首次发布的风电轴承标准解析
  
作者：王开远   出处：中国船舶与海洋工程网信息中心   分类：海洋工程
   发布时间：2012/3/15 10:37:02

海上风力发电机设备离不开轴承。2007年首次发布的JB/T10705-2007《滚动轴承 风力发电机轴承》是关于风力发电机用滚动轴承外形尺寸和技术要求的产品标准。此标准统一了国内风电轴承制造的生产标准，打破了制约国内风电轴承行业发展的瓶颈，填补了国内空白，也为保证海上风力发电设备的可靠性提供了技术保障。

1、标准出台的背景及标准概述

风力发电轴承是风力发电机上的重要零件之一，直接影响风力发电机的可靠性，以前一直没有专门的产品标准。 20世纪90年代后半期开始，由于强调利用自然能源，减小二氧化碳排放造成的全球气候变暖日益受到关注，作为清洁、可再生能源的风力发电需求量呈快速增长的态势，尤其近年来国内外风力发电量急剧上升。风电产业的快速增长，必然以风电设备的快速增长为支撑，从而带动对风电机组配套轴承的旺盛需求。

风力发电机轴承不仅需求量增长快速，而且要求提高产品质量和可靠性。风力发电机常年在野外工作，工况条件比较恶劣，温度、湿度和轴承载荷变化很大，风速最高可达23m/s，有冲击载荷，因此要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命和高可靠性。风力发电机的可靠性要求超过20年。而作为为其配套的轴承，也要求具有超过20年的使用寿命。此外，风力发电机在2-3级风时就要启动，并能跟随风向变化，所以轴承结构需要进行特殊设计以保证低摩擦、高灵敏度。大型偏航轴承要求外圈带齿。因此，用于风力发电机的轴承，其结构、材料、制造、润滑及密封等都要进行专门设计。同时，风力发电设备的大型化发展，也促使轴承结构的大型化。现已开发出的便携式高刚度特大型风机主轴轴承，外径已超过1米。

为了适应风电轴承发展的需要，保证风机轴承的可靠性及产品质量，给风机轴承的设计、制造、检验等提供依据，国家发改委于2007年首次发布了风力发电机轴承标准。该标准的出台填补了我国缺少风力发电机轴承产品标准这一空白，必将大大带动国产风力发电机轴承的快速发展。

JB/T10705-2007《滚动轴承 风力发电机轴承》由中国机械工业联合会提出，洛阳LYC轴承有限公司起草，于2007年3月6日发布的，于2007年9月开始实施。该标准参考了现行的JB/T10471-2004《滚动轴承 转盘轴承》，分为范围、规范性引用文件、符号、轴承代号方法、结构型式和外形尺寸、技术要求、测量方法、检验规则、标志等共九章和两个附录。两个附录均为资料性附录，分别给出了偏航、变桨转盘轴承的安装与保养以及部分非标偏航、变桨转盘轴承的结构类型、型号、外形尺寸等。本标准适用于风力发电机配套偏航、变桨转盘轴承以及传动系统轴承的生产检验和用户选型、验收。

2 轴承代号方法

轴承代号是识别轴承的重要信息，轴承的制造者和使用者必须了解。风力发电轴承分为偏航轴承、变桨轴承以及传动系统轴承三类。本标准规定的偏航轴承和变桨轴承的代号方法，与JB／T10471—2004《滚动轴承 转盘轴承》的规定是一致的，均由基本代号和后置代号两部分组成，两者之间用圆点“．”分隔。基本代号又分为前部、中部和后部三个部分。前部为结构型式代号和传动型式代号，中部为滚动体直径，后部为滚动体中心圆直径。各部分之间用圆点“．”分隔。后置代号是当轴承的材料及热处理方式、公差等级、尺寸、密封、技术要求等有改变时，在基本代号后添加的补充代号。其中，公差等级代号与其前一项内容之间用斜杠“/” 分隔。公差等级为“0”时，可以不标注。

本标准所规定的传动型式代号、后置代号排列顺序、材料及热处理方法代号与JB／T10471—2004的规定相同。结构型式代号中，给出了四点接触球式和双排四点接触球式两种结构型式代号，分别为“01”和“03”。 双排四点接触球式代号之所以采用“03”表示，而不是按顺序用“02.”表示，是因为在JB／T10471—2004标准中代号“02.”已用来表示双排异径球转盘轴承。

