对变桨轴承软带及变形计算的原理进行描述。以某大型风电机组变桨轴承为研究对象,采用有限元的方式在变桨轴承不同角度施加极限载荷和疲劳载荷,计算不同角度下变桨轴承内外圈的最大相对位移。基于该位移的大小确定轴承软带的设计位置及后续加工过程中软带位置处的打磨量,从而避免在风机运行过程中由于软带位置受载而导致的轴承损伤。

变桨轴承套圈堵塞孔即滚珠装配工艺孔,位于轴承套圈的软带区域,该区域硬度较低,抗碾压能力较弱是轴承套圈的薄弱环节,因此堵塞孔的位置选择是否合适决定了变桨轴承的强度与寿命.针对MW级风电机组变桨轴承套圈堵塞孔位置的确定问题,对其轴承的结构、几何和受载特性进行了分析,建立了轴承内圈载荷分布的静力学模型,基于载荷分布计算结果提出了堵塞孔位置的快速确定方法;并且采用有限元方法分析了变桨系统中轴承的接触载荷分布,验证了堵塞孔位置快速确定方法的准确性.

变桨轴承是风力发电机组中重要的部件之一,在发电过程中起着重要作用。基于MATLAB实现了变桨轴承结构参数的自动化设计。首先在输入界面输入已知条件,之后程序开始对数据进行处理,接着基于遗传算法对轴承进行优化设计,最后自动输出设计结果,从而实现变桨轴承的自动化设计,并建立了变桨轴承知识库,将轴承的数学模型和材料属性等存储在知识库,设计时直接调用即可,每次的设计结果也储存在知识库。以某型号的变桨轴承为设计算例,验证了此自动设计方法的可行性和有效性。

风力发电机使用过程中变桨轴承频繁出现漏脂现象,既污染环境,也降低了轴承的使用寿命。根据风电变桨轴承的结构特点和使用工况,通过改进密封圈结构设计、改变密封方式和增加密封槽,提高密封圈的密封性,满足风电变桨轴承的使用要求。

针对MW级风电机组变桨轴承静强度与疲劳强度分析的问题,建立了考虑轴承支撑结构刚度及螺栓连接的＂叶片-轴承-轮毂＂整体等效有限元模型。变桨轴承等效模型中滚球与滚道接触采用非线性弹簧等效,弹簧刚度利用Herz理论进行计算,并将弹簧节点与滚道曲面采用刚性联接,模拟滚球与滚道的接触边界条件;轴承与叶片、轮毂的螺栓连接采用梁单元进行等效,两端分别与被联接零件刚性联接,模拟轮毂-轴承-叶片螺栓联接接触边界条件;模型中弹簧载荷即为滚球载荷,基于Herz接触理论将得到的滚球载荷转化为接触应力,并可以分析滚球接触角变化与套圈变形及应力。采用此模型并结合ISO标准可以在考虑支撑结构及螺栓连接的基础上有效地分析变桨轴承静强度及疲劳强度,并且减少大规模接触计算,提高了计算效率。

针对风力发电机变桨轴承在使用过程中出现套圈断裂的问题,以某3 MW风力发电机用变桨轴承为例,基于有限元对套圈在极限工况下的套圈应力以及疲劳强度进行分析,得到内、外圈易产生断裂的位置处于与来风方向的夹角分别为137.0°~152.6°和151.4°~155.5°区域。提出了在轴承内圈轮毂侧以及外圈叶片侧分别增加凸缘结构的改进措施,改进设计后变桨轴承最大等效应力明显降低,最小疲劳安全系数增大,轴承整体强度明显增大。