jì)。

常見的包含一個(gè)增速箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件構(gòu)成和應(yīng)用于傳動(dòng)系統(tǒng)的典型軸承如圖3所示。在主軸、增速箱、發(fā)電機(jī)中使用了不同類型和尺寸的軸承。主軸上需要1或2套外徑為1~2 m的軸承，這取決于支承結(jié)構(gòu)。許多外徑為0.2 ~2.0 m的軸承用于支承增速箱的齒輪軸。發(fā)電機(jī)需要外徑為0.4 ~0.6 m的軸承支承轉(zhuǎn)子軸。

• 由于受潤滑劑的添加劑及滑動(dòng)、振動(dòng)、電流的影響，潤滑劑分解，產(chǎn)生的氫滲入軸承鋼中；

• 循環(huán)應(yīng)力作用導(dǎo)致鋼中形成白色組織；

• 白色組織邊緣產(chǎn)生裂紋；

• 裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致剝落。
  

可在軸承表面用黑色氧化物涂層。氫通過潤滑劑分解并與新鮮金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生。黑色氧化物涂層抑制新鮮金屬表面形成，阻止氫產(chǎn)生。黑色氧化物涂層的磨損導(dǎo)致軸承壽命減少。因此，軸承服役環(huán)境需要充足的油膜。

研究發(fā)現(xiàn)改進(jìn)鋼合金成分可抑制白色組，織剝落，進(jìn)而延長壽命。添加足夠的合金元素可延遲顯微組織變化。碳氮共滲熱處理也有助于延長與白色組織剝落相關(guān)的軸承壽命。近表面殘余壓應(yīng)力可延遲裂紋擴(kuò)展，增加殘余奧氏體含量可延緩高剪切應(yīng)力位置的氫聚集。

通過優(yōu)化合金元素含量及特殊熱處理，NSK已開發(fā)了抑制白色組織剝落鋼( AWS -TFTM)。AWS- TFTM達(dá)到預(yù)期壽命，其抑制白色組織剝落壽命為標(biāo)準(zhǔn)SUJ2鋼的7倍(圖9)。NSK抗表面起源剝落特級鋼STFTM也可有效抑制白色組織剝落，其預(yù)期壽命為標(biāo)準(zhǔn)SUJ2鋼的4倍。

3.3 發(fā)電機(jī)軸承

發(fā)電機(jī)軸承通常采用深溝球軸承和圓柱滾子軸承。發(fā)電機(jī)軸承內(nèi)、外圈間經(jīng)常產(chǎn)生電位差，從而引起電蝕(電火花局部熔化)(圖10)。

增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尺寸需要軸承具有更高的承載能力。另外，因費(fèi)用增加(包含建設(shè)費(fèi)用)，增速箱的重量和剛度也減小。因此，軸承設(shè)計(jì)需考慮整個(gè)增速箱的變形。為了提高軸承承載能力，F(xiàn)EM分析用來優(yōu)化保持架形狀(圖12)。對整個(gè)增速箱(包括軸承座和行星架)進(jìn)行FEM分析，這作為一種探究增速箱變形的影響的方法。不僅如此，這類分析也用來評估軸承中各滾子的承載，估算預(yù)期壽命以及檢查軸承技術(shù)參數(shù)(圖13)。

因?yàn)榻ｏL(fēng)況更好，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝場所從陸地轉(zhuǎn)移到近海。另外，在中、低風(fēng)況下，近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尺寸和安裝面積增大。因此，市場需要更大的軸承且其具有高承載能力和高可靠性。

（來源：《Motion & Control》）

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