3.6m大型风机轴承试验台研发

邵 阳

（瓦房店轴承集团有限责任公司 技术中心, 辽宁 瓦房店 116300）

3.6m大型风机轴承试验台研发

邵 阳

（瓦房店轴承集团有限责任公司 技术中心, 辽宁 瓦房店 116300）

设计了一种3.6m风电变桨偏航轴承试验机，可依据试验规范对轴承之旋转性能、载荷作用下工作状态、磨损疲劳寿命等进行试验，为轴承失效分析、寿命计算等提供依据,形成完整的生产、检测试验保证体系，完善和指导轴承产品的生产过程。

变桨; 偏航; 风电; 轴承; 试验

1 前言

大型风机轴承作为风力发电机的关键部件之一，需求量在近几年呈直线上升趋势。对于1.5MW以上的大功率配套的风电轴承，国内企业由于在加工、检测、试验设备以及试验标准规范方面缺乏基础理论研究及实际生产经验，因此面对轴承20年的寿命要求，拿不出具有说服力的数据来证明自己轴承的性能水平，使其在与国外产品的竞争中处于劣势，因此对于风力发电机试验平台的建设需求迫在眉睫。

3.6 m风电变桨偏航轴承试验机适合风电变桨轴承、偏航轴承的性能与寿命试验，具有轴向、径向、倾覆力矩、摩擦力矩、启动摩擦力矩、变速、变载、变向试验检测与自动加载、测温、测振和测速以及自动采集数据信号、自动显示等功能。试验过程参数均由计算机全程监控。适合轴承最大外径φ3 600mm ，最大径向加载能力：Fr=5 600kN, 最大轴向加载能力：Fa=5 000kN。倾覆力矩：M=25 000kN•m 轴承最高转速：30r/min，可在0.8～30r/min之间无级可调。

2 结构组成及工作原理

2.1 总体结构

3.6 m变桨偏航轴承试验机主要包括试验工装部、轴向加压部、径向加压部、径向加压及力矩测量部、支架部、绞盘部、导轨及基座部和地基部，共八大部分，见图1。

2.2 各部件功能

2.2.1 试验工装部

试验工装部包括上连接法兰、下连接法兰、轴承套、两个试验轴承、减速器（包括驱动马达）、基座及辅助零件，见图2。它的主要作用是安装试验轴承和驱动装置，使其和加载梁、基座部连接起来而成为一个整体。

基座通过螺栓固定在地基连接板上，基座上面通过螺栓固连着下法兰，下法兰分别与下轴承内圈或外圈连接，上法兰分别与加压座和上轴承内圈或外圈连接，两个试验轴承通过螺栓与轴承套连接。减速器固连在下法兰上，在试验运转时驱动轴承旋转，减速器输入端装有扭矩传感器，以便适时检测输出轴承摩擦力矩值。

由于试验轴承的结构、尺寸都各自不同，因此，与其相连接的工装、驱动方式在设计上也有所不同。

图1 轴承试验机结构及坐标系

图2 试验工装部

2.2.2 轴向加压部

轴向加压部主要包括主梁、副梁、加压座、四个加载油缸、绞座、轴向加压座、连接板及销轴辅助件等。它的主要作用是为试验轴承施加轴向载荷和倾覆力矩。

加载梁呈十字形交叉布置，其中，长臂梁用作施加倾覆力矩，短臂梁用作施加轴向力（见图3）；下面通过螺栓与加压座（见图4）连接。主副梁两端各有两个绞座，分别与加载油缸连接；四个油缸下端通过轴向加压底座、连接板与地基部连接。其次，长臂梁还具备拆装轴承及工装时举起和落下之功能，以便把轴承、工装连同基座沿着轨道拽进和拽出，完成拆装任务。

