风力发电机轴承拉卸工具开发

侯茂忠，徐 辉

(上海电气集团上海电机厂有限公司，上海 200240)

0 引言

随着全球能源危机的日益加剧，风电市场产能得到扩大，风能作为一种绿色能源，目前正处于飞速发展阶段。双馈异步风力发电机以其优越的性能，良好的性价比占据了绝大部分的风电市场。我公司的双馈风力发电机，结构紧凑体积小、容量大，整体处于国内领先水平。

紧凑的结构，给生产制造和售后服务带来了一些困难。特别是轴承拉卸，由于空间狭小，以往的轴承拉卸工具和SKF轴承拉卸工具都无法满足要求，拉卸下来的轴承均存在或多或少的损坏，大部分无法再次使用。

1 传统的拉卸工艺和存在的问题

1.1 传统的拉卸工艺

1.1.1 定位板结构的拉卸工具拉卸轴承。中型电机滚动轴承拉卸一般采用此方式进行轴承拉卸，早期采用定位板加起顶工具的拉脚，结构简单，使用方便，在电机行业广泛使用，定位板结构如图1所示。

1.1.2 SKF轴承拉卸工具拉卸轴承。我公司在广泛使用SKF轴承后，发现SKF轴承拉卸有专用的工具和拉卸方式，能保证拆下的轴承基本没有损伤或很少出现损伤，轴承可以再次使用。SKF公司的轴承拉脚有机械式拉拔器、液压式拉拔器、三片式拉拔片、液压柱塞式拉拔器、爪式拉拔器等等，在各式繁多的拉拔器中，考虑到电机轴承结构和电机结构，我们选用三片式拉拔片作为拉卸常规中型电机轴承的工具。结合三片式拉拔片，公司自行设计制作了起顶工具与其配合使用，基本满足了中型系列电机的滚动轴承拉卸，且基本可以保证拉卸下的轴承质量。SKF三片式拉拔片如图2所示。

图1 定位板

1.2 存在的问题

1.2.1 定位板结构的拉卸工具，结构上有一定的缺陷，缺口降低了板的整体强度，两侧螺孔的分布方式造成受力不均匀，易弯曲变形，变形后的拉卸工具在拉卸轴承时，会对轴承产生影响。风力发电机的结构紧凑，轴承内侧空间狭小，特别是2 MW水套式结构，内侧空间仅有25 mm，原结构定位板根本无法放入，如制作相同结构的定位板，强度更无法满足拉卸的要求。

图2 SKF专用拉脚

1.2.2 SKF专用拉卸工具，其三片式定位板最小的厚度为30 mm，无法放入轴承内侧，只能拉到轴承外圈，如果拉轴承外圈，拉下的轴承滚珠必然产生损伤，无法再次使用。

2 新结构拉卸工具和改进升级

在对风力发电机的结构作了分析、对原有的两种拉卸方式做了比较后，我们对尺寸进行了排算。针对风力发电机，制定了开发新结构专用轴承拉卸工具的方案，整体结构如图3所示。

图3 新结构轴承拉卸工具

2.1 新结构拉卸工具

2.1.1 主板体

主板体包括定位板和弧形板，定位板如图4所示、弧形板如图5所示。定位板为圆环状，中间开U型缺口，使用时装在发电机转轴上的轴承内侧，定位板内圆靠近轴承侧带有凸台，凸台正好作用在电机轴承的内圈上。凸台外径尺寸应大于轴承内圈外径，小于轴承外圈内径，在保证定位板不接触轴承外圈的情况下，凸台高度应尽量小，初步设计方案选择了2 mm高度。定位板的U型缺口内径应略大于发电机转轴(定位板安装位置)直径，由于我公司风电轴承规格大多数为Φ150 mm，所以定位板的U型缺口内径选用Φ151 mm，即单边留0.5 mm间隙，避免碰擦转轴表面而产生偏差。风力发电机的轴承内侧空间仅约为25 mm，故拉卸工具的定位板总厚度要小于25 mm，考虑到电机加工装配的累积误差等因素，轴承内侧定位板总厚度取22 mm；减去凸台厚度2 mm，其余部分厚度为20 mm。在定位板的外圆侧增加一个较高的圆弧凸台，来提高定位板的整体强度，圆弧凸台的内径要大于轴承外圈的外径，以避开轴承外圈。在定位板上均布三个拉螺杆的安装螺孔，其中一个位于正上方；另外还有4个安装弧形板的螺孔。主板体的另一部分弧形板，将弧形板安装在定位板上，正好与定位板上的圆弧凸台构成整个圆环凸台，强度得到很大提升。拉螺杆作用时，为防止定位板变形。三个拉螺杆都作用在定位板上，受力均匀。在弧形板上增加两个通孔，以避开定位板上另外两个拉螺杆的安装螺孔。

