文 献 综 述

1.1课题研究背景

风能作为可再生绿色能源受到世界各国的高度重视^[1],近年来风力发电技术朝大型化、商品化、实用化、集群化方向快速发展,发电成本持续下降,产业不断成长壮^[2-5]。近十几年中国风电装机容量迅猛增加,从1995年至今,我国风装机容量年增长率超过46%^[6]。

风电能源的需求拉动风电产业的发展,给我们带来经济效益的同时，也对设计制造技术提出了考验。其中轴承的设计制造技术仍然是限制我国风电设备国产化的重要因素,几乎是风电设备国产化发展的瓶颈^[7]。轴承属于风电机组不可或缺的核心零部件。风电轴承的范围涉及从叶片、主轴和偏航所用的轴承，到齿轮箱和发电机中所用的高速轴承^[8]。一般而言，风电轴承主要包括偏航轴承、变桨轴承、主轴轴承、增速器轴承和发电机轴承等。其中，偏航轴承一般采用单排四点接触球转盘轴承；变桨轴承一般采用双排四点接触球转盘轴承；主轴轴承一般采用调心滚子轴承、圆柱滚子轴承等；增速器轴承一般采用圆柱滚子轴承、单列圆锥滚子轴承、调心滚子轴承等；发电机轴承一般采用圆柱滚子轴承、深沟球轴承等^[9-11]。

风电轴承是风机所有运动部位的枢纽，作为风机的核心部件，风力发电机的受力和振动情况复杂，必须能够承受巨大的冲击负荷，在腐蚀、风沙、潮湿和低温环境下工作，同时要满足20年使用寿命和高可靠性的要求，这些都对轴承设计制造提出了巨大的挑战^[12]。针对目前我国风力发电机轴承设计、制造的状况,全国滚动轴承标准化技术委员会也已制定了相关标准#8212;#8212;#8212;J B/T10705-2007滚动轴承:风力发电机轴承。该标准规定了偏航、变桨转盘轴承以及传动系统轴承的设计、制造、检测和验收标准,以期对我国的风力发电机用轴承的发展起到推动作用^[13]。

1.2国内外关于风电轴承研究现状

国际著名风电轴承公司主要有德国ROTHEERDE(罗特艾德)、法国ROLLIX(劳力氏)、瑞典SKF、德国Schaeffler(舍弗勒)、美国TIMKEN和日本NSK等,在全球市场占据统治地位[14]。它们的高新科技对我国也处于封锁状态。以美国TIMKEN为例，铁姆肯公司有着100多年的发展历史，并在轴承领域持续创新。在世界轴承市场销售份额中列于前五。公司拥有完善的风电轴承产品系列，并开发出了计算轴承使用寿命的独特方法，称为”Syber轴承系统分析”。这对轴承设计时提供更高的可靠性^[15-16]。

我国对风电轴承制造方面起步较晚,2006年以前,国内风电设备配套轴承大部分都是进口,价格昂贵,交货周期长。随着国家大力投入，研发条件有了很大改善。以风电轴承研发为重要任务的瓦轴国家大型轴承工程技术研究中心已于2009年11月获得科技部批准建设，瓦轴的风电轴承系列试验台项目列入国家”863计划”重点项目，获财政拨款支持，目前项目正在积极实施中。最近，洛轴、轴研科技牵头申报的风电轴承国家科技支撑计划项目也获批准立项，研究对象包括风电轴承的2011年国家”973计划”项目#8212;#8212;#8212;”高性能滚动轴承基础研究”^[17]。在我国风电轴承产业领域，有1家国家大型轴承工程技术研究中心（瓦轴），3家国家认定的企业技术中心（瓦轴、洛轴、西北轴承），3家博士后科研工作站（洛阳轴研科技、西北轴承、天马），2家国家认可的实验室（洛阳轴研科技、瓦轴）^[18]。

风电轴承的设计方法在国内外都有很多种，由于国外起步比较早，方法比较成熟。国内也在不断的学习和创新。下面列举几种国内外设计方法：

（1）Garrad Hassan^[19]研发了可对风电机组整机性能进行载荷计算与控制的软件，对风电机组整机进行参数化建模，进行多种不同工况的载荷计算仿真和结果分析，且能自动生成报告。