图3 主、副梁

图4 加压座

2.2.3 径向加压部

径向加压部由径向加压支座、两个加压油缸、底板和销轴等辅助件组成。它的作用是为试验轴承提供一个方向上的径向载荷。

径向加压支座通过底板与地基部连接，见图5，水平方向通过销轴、辅件、油缸等和加压座连接，把油缸的出力通过加压座加到轴承上。

图5 径向加压部（去掉液压缸和压座）

2.2.4 径向加压及力矩测量部

径向加压及力矩测量部与上面结构基本相似，只是在侧面又装着一个启动摩擦力矩检测油缸，用以完成另一方向的径向加压和启动摩擦力矩的检测，见图6。当轴承及工装安装就位后，在和轴承套相连接的外径上，用装有拉力传感器的拉绳把轴承套和油缸连接起来，然后在加压或不加压情况下检测轴承的启动摩擦力矩，力矩大小等于油缸的拉力乘以轴承套的半径。

图6 径向加压及力矩测量部（去掉液压缸和压座）

2.2.5 支架部

支架部是在主梁方向上的桁架结构，在拆装试验轴承时用来支撑主副梁及加压座，在试验过程中不承受载荷。

2.2.6 导轨及基座部导轨及基座部安装在地基部上，上面连接工装部的基座。它主要用作支撑工装部，并且在拆装试验轴承时，使工装部沿着导轨被绞盘部拽进和拽出。当基座部在工作位置时，基座部底面下垫有多个垫块，使轴向力通过基座部和垫块把力传递到地基部上。当基座部移出时，需要撤掉这些垫块，使基座部底面上的导轨与滚动体接触，以便轻松拽进拽出。

2.2.7 绞盘部

绞盘部固连在地基部上。包括驱动马达、减速器、绞盘、铰链等。它的作用是：为拆装试验轴承及工装时提供动力。左右布置各一，它只具有拽拉作用。其中之一的作用是从工装区拽拉到工作位置，另一个的作用是从工作位置拽拉到工装区。

2.2.8 地基部

地基由钢筋混凝土浇灌而成，各部件通过自身的底板及地脚螺栓和地基连接，用来承受来自地基上部的所有作用力。

2.3 工作原理

如图1，3.6m风电变桨偏航轴承试验机采用液压马达、减速器、齿轮方式驱动。轴承的旋转是通过在内部沿圆周方向分布的12个减速器驱动，液压马达和减速器之间装有一个扭矩传感器，用以实时检测和输出轴承的摩擦力矩值，带有比例饲服阀、压力传感器控制的液压系统提供高压油，由大缸径双作用液压缸作为执行件实施加压。

轴向加压及径向加压按恒载处理，由蓄能器保压。倾覆力矩按变载处理，通过比例阀控制。

在轴承试验之前，在加压或不加压情况下均要测试轴承的启动摩擦力矩，力矩大小等于油缸的拉力乘以轴承套的半径。

按照试验规范可做空载试验、性能试验、寿命试验，并根据规范要求作相应部位项目的检测、测试、化验等一系列的结论性评价。

3 结束语

建立大型风力发电机专用试验平台，对于推动风机轴承技术创新、市场培育和产业化发展具有重要意义。通过研发大型风电变桨、偏航轴承试验机，加强对风电轴承的性能、寿命试验，研究其可靠性能、润滑性能、密封性能和承载能力，形成大型风机轴承专用试验标准和基础数据库，形成自有的试验、检测标准规范，对于我国风机轴承的技术发展具有重要意义。

[1] 成大先.机械设计手册[M].北京： 化学工业出版社，1993.

[2] 徐 灏.新编机械设计师手册[M].北京： 机械工业出版社, 1995.

（编辑：钟 媛）

Research and development of bearing test rig for 3.6m large wind driven generator

Shao Yang

(Technical Center,Wafangdian Bearing Group Company Limited,Wafangdian 116300,China)

A kind of 3.6m wind power variable pitch bearing and jaw bearing test machine has been designed. It can test the rotation performance of the bearing, the working state under the load, and the wear fatigue life according to the test standard, and can Provide the basis for the failure analysis and life calculation of the bearing to form a complete production, examination and testing guarantee system and improve and guide the production process of bearing products.

variable pitch;yaw; wind power; bearing; test

TH133.33

A

1672-4852（2015）04- 0003-02

2015-11-18.

邵 阳（1964-），男，高级工程师.