安装螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形的影响
风力发电机组塔筒螺栓断裂对结构的影响分析
风力发电机组塔筒螺栓断裂对结构的影响分析摘要：随着传统能源的枯竭和环境问题的日益突出，风能作为一种清洁无污染的可再生能源，受到世界各国越来越多的重视。
风能是可再生的清洁能源，随着煤炭资源日益匮乏以及人们环保理念的持续加强，对风能等清洁能源的需求持续增加。
风能资源量大质优，因而风力发电受到社会各界的持续关注。
风电机组的塔式结构使塔筒承担机舱及叶片的自重及风的水平荷载，由于风速的时变特性，导致风电机组运行在交变载荷工况下，随着运行时间的增加，塔筒的连接螺栓承受的交变应力作用易引发其疲劳失效，如果定检过程中没有及时发现将引发较为严重的后果。
基于此，本篇文章对风力发电机组塔筒螺栓断裂对结构的影响进行研究，以供参考。
关键词：风力发电机组；塔筒螺栓断裂；结构；影响分析引言风电已成为我国能源电力领域的一支生力军。
风电塔作为风力发电系统的重要组成部分，是一种新型的高－柔薄壁结构，其上部的机舱、轮毂、叶片质量较大，这种“头重脚轻”的结构形式不利于风机塔承受荷载。
根据风力发电特性，其普遍所处位置与自身高度都处于比较高的位置，所以风电机组的安装成为一件技术性、安全性特别强，且工作量集中的工作，风电塔筒在风力发电机组中主要起支撑和最外层保护作用，同时吸收机组震动，其安装质量的好坏、效率高低直接关系到整个发电机组的正常运行和施工单位的经济效益。
1风力发电机发电能力评估风力发电机的等效风能利用小时数是衡量项目发电性能的重要指标，它就是风力发电机年发电量与容量的比值。
对于单台机组，它是单台风机年发电量与机组容量的比值。
所以可以从分析单台风机的等效风能利用小时数入手。
统计单台机组的发电量，将单台机组发电量加上限电、故障、检修等损失电量折算为等效利用小时数，对风电场同型号机组的等效利用小时数进行排序，并将实际风速与等效利用小时数进行对照分析，可以筛选出相同风速条件下等效利用小时数低于平均值的机组。
风机功率曲线是风力发电机组发电能力的最直接体现。
分析风电整机倒塌与螺栓质量有关
分析风电整机倒塌与螺栓质量有关中国风电材料设备网资讯频道 2012-05-07 11:14:21 我要投稿风电技术资料先是从国外买来的，风电也是国外设计的，再经国内人士研发成中型、大型，如3兆瓦到6兆瓦。
近三年倒塌的风电基本上是1兆瓦～1.5兆瓦，恰恰是从国外买来的图纸和先进的技术资料（包括安装紧固等等方面多属于技术方面的资料）。
从风电整机倒塌十几台，说明和紧固连接的高强度10.9级螺栓的质量有直接关系。
在安装时根据德国DASt-Richtlinie021技术要求紧固，螺栓发生屈服拉长，甚至扭断，还有螺牙变形滑丝。
在安装中不可能停下来，怎么办？就放低预紧力，放低扭矩系数值，不按风电技术要求紧固。
根据风电资料安装紧固高强度 10.9级螺栓小于M39规格型号是欧标EN14399-4，大于M36规格型号是德标DASt。
（安装紧固执行多是参照的表技术要求DASt-Richtlinie021标准预紧力是屈服强度的70%，扭矩系数k≥0.15）由于在2009年底国内安装的多台1.5兆瓦风电使用的高强度螺栓10.9级使用在进口螺栓，基本上运行都很正常。
使用国内生产的高强度10.9级螺栓在2010年时安装好，整机倒塌十几台之多，更有甚至风电坠头几百台之多，同时发现回转支承和轴承开裂上千个。
这些事故发生和螺栓质量有直接关系。
由于螺栓质量有问题，大直径M36～M72螺栓芯部多没有达到10.9级机械性能要求。
当风电连接紧固时，纵向受力和轴向受力及径向受力（综合力学为扭矩系数k≥0.15）才能把螺栓螺母紧固后20年至50年不会松弛。
并且维修时卸下来螺纹牙没有变形，郑常常能旋卸。
（而国内许多生产高强度螺栓厂家只知道外形尺寸与国内标准GB/T1228差不多）故安装时按国内GB/T1228技术要求紧固。
因为国内GB/T1228技术紧固要求预紧力的范围很大，可以放低到扭矩系数值=0.11。
二项技术紧固标准都放低，故造成风机整机倒塌。
风力发电组轴承的常见失效形式及故障分析
xx职业技术学院毕业设计题目：风力发电组轴承的常见失效形式及故障分析系别：机电信息系专业：机械制造与自动化班别：13机械一班姓名：xx指导老师：xx 日期：2015年7月1日至2016年5月1日内容摘要随着全球经济的发展和人口的增长，人类正面临着能源利用和环境保护两方面的压力，能源问题和环境污染日益突出。
风能作为一种蕴藏量丰富的自然资源，因其使用便捷、可再生、成本低、无污染等特点，在世界范围内得到了较为广泛的使用和迅速发展。
风力发电己成为世界各国更加重视和重点开发的能源之一。
随着大型风力发电机组装机容量的增加，其系统结构也日趋复杂，当机组发生故障时，不仅会造成停电，而且会产生严重的安全事故，造成巨大的经济损失。
本论文先探讨了课题的实际意义以及风力发电机常见的故障模式，在这个基础上对齿轮箱故障这种常见故障做了详尽的阐述，包括引起故障的原因、如何识别和如何改进设计。