本标准对传动系统轴承代号没有特殊规定，要求按GB/T272《滚动轴承 代号方法》和JB/T2974《滚动轴承 代号方法的补充规定》执行。

3 结构型式和外形尺寸

本标准对偏航、变桨转盘轴承，规定了单排四点接触球转盘轴承（简称为四点接触球转盘轴承）和双排四点接触球转盘轴承两种结构型式及外形尺寸。每种类型又分为无齿式、外齿式、内齿式三种结构，并分别给出了相应的结构示意图。其中包括无齿式四点接触球转盘轴承、内齿式四点接触球转盘轴承、外齿式四点接触球转盘轴承、无齿式双排四点接触球转盘轴承、内齿式双排四点接触球转盘轴承、外齿式双排四点接触球转盘轴承等六种型式。其中，前三种单排四点接触球转盘轴承结构型式及其外形尺寸与JB／T10471—2004标准相同，而后三种双排四点接触球转盘轴承及其外形尺寸是本标准新增加的，JB／T10471—2004标准中没有。标准对传动系统轴承的结构型式与外形尺寸没有特殊规定，可采用标准的圆柱滚子轴承、调心滚子轴承或深沟球轴承。

4 技术要求

风力发电机轴承的技术要求包括材料和热处理、偏航和变桨转盘轴承套圈齿轮的要求、公差、表面粗糙度、游隙、启动摩擦力矩、润滑油孔、密封圈、防腐处理等。由于偏航和变桨转盘轴承、传动系统轴承两者的工作条件不同，因此，标准按偏航和变桨转盘轴承、传动系统轴承两类分别规定技术要求。其中偏航和变桨转盘轴承工作条件恶劣，所以，技术要求相对严些。

4.1材料和热处理

材料和热处理是保证轴承内在质量的决定性因素，也是提高风力发电机轴承可靠性的关键。本标准所规定的轴承滚动体、套圈的材料与热处理要求见表1。滚道表面淬火硬化层深度的规定见表2。

表1 风力发电机轴承材料与热处理

表2 滚道表面淬火硬化层深度        单位：mm

从表1可见，偏航、变桨转盘轴承所用材料与传动系统轴承是有差异的。而对传动系统轴承而言，不论是滚动体还是套圈，都可以用相同材料制造。这些都与JB／T10471—2004的规定不相同，需要引起注意。但本标准关于滚道表面淬火硬化层深度的规定与JB／T10471—2004标准相同。

还值得说明的是，由于风力发电机可能工作在极寒冷的地区，环境温度低至-40℃左右，轴承的工作温度在-20℃左右，要求轴承在低温条件下必须能够承受大的冲击载荷，因此，本标准要求轴承套圈的材料在调质处理后，取轴承套圈上的一部分做成试样或者是与套圈同等性能和相同热处理条件下的试样做低温冲击功试验。本标准规定，偏航、变桨转盘轴承套圈在-20℃时冲击功AKV不小于27J，冷态下-30℃AKV可由供需双方协商确定。这项规定也是JB／T10471—2004所没有的。

4.2偏航和变桨转盘轴承套圈齿轮

对于套圈带齿的轴承，标准明确规定，套圈齿轮采用渐开线圆柱齿轮，齿轮径向变位系数x=+0.5，根据需要可采用其他变位系数。齿轮精度一般不低于GB/T10095.1-2001和GB/T10095.2-2001中规定的998GK。这与JB／T10471—2004的规定是一致的。

4.3公差

偏航和变桨转盘轴承公差等级由高到低分为0、6、5。标准给出的偏航和变桨转盘轴承的尺寸公差和旋转精度分别见表3和表4。而传动系统轴承的尺寸公差和旋转精度没有特殊规定，符合GB/T307.1-2005《滚动轴承 向心轴承 公差》和GB/T307.4-2002《滚动轴承 推力轴承 公差》即可。

表3 尺寸公差                 单位： μm

表4 旋转精度                单位： μm

表3和表4中各符号的含义与GB/T7811-2007《滚动轴承 参数符号》中的规定相同。对偏航和变桨转盘轴承而言，尺寸公差值与JB／T10471—2004的规定是一致的。不同的是本标准只规定了轴承内径或外径在630mm~4500mm范围的尺寸公差值，而JB／T10471—2004的尺寸范围较大，为150mm~6300mm。而旋转精度的规定与JB／T10471—2004标准相应规定不同。还需说明的，一是非定位直径的Δds、ΔDs可分别按H12和h12的规定；非定位直径的Kia、Kea可不予要求。二是在使用表3时，公差ΔTs、Δds按d查表，ΔDs应按D查表；在使用表4时，内圈和外圈的精度应分别按d和D查表确定。

