偏航轴承的作用及维护注意事项

偏航轴承用于支撑水平轴风力机的机舱。它位于旋转机舱和静止塔架之间，传递来自机舱和塔架的风载。有关偏航轴承，过去普遍选用两种不同的解决方案，即滑动盘或者滚子轴承。

滚子轴承常设计成回转轴承，它有能力承受轴向和径向以及力矩的联合作用。偏航运动由安装在机舱上的齿轮完成，机舱上的齿轮与偏航齿圈啮合。回转轴承如图6-28所示，通过螺栓安装在机座表面。通常，螺栓的质量等级是10.9级，见附录A。

安装表面的间隙应符合轴承制造商的规定。为了避免轴承变形，接触表面必须仔细加工，注意周围结构的刚度。橡胶填料的应用可以补偿不规则的接触表面。

用于偏航系统中的回转轴承不同于通常的轴承，它承受往复运动，这种往复运动及低转速意味着回转轴承油膜厚度与粗糙度的比值相对较低。

往复运动轴承额定载荷的计算在NWTC中描述，它非常复杂，包含以载荷变化以及轴承旋转位置作为时间的函数。实际上，更普遍的是，轴承生产商提供设计计算或提供如何确认设计的方法。

与标准的滚子轴承不同，标准滚子轴承的强度由额定载荷C表示，回转轴承的强度是以曲线的形式给出的，曲线给出了允许的等效倾覆力矩与等效的轴向载荷之间的关系，参见图6-29所示的例子。

图6-28 四点球轴承

等效轴向载荷F_eq通过径向载荷F_r以及轴向载荷F_a计算，计算方式与通常的滚子轴承一样，即

F_eq =（XF_a+YF_r）K_AK_S

式中 X，Y——组合因子，取决于轴承类型和F_a与F_r的比值，X和Y的值由制造商提供；

K_A——应用因子，推荐的范围对偏航轴承是1.7～2.0；

K_S——安全因子，等于相应载荷工况下对应载荷的部分安全因子。

倾覆力矩的计算见6.10.1节，表示为M_t，等效倾覆力矩M_eq计算为

M_eq=M_tK_AK_S

K_A和K_S针对轴向载荷选取。

图6-29所示的服务寿命曲线通常由轴承生产商提供。服务寿命曲线代表了等效倾覆力矩与等效轴向载荷的组合，在此载荷下，在规定的转速下，失效概率是10%。注意，不同的生产商规定了相应于服务寿命曲线的不同转速，这个转速是轴承寿命的度量。如果已经计算了M_eq和F_eq，相应的点P可以如图6-29所示那样画出。延长线OP与服务寿命曲线在L点相交。生产商以旋转次数的形式给出轴承寿命，可以通过乘上线段比率|OL|/|OP|加以放大。

图6-29 轴承寿命曲线

对于风力机上的任何其他零件，轴承的动载荷通过一个或多个载荷谱来反映，或者采用更简单的方式，采用几个载荷工况来反映，假定这些载荷工况代表了轴承在整个设计寿命期所经历的载荷。在后一种情况下，应该模拟至少4种载荷工况。规定载荷谱的等效载荷或一套有代表性的载荷工况可以根据下式计算：

式中 P——等效轴向力F_eq或者等效倾覆力矩M_eq，根据所考虑的是轴向力还是倾覆力矩而定；

O_i——相应于载荷谱中第i个离散载荷块P_i的作用时间或者采用载荷工况时的第i个载荷工况；

p——轴承指数，对球轴承它取值为3，对滚子轴承它取10/3。

与图6-29所示类似的曲线用于计算在轴承的极限载荷时的裕度系数。等效载荷F_eq和M_eq的计算也是类似的。因子X、Y等对于不同的应用有所不同。

如果回转轴承是正齿轮，生产商一般规定允许的切向力，它归结于齿根处的弯曲应力以防止齿牙失效。

回转轴承上的摩擦力矩可以计算为(www.xing528.com)

式中 M_yaw——摩擦力矩；

μ——摩擦系数；

M_t——倾覆力矩；

F_a——轴向力（重力）；

F_r——径向力（推力+滑移）；

D_r——轨道直径。

对于四点球轴承，系数可以设定为μ=0.006、a=2.2、b=0.5及c=1.9。

回转轴承的恰当润滑是非常重要的。必须严格遵守制造商对于润滑脂牌号、数量以及润滑间隔的指导。

改进轴承润滑的一种办法是周期性地让轴承旋转通过一个至少等于一个轴承分区的角度。

每6个月应检查一次轴承密封。

DNV（1992）建议为了防止失效、保证安全，偏航齿圈齿牙应是1.6。

回转轴承的另一种替代方式是滑块轴承，它常设计成由几个滑块和滑爪组成，在塔架顶部与机舱啮合，如图6-30所示。

用作滑块轴承的材料是铸型聚酰胺盘或类似相对较强的材料，具有很好的滑动性、很强的耐磨性。

表6-7给出了4种相关材料的性能，列出的力学性能是未强化的材料。给出的数据只能用作指导，因为来自不同制造商的数据变化很大。

图6-30 滑块轴承示意图

表6-7 用于滑动轴承材料的材料特性

聚亚胺酯（PUR）具有很高的抗拉强度，失效时具有很大的拉伸性，易于延展。它也有很好的耐磨性，同时耐油和油脂。不同形式的PUR按照它的支撑硬度进行分类。聚亚胺酯的杨氏弹性模量随支撑硬度呈指数增长。

聚酰胺（PA）通过机械强度与化学抵抗的组合来反映，它具有良好的滑移特性和高疲劳强度。PA根据其分子中的碳原子数量来分类。

乙缩醛（POM）提供了出色的内在润滑性、抗疲劳性以及抗化学性。乙缩醛在高温时会有除气问题，在低温时易碎。

聚乙烯对苯二亚甲基（PET）具有很好的抗裂纹性，这意味着它可以吸收很大的静载荷。它也具有很好的尺寸稳定性、耐磨损性和较低的摩擦。相反地，它对缺口具有很强的敏感性。

用作滑动轴承的盘，一般也需要油脂润滑以得到足够低的摩擦力矩以及对钢部件的腐蚀保护。

滚动轴承与滑动轴承之间主要的不同是滑动轴承有很大的摩擦阻力，因此滑动轴承要求较大的偏航电动机，但制动能力比滚动轴承的要小。