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三、连接结构对风电回转支承滚道承载能力的影响

回转支承直径大,截面尺寸相对很小,造成了回转支承的刚性不足的缺陷,安装法兰刚性、安装螺栓预紧力、安装端面平面度都将严重影响回转支承滚道承载能力,从目前国内风机装机运行情况来看许多卡桨、回转支承过早失效问题都源于风电回转支承的不良安装或安装基础刚性不足。参照相关文献建立风电回转支承的安装结构的有限元模型,可以分析各种安装因素对回转支承滚道承载能力的影响,为回转支承的合理安装和加工提供优化建议。

Chaib、Vadean、陈龙等人都对大型回转支承上的螺栓连接特性做了相应的研究,涉及螺栓的预紧力、套圈刚性、垫圈高度和螺栓位置等因素。这些因素还会影响回转支承滚道的接触载荷分布,例如螺栓连接处可以看作是安装基础的刚性点,而有研究表明安装基础上的刚性点会引起回转支承该位置滚球-滚道接触载荷的突变。Marciniec等研究了在柔性安装基础上三排滚柱式回转支承的载荷分布情况,他指出,与刚性安装基础相比,柔性安装基础不利于回转支承的载荷均匀分布,特别是在刚性点处会有很大的应力集中,刚性越好的安装基础回转支承的载荷分布会越好(分布越均匀),滚道承载能力也越大。他还分析了回转支承的轴向间隙对载荷分布的影响和上下安装基础的刚度比对载荷分布带来的不同影响。Zupan等人的研究表明:由于安装基础并非理想刚性体,回转支承载荷分布并非呈完全余弦分布,而是呈一种双驼峰分布形式。从文献报道来看,在螺栓预紧、安装基础刚性等方面有少量研究,至今还未见有安装端面平面度对回转支承运行性能影响的报道。

目前回转支承的设计和校核主要考虑回转支承滚道静态承载能力和滚动接触疲劳承载能力,即在极限工况下回转支承滚道最大接触应力不应大于许用接触应力,回转支承计算滚动接触疲劳寿命不应低于设计要求的寿命。相关的计算方法或设计理论都由普通轴承设计理论发展而来,用于大型、低速、复杂重载、安装与运行方式不同的风电回转支承究竟有多大误差、还需做哪些修正等都还没有确定的结论。另外,影响风电回转支承滚道承载能力的因素很多,如润滑、安装方式、运行环境等,目前的回转支承设计理论对这些因素考虑明显不足。综合考虑风电回转支承的特殊工况及各种影响因素,建立完善的风电回转支承设计方法或理论需要以大量的实践和试验数据为支撑。

现行风电回转支承的设计理论和方法很难对风电回转支承滚道承载能力或质量做出准确定量的描述,不能满足风电回转支承高承载能力和可靠性的设计要求,试验作为保障回转支承滚道承载能力的重要手段则具有相对可信的说服力,许多风机整机厂家在采购回转支承时要求供应商提供详细的承载能力试验数据。研发功能完善的试验装备、拟定合理可行的试验方案是摆在每个企业面前的两大难题。回转支承通常尺寸大、规格多样、载荷复杂,导致回转支承试验台开发的技术难度大、成本高,这也使得许多中小企业望而却步。从收集的资料来看,世界上已有部分科研院所和国际著名的大型回转支承研发制造企业建立了各种类型的回转支承试验台(详细介绍见第四章),并在试验台上进行了各种试验。 gUv1Osk38pWQSuzXqijPTrA/9OUJpYZzrOtm8vFLv5mr5QCiGubohfYv+YEbE7jd

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