风力发电偏航轴承发展综述

蔡 勇（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心,广州 510530）



风力发电偏航轴承发展综述

蔡 勇
（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心,广州 510530）

摘 要：随着社会的发展，能源危机以及环境问题日益严重。风能作为一种清洁可再生资源，越来越受到各国的重视［1］。水平轴风力发电机组因转换率高，适宜做大型化发电机组而在世界范围得到广泛应用。偏航系统对水平轴风力发电机组的风力利用率起到关键的作用，作为偏航系统的关键部件，偏航轴承的性能就更显得重要。

关键词：风；发电；偏航；轴承；专利

1 偏航轴承概况

水平轴风力发电机组具有风能转换效率高的特点，因而成为了世界风电的主流机型。偏航系统是水平轴风力发电机组必不可少的组成系统之一。作为偏航系统的主要组成部分，偏航轴承除了起到对风作用以外，还承受风力发电机重量，并提供必要的锁紧力矩，以保证风力发电机的正常运转。

1.1 分类

偏航系统一般由齿圈（带齿的轴承环）、偏航齿轮和驱动电机及摩擦制动器或偏航刹车（摩擦制动器或偏航刹车一般仅存在齿轮驱动式偏航系统中）组成。偏航系统的偏航轴承可以分为滚动型（图1）和滑动型（图2）。

滚动轴承由外圈、内圈及轴承内、外圈之间的滚动体组成。轴承外圈固定于塔架上，轴承内圈通过高强度螺栓装配在主机架上。通过固定在主机架上电机带动外圈，从而带动主机架转动，实现对风。滑动式轴承的润滑是垫片干摩擦下的自润滑，相对运动件之间的摩擦力矩由垫片的粗糙度来决定，因而滑动衬片上的固体摩擦材料经过摩擦需保证自润滑，具有合适的摩擦力矩，同时还要控制磨粒材料磨损速度不能过快而造成滑动衬片寿命减少，所以对偏航齿圈表面粗糙度有更高的技术要求［3］。

1.2 工作条件

偏航轴承的轴承内外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。轮齿可采用内齿或外齿形式。外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上，加工相对来说比较简单；内齿形式是轮齿位于偏航轴承的内圈上，啮合受力效果较好，结构紧凑。由于风力机组常年在野外作业，工况条件非常恶劣，会遭受风雨、沙尘暴、海水等各种气候的影响；并且偏航轴承需要及时跟随风向和风速变化，还要承受巨大的倾覆力矩和冲击载荷。

2 偏航轴承结构分析

可以看出在2005年以前，针对偏航轴承的发明量较少，说明世界对偏航轴承的研发力度以及关注度都不高，通过对比国内外的专利申请可知，美国通用电气、德国西门子、丹麦维斯塔斯等国外公司依旧掌握着较为先进的技术，其专利转换成产品的比率较高，而国内目前主要有洛阳轴承集团和瓦房店轴承集团等少数公司拥有较多申请量。

3 偏航轴承发展趋势

能源短缺问题日益严重，风能形式的清洁可再生能源因而愈发受重视。为提高风力发电装机容量和机组功率，风力发电机正朝着大型化方向发展，通过对目前偏航轴承各方向的专利分布分析可知，偏航轴承的专利总数仍然较低，偏航轴承各方面技术都还有待挖掘，结合自身对偏航轴承领域的认识，笔者认为偏航轴承还存在以下几个方面的发展趋势：

（1）大型风力发电机依旧以滑动轴承为主，其滑动垫片的材料性能、粗糙度等方面的研究将逐渐加深；

（2）滚动轴承利用润滑油进行润滑，而润滑油的溢出将会影响风力发电机其他部件或污染环境，且润滑油通路很大程度决定了轴承的润滑效果，涉及滚动轴承的润滑油回收技术、润滑油内部通道的技术会日将增多；

（3）众所周知，目前的偏航系统多数仅存在单个轴承，单个轴承承载同时承受较大的径向和轴向载荷，改变单个轴承载荷的新型的偏航轴承支撑结构还有待进一步研究；

（4）风力发电设备越来越多，风力发电各组成部分的废旧部件的重复利用问题还有待研究。

参考文献：

［1］杨晓蔚.风电产业、风电设备及风电轴承［J］.轴承,2009（12）：54-59.

［2］苏凤宇,史航.浅析滑动轴承偏航制动系统在大型风力发电机中的应用［J］.农村牧区机械化,2010（02）：36-38.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.156