图4 定位板

图5 弧形板

原定位板和加强定位板结构比较见图6。原定位板缺口使其整体强度下降，且原定位板螺杆位置分布在两侧，受力后容易弯曲变形。改进设计考虑到了这个问题，对此进行了分析，增加弧形板，补全缺口，增加整体强度，拉螺杆数量也改为三个，且均匀分布，如图7所示。

图6 定位板比较图

图7 新结构定位板

2.1.2 拉螺杆

三根拉螺杆，用于轴向连接定位板和起顶板，原拉螺杆采用M12螺杆，强度较差，螺杆易弯曲，影响轴承拉卸质量。现将三根拉螺杆由M12改为M24，以提高其强度。

2.1.3 起顶板

图3中的1 300部件即为起顶板，详细结构图如图8所示。一块三角形钢板，其三个角上有三个孔，是用来安装拉螺杆的，其位置同定位板上安装拉螺杆的螺孔。起顶板与定位板之间使用三根拉螺杆进行连接固定，起顶板中间镶嵌了一个螺纹套，用来安装起顶螺杆。因为此螺纹经常使用，且要承受很大的轴向拉力，为了防止螺纹受损，导致起顶板直接报废，所以，我们没有在起顶板中间直接加工螺孔，而是采用镶嵌特殊处理过的螺纹套方式，以提高螺纹强度，且不损伤起顶板，如果螺纹套螺纹产生损伤，可以通过更换螺纹套的方式保证拉卸工具继续使用。

图8 起顶板

2.1.4 起顶螺杆

起顶螺杆如图9所示，安装使用时，在其左端圆弧形凹槽与转轴端面之间放入一个大小适合的钢珠，在起顶螺杆旋转时，钢珠可以减小摩擦力。将撬棒插入到起顶螺杆右端的孔里，扳动撬棒，使起顶螺杆旋转，起顶螺杆旋转并带动起顶板向轴向外侧移动。起顶板通过三根拉螺杆带动定位板向轴向外侧移动，定位板推动轴承内圈向轴向外侧移动，最终将轴承拉卸下来。

图9 起顶螺杆

新的拉卸工具结构简单，使用方便，通过弧形板来补全定位板上的缺口，增加了定位板的整体强度，并且保证了定位板在三根拉螺杆受力处的强度，避免了定位板因受力不均而产生弯曲变形。同时，在定位板上特殊设计的凸台在工作时只施力于轴承内圈上，避免了触碰到外圈而导致轴承损伤的情况发生。

2.2 改进升级

新结构拉卸工具虽然可以满足使用要求，但其结构还是非对称的设计方案，长时间使用也可能会变形，通过仔细研究，我们新设计了一个哈夫式拉卸工具，如图10所示，定位板采用哈夫式结构，四根拉螺杆等。

图10 哈夫式拉卸工具

2.2.1 哈夫式定位板

新结构定位板开了一个U型缺口，虽然在外圆上进行了补全，但担心长期使用，定位板仍然可能会产生变形，我们将定位板的结构进行了改进升级，将定位板做成哈夫式的，如图11所示，分左右两个半圆弧部件对称组成。使用时，将两个半圆弧部件卡在轴承内侧的转轴上，采用螺栓进行连接固定，拼装好后，定位板作为一个整圆部件，外圆同样设置有凸台，以增加整体强度，并且设置有四个拉螺杆螺孔，两个半圆弧是完全对称。内圆同样设置有与轴承内圈相接触的凸台，且哈夫式定位板内圆上的凸台为整圆结构，不会有缺口，轴承内圈受力非常均匀，拉卸时，轴承所处状态会更好。

2.2.2 起顶板、拉螺杆和起顶螺杆

起顶板结构同样做相应调整，三个拉螺杆孔改为四个，孔的节圆位置与定位板上的拉螺杆螺孔位置相同，同样，起顶板中间为起顶螺杆的螺孔。

拉螺杆和起顶螺杆结构与之前的相同，仅尺寸上有点差异。

图11 哈夫式定位板

图12 起顶板

3 小结

在成功完成了滚动轴承内侧空间小的轴承拉卸工具后，现场拉卸了大量的轴承都可再次使用到产品上，质量可靠稳定。此种结构轴承拉卸工具作为专用工装，在轴承拉卸领域具有相对的优势。

改进升级后的拉卸工具结构为哈夫式，结构对称，强度进一步提升，并且兼顾方便使用的特点。哈夫式轴承拉卸工具结构得到了完善，操作更加方便，不仅为装配提供了拆卸滚动轴承的手段，也给售后维修提供了新的方法。