风电转盘轴承载荷谱的设计应用

许东海，高学海

(1.洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039；2.南京工业大学 机电一体化研究所，南京 210009)

近年来随着能源和环境问题日趋紧张，再生绿色新能源越来越受到世界各国的关注，其中风能已成为发展最为迅猛的新能源之一。变桨和偏航轴承(文中统称为风电转盘轴承)是目前主流MW级风电机组的关键部件，往往要求能够可靠运行20年以上，因此必须正确地分析、设计及校核风电转盘轴承。准确的载荷谱是相关计算的基础，因而应根据不同的设计需求准确地描述载荷谱。文中分别阐述了转盘轴承静强度、滚动接触疲劳的载荷谱，以期为转盘轴承相关的各种计算提供支持。

1 风电转盘轴承承受的载荷

1.1 变桨轴承

变桨轴承通常安装在风力发电机(以下简称风机)叶片的根部，随着风速变化，调整叶片的迎风角，以实现风机功率的平稳输出、气动刹车等[1-2]。变桨轴承所受的载荷即为叶根载荷，根据叶素理论和动量理论可以求解得到[3-5]。

为了描述风机叶根载荷，通常建立如图1所示的空间坐标系[6]，以叶根(变桨轴承)中心为坐标原点O，以风机轴向为x轴，叶片径向枢轴方向为z轴，x轴和z轴的正交方向为y轴，对应的每个方向的力和力矩分别为Fx，Fz，Fy，Mx，Mz，My。

图1 叶根空间力系示意图

在上述各种载荷中，Fx多源于叶片受风速作用产生的阻力，Fz多源于叶片自身重力及叶片转动过程中产生的离心力，Fy多源于叶片自身重力及叶片受风速作用产生的升力，Fx作用同时产生My，Fy作用同时产生Mx，Mz通常源于风速作用于叶片时对叶片产生的扭转力矩。……