兆瓦级风电机组变桨轴承设计与技术要求

　　变桨轴承作为风电机组的关键部件，是和变桨驱动装置一起作用，改变叶片角度（即改变桨距角）实现对叶片输出功率的控制和桨叶安全性保证。由于变桨轴承需要承受三个方向交变载荷和叶片高频振动直接传导到变桨轴承的震动，工作环境恶劣，高温、高寒、高原、高盐、高风沙，因此变桨轴承的设计与技术要求的确定是保证二十年使用寿命的关键。
　　1 轴承的设计
　　在设计时考虑到安装空间和承受的交变载荷，启动摩擦力矩，即在最小的尺寸范围，具有承受最大的载荷能力和最小的启动摩擦力矩。相对兆瓦级变桨轴承，单排四点接触球轴承虽然在启动摩擦力矩方面有比较好的优势，但在相对的尺寸范围内，无法满足兆瓦级风电机组的载荷要求，因此为满足兆瓦级风电机组在有限的尺寸空间满足兆瓦级风电机组载荷和启动摩擦力矩要求，双排四点接触球轴承的结构是能够在有限的尺寸空间满足兆瓦级风电机组载荷和启动摩擦力矩要求。轴承的材料是保障轴承满足承载能力的基础，轴承材料为套圈采用炉外精炼真空脱气的合金结构钢42CrMo4V，钢球采用炉外精炼真空脱气的高碳铬轴承钢GCr15G、Cr15SiMn，保持架采用低合金高强度结构钢Q345C 或合金结构钢QSTE380Tm。
　　设计的方法是：根据空间尺寸大小和叶片法兰的尺寸确定轴承的外形尺寸，确定轴承的内部结构尺寸即钢球的尺寸，依据风电机组叶片载荷谱计算轴承的承载能力与疲劳寿命，根据计算结果进一步完善轴承的内部结构，完成轴承的设计。
　　1.1 轴承内部结构设计
　　轴承的内部结构设计包括沟道曲率系数的确定、堵球孔与软带位置的安排、保持架引导面和保持架的设计、密封的设计。沟道曲率系数决定了承载能力和轴承的动摩擦力矩，外圈沟道曲率系数一般按0.53，内圈沟道曲率系数一般按0.525，这种设计比较合理，适合用在车制工艺；若采用双沟道同步加工的工艺时，沟道曲率系数设计为内、外圈0.525，虽然外圈增加的承载能力无实际意义，但为加工提供很多方便。
　　堵球孔的孔径一般为1.15 ～ 1.25 倍钢球直径，固定堵球块的锥销方向一定要注意，必须保证安装大端面与轮毂安装面向接触，也可采用紧定螺丝对固定堵球块的锥销进行紧固，防止在运转时锥销脱落。
　　轴承内、外圈共有四个沟道，每个沟道均有一个热处理工
艺软带（含装球孔），套圈软带位置应相错对称180°；虽然轴承在安装时，已将软带位置装在最小或很少受倾覆力矩的位置，但轴承在运行过程中不可避免的要承受部分倾覆力矩，因此两个沟道在相同位置软带不能全部受到载荷，而一个沟道软带位置对应的另一个沟道位置是能够承受载荷，从而保证在实际运行时，在最小或很少受倾覆力矩的位置，能够保证相当于 有一个沟道在承受载荷。
　　轴承内外圈的外内径与内外径是保持架的引导面，外内径与内外径之间的距离要大于保持架厚度3mm ～ 5mm，该距离依据保持架的结构和制造精度来取值，分体式保持架距离小，整体式保持架距离大；保持架圆度精度高则距离小，保持架圆度精度低则距离大；但宽度距离要保证轴承在负载运行时不能发生“啃边”发生即轴承在负载运行时钢球与沟道接触区不能和沟道保持架引导面过度区相重合。
　　变桨轴承铁保持架轴向采用钢球引导，径向采用套圈的外内径与内外径共同引导。保持架一般分为分段式、一体不焊接式、整体焊接式，要尽量选用整体焊接式保持架。保持架的厚度依据钢球的直径大小来选择为4mm ～ 8mm ；梁、框的宽度尺寸应大于6mm。