一种风电转盘轴承尼龙隔离块强度的检测方法

赵扬，杨春峰，田世玲

(瓦房店轴承集团有限责任公司，辽宁 瓦房店 116300)

1 概述

风力发电是近年快速发展的一种可再生能源技术，基于风电设备的使用和维护特点考虑，风电转盘轴承要求满足20年的长寿命。风电轴承承载大，转速低，除工况环境恶劣外，其载荷特征也较为复杂，在运行中受轴向力、径向力和倾覆力矩的综合作用。尼龙隔离块在转盘轴承中主要起隔离滚动体的作用，其优点是质量轻，强度高，自润滑性能好。复杂的工况使有质量缺陷的隔离块在运行中出现碎裂，碎渣进入沟道和润滑脂，造成轴承早期失效。

尼龙隔离块在注塑成型过程中，由于人员、设备、材料、工艺、环境等因素的影响，会出现气泡、疏松和合模线强度不足等缺陷，大大降低了隔离块的机械强度，使隔离块在合套及运行过程中出现碎裂，给风电轴承的长寿命带来了隐患。目前，对隔离块机械强度的检测和指标控制尚未见报道。现根据隔离块的受力特点和长期的使用经验，研究出一种通过检测隔离块轴向及径向强度试验来间接检测尼龙隔离块内部组织缺陷及合模线强度不足的方法。

2 检测方法

2.1 检测设备

液压式钢球压碎载荷机或万能材料试验机要求试验机载荷误差不大于2%。

2.2 轴向强度

1)选择与被测隔离块尺寸相匹配的钢球2粒，要求钢球尺寸公差一致，表面不允许有碰伤、凹坑等缺陷；选择与钢球尺寸相匹配的压碎载荷胎具。

2)按图1将隔离块夹在2粒钢球中间，放置在液压试验机的压碎载荷胎具中，需保证胎具凹点与钢球及隔离块三者同心。

图1 尼龙隔离块轴向强度试验Fig.1 Axial strength test of nylon spacer

3)在压力试验机上选择不小于150 kN的量程，按(600±50)N/s进行平稳加载，其中隔离块外径不大于40 mm时选低速加载，外径大于40 mm时可适当提高加载速度。

4)持续加载，直至达到隔离块通孔的屈服点，其判定方法为：在匀速加载过程中，表盘指针会逐渐变缓直至几乎不动，而后出现突然加速的现象，此时表示隔离块通孔部位已达屈服点，记录此屈服力值即为隔离块的轴向强度。

注意：试验过程中不能突然改变加载速度和中途卸载。

2.3 径向强度

1)可不需要胎具，将隔离块立放在试验机载荷台上或钢球压碎载荷胎具中，即轴向与水平方向平行放置，如图2所示。

图2 尼龙隔离块径向强度试验Fig.2 Radial strength test of nylon spacer

2)压力试验机选择50 kN的量程，加载速度为(250±50)N/s。

3)持续加载，直至把中间透脂孔由圆弧形压至平行直线状且上下面相互贴合(外径大于40 mm只需平行不必贴合)，此时的力即为隔离块的径向强度。

注意：由于整个试验过程透脂孔需要持续观察，需1人操作设备，另1人戴好防护用具在3～5 m外观察，以防隔离块碎裂伤人。

2.4 判定方法

分别取3个隔离块进行轴向及径向强度试验，在压至极限载荷过程中不出现裂纹或碎裂现象，即表示隔离块的强度合格，满足轴承对其使用性能的要求。

3 效果验证

分别检测几种常用规格隔离块(进口尼龙1010)的轴向及径向强度，每一尺寸的试样不少于5组且不属于同一批次，每组6个试样，轴向与径向强度试验各3个，结果见表1，数据的偏差主要受工艺稳定性和温度、湿度变化等的影响。

表1 尼龙隔离块轴向及径向强度Tab.1 Axial and radial strength of nylon spacer

由于尼龙1010材料的半透明性，隔离块在生产中形成的内部气泡和疏松不可见，有此类缺陷的隔离块在试验中的碎裂面都分布有大小不均的气泡；另一种常见的缺陷是合模线强度不足，在径向强度试验过程中这类缺陷的碎裂面明显沿合模线分布，且可无气孔缺陷存在，合模线强度不足也会导致隔离块在合套及使用过程中发生碎裂。

此方法可有效检测隔离块的内部组织缺陷和合模线强度不足缺陷，从而准确评估尼龙隔离块的使用强度。经此方法检测合格的隔离块在合套及使用3～5年后未出现因隔离块质量导致的失效。