通过对常见故障的分析，给风力发电厂技术维护提供故障诊断帮助，同时也给风电设备制造和安装部门提供理论研究依据。
关键词风力发电机;故障模式;齿轮箱;故障诊断Common Faults And Their AnalysisOf The Wind TurbineAbstractWith the global economic development and population growth, humanity is facing with the pressure from two sides of the energy use and environmental protection, the energy problem and environmental pollution has become an increasingly prominent issue. Wind power as a abundant reserves of natural resources, because of its convenient use, renewable, low cost, no pollution, has been more widely used and rapid development in the world. Wind power has been taken as one of the priority development energy sources in the world．The increase of wind power capacity and complicated system structure will not only cause power outage，but also raise serious accidents when the set is at fault．In the beginning, the dissertation introduces the practical significance of project and the common failure mode of wind turbines, then researches and describes the failure of gearbox in detail, including the cause of failure, how to identify and how to improve the design. Based on the analysis of common failures, not only provide assistance for fault diagnosis to the technicalmaintenance of wind power plants, but also provide a theoretical basis to the wind power equipment manufacturing and installation departments.Key WordsWind Turbines; Failure Mode; Gear Box; Fault Diagnosis目录第一章绪论 (1)1.1 风力发电的背景 (1)1.2 风力发电机故障诊断的意义 (2)第二章风力发电机常见故障模式及机理分析 (5)2.1 风力发电机结构 (5)2.2 常见故障模式及机理分析 (7)2.2.1 叶片故障及机理 (7)2.2.2 变流器故障及机理 (8)2.2.3 发电机故障及机理 (10)2.2.4 变桨轴承故障及机理 (13)2.2.5 偏航系统故障及机理 (16)2.3 本章小结 (21)第三章风力发电机齿轮箱故障诊断 (22)3.1 风力发电机齿轮箱常见故障模式及机理分析 (22)3.2 齿轮箱典型故障振动特征与诊断策略 (28)3.3 针对齿轮箱不同故障的改进措施 (32)第四章结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)风力发电机常见故障及其分析第一章绪论1.1 风力发电的背景随着全球人口数量的上升和经济规模的不断增长，世界范围内对能源需求持续增加，化石能源、生物能源等常规能源使用带来的环境问题日益突出。
风力发电机组变桨轴承疲劳寿命影响因素分析
风力发电机组变桨轴承疲劳寿命影响因素分析摘要：变桨轴承是风力发电机组中至关重要的构件类型，其使用寿命会对风机运行稳定性产生直接影响，而变桨轴承的影响因素较多。
对此，本文首先对变桨系统进行介绍，然后开展风力发电机组变桨轴承外载荷分析，确定变桨轴承疲劳寿命的影响因素。
关键词：变桨系统；疲劳寿命；外载荷在风能资源开发中，风力发电是最为重要的形式，全世界很多国家均积极开展清洁发电技术研究。
我国是全世界风机装备大国，风资源十分丰富，风能开发潜能较大。