4.4游隙

众所周知，轴承工作游隙的大小对轴承的滚动疲劳寿命、温升、噪声、振动等性能都有影响。由于偏航、变桨轴承的冲击载荷比较大，风吹到叶片上震动也大。因此，标准对偏航与变桨轴承的游隙有特殊要求。要求变桨轴承的游隙值不大于零，即可为零游隙或者稍微的负游隙值。偏航轴承要求为小游隙值，即0μm~50μm。而JB／T10471—2004所规定的游隙值都比较偏大，不适合风力发电机轴承。传动系统轴承的游隙满足GB/T4604-2006《滚动轴承 径向游隙》的规定即可。

4.5启动摩擦力矩

启动摩擦力矩的要求也是风力发电机轴承的一项特殊要求，在JB／T10471—2004标准中没有这项要求。这项要求是专门针对偏航和变桨轴承提出的。由于风力发电机偏航和变桨轴承的转动都由驱动电机驱动，轴承在负游隙或小游隙状态下应保证驱动电机能驱动，因此，轴承在装配后需要空载测量启动摩擦力矩。因为具体力矩数值根据主机驱动系统的不同也不尽相同，所以，标准对偏航、变桨轴承的启动摩擦力矩值未做出具体规定。当有启动摩擦力矩要求时，可由制造厂与用户协商确定。

4.6防腐处理

由于风力发电机设备在野外工作，而且偏航、变桨轴承的一部分是裸露在外面的，会受到大气污染，高湿度的环境也会腐蚀轴承基体，因此，裸露在外面的偏航和变桨轴承的部位要求进行表面防腐处理。标准要求偏航和变桨轴承套圈除滚道和齿轮部分外，要按GB/T9793-1997《《金属和其他无机覆盖层 热喷涂 锌、铝及其合金》和JB/T8427-1996《钢结构腐蚀防护热喷涂锌、铝及其合金层选择与应用导则》的规定进行热喷涂防腐处理。镀锌时防腐层厚度不应小于160μm。

5 检验项目及测量方法

标准规定的检验项目包括外观质量、轴承型式、尺寸公差和旋转精度、游隙、滚道硬度、启动摩擦力矩等。与JB／T10471—2004标准相比，多了轴承型式和启动摩擦力矩两项。其中，尺寸公差和旋转精度、游隙、滚道硬度等按JB／T10471—2004标准规定的方法进行检测。标准对启动摩擦力矩的测量方法做出了具体规定。启动摩擦力矩采用弹簧秤测量。操作时将轴承内圈基准端面水平置于平台上，将弹簧秤一端固定在轴承外圈上，拉力方向应垂直于轴承半径方向且与轴承端面平行，拉动弹簧秤。当轴承从静止到开始转动时，读出此时弹簧秤的读数，在乘以力臂即为轴承的启动摩擦力矩。

6 偏航、变桨转盘轴承的安装与保养

对于轴承使用者来说，很关心轴承的安装与保养问题。标准以资料性附录的形式给出了偏航、变桨转盘轴承安装与保养的规定，供用户参考。如果用户有更好的安装和保养方法，可以不用标准规定的方法。

6.1安装方法

每套轴承在安装使用前均应对与之相配的配合表面进行必要的检查，支承轴承的部件除应具有足够的刚度外，其配合表面还应进行机械加工，消除表面杂物和毛刺。标准明确给出了支承部件配合表面的技术要求。

为用户提供的偏航、变桨转盘轴承的套圈上均有淬火软带，用户在安装时应使该软带位置置于非载荷区（装填塞位于软带处）。安装时应先将转盘轴承径向定位，然后交叉拧紧安装螺栓，并检查转盘轴承的回转情况。为确保转盘轴承传动平稳，应在安装螺栓未完全拧紧之前，对齿轮进行啮合检查，拧紧螺栓时的预紧力为螺栓材料屈服极限对70％，安装螺栓时应配备调质平垫圈，不应使用弹簧垫圈。偏航、变桨转盘轴承在安装时其紧固螺栓应达到一定的预载荷。标准给出的预载荷见表5。

表5  各种螺栓的预载荷

6.2保养

偏航、变桨转盘轴承安装完毕后应填充润滑脂，且边充边转动以使润滑脂均匀分布。第一次填脂一般应充满轴承内部空间。安装好并投入运转的轴承，在连续运转100h后检查并补充油脂一次，以后没连续运转500h后重复一次。对于高温环境下工作的轴承，该周期应适当短一些。当机器长时间停止运转时，也应对其充填足够的润滑脂。

（辽宁五一八内燃机配件有限公司总师办 15114136851）