新时期，我国风电行业高速发展，与此同时，风机技术加强创新，风电行业对于风机运行可靠性的要求显著提升。
因此，对风力发电机组变桨轴承的使用寿命影响因素进行深入研究意义重大。
一、变桨系统概述（一）变桨驱动装置。
在风力发电机轮毂上，可安装变桨驱动系统，其是由变速齿轮箱以及变桨驱动电机所组成的。
变桨驱动电机类型较多，其中交流异步电机的应用最为广泛，在变桨电机运行中，对转速进行调节，即可对变桨速率进行调控，而逆变器的作用在于对电机供电频率进行调整。
交流异步电机可充分发挥出变桨调速功能，同时还可避免变桨环节电机运维难度增加。
在变桨轴承与变桨电机之间，可应用齿轮箱进行连接，在齿轮箱和电机之间，应用螺栓，即可实现二者固接，和变桨轴承的齿圈相啮合，为了提升变桨精度，对于啮合间隙，应当控制在0.1mm～0.4mm 之间。
在变桨环节，由于桨叶阻力比较大，因此，应当提升齿轮承载性能，根据轻量化要求，应当尽量减小变桨驱动装置的体积[1]，其结构如图1。
图1 变桨驱动装置（二）变桨轴承。
变桨轴承属于大型滚动的轴承，在联合载荷的影响下，依然展现出良好的承受能力。
包括倾覆力矩、轴向载荷、径向载荷。
另外，这类轴承还具有其他应用优势，包括使用年限长、运维管理便捷等等。
变桨轴承内、外圈与叶片、轮毂之间，可应用螺栓相连。
变桨控制系统的实际运行中，如果发出命令，要求变换桨，驱动电机即可与轴承内、外圈之间啮合，并持续转动。
风力发电机组变桨轴承断裂失效分析
《装备制造技术》2019年第08期0引言变桨轴承是风力发电机组变桨系统的重要组成部分,其可靠性直接关系到机组的正常运行。
近年来,变桨轴承失效呈高发态势,这与早期变桨轴承行业认知不足存在一定关系,如早期仅采用工程算法对变桨轴承滚道强度进行校核,未引入有限元分析等。
风力发电机组变桨轴承主要有以下几种失效形式[1]:1)疲劳破坏:轴承次表面在交变切应力作用下产生裂纹,载荷作用下该裂纹向外扩展,最终导致接触表面剥落。
2)塑形变形:轴向载荷、径向载荷及倾覆力矩在变桨轴承上分布不好,进而产生塑形变形。
3)滚道磨损:杂质、粉尘、未能过滤的磨料及桨叶的颤动,导致变桨轴承产生麻点及凹坑。
4)保持架断裂:由于保持架材料及制造问题,载荷作用下变桨轴承产生内外圈相对变形,保持架在受到内外圈相对变形产生的拉力后快速失效。
5)套圈断裂:变桨轴承存在设计、制造缺陷或过载时,载荷作用下导致轴承套圈断裂。
风力发电机组变桨轴承服役环境比较恶劣,且工况复杂,双列四点接触球轴承是目前风电变桨轴承常采用的回转轴承形式,其承载能力强、结构紧凑。
按变桨轴承齿圈分布位置可分为内齿型及外齿型,大部分风电机组变桨轴承齿圈采用内齿结构,早期出于降本考虑,部分机组采用了外齿结构,以缩小轮毂尺寸,目前,国内外绝大多数风机机组均采用内齿结构。
本文所述变桨轴承为外齿型结构,如图1所示。
该机组投入运行两年后变桨轴承套圈断裂。
由于该轴承为早期设计,根据设计规范,仅考虑工程算法对轴承进行校核,未引入有限元分析,同时,在螺栓孔出现锈蚀坑情况下,有必要对轴承断口进行检测分析,基于以上情况,如下从设计(有限元分析)、制造(理化检验)等环节分析变桨轴承断裂原因[2-3]。
1有限元分析变桨系统组成结构包含轮毂、叶根、连接螺栓、变桨轴承等部分。
叶片螺栓将变桨轴承外圈与叶根连接,变桨轴承螺栓将变桨轴承内圈与轮毂连接。
轴承内圈与轮毂固定不动,通过外齿圈与安装于轮毂上的变桨齿轮箱啮合,实现轴承外圈与叶片相对于轴承内圈与轮毂转动[4],在运行过程中,变桨轴承同时承受轴向载荷、径向载荷及倾覆力矩的联合作用,轴承外圈材料为42CrMo4,热处理工艺为整体调质处理[5]。
风电机组变桨、偏航轴承使用手册
使用手册
大连冶金轴承股份有限公司
前
变桨、偏航轴承对风机设计时结构的要求
言
a. 变桨、偏航轴承变桨、偏航轴承安装面必须与安装支承面的尺寸相同。 b. 变桨、偏航轴承安装表面设计负载时的最大变形量 在承受负载的状态下，风机的变桨、偏航轴承安装支承面会产生变形，超过一 定范围就会使变桨、偏航轴承不能正常旋转，甚至会造成风机不能正常工作，风 机在设计时要通过有限元分析计算，保证装支承面负载时产生的变形不超过（表 一）允许的最大负载变形。 表一 轴承回转 中心园直径 允许偏差 ≥ 1000 0.40 安装支承面允许的最大负载变形 ≥ 1250 0.48 ≥ 1500 0.50 ≥ 1750 0.61 ≥ 2000 0.67 ≥ 2500 0.80
B：安装法兰面宽度
垂直度偏差 δ w 是指在安装法兰面宽度范围内角度的偏差。 垂直度偏差 δ w 在安装法兰面宽度范围偏差不大于平面度偏差的50%
表二
变桨、偏航轴承安装支承面平面度偏差要求表 ≥ 1000 0.15 ≥ 1250 0.18 ≥ 1500 0.20 ≥ 1750 0.23 ≥ 2000 0.25 ≥ 2500 0.3
282 367 448 554 653 896 1043 1177 1405 1622 1887 2138 2441
12
三．使用维护
1．点捡周期 点捡周期 每周 首次运行三个月时 每三个月 检查与维护内容 加注变桨、偏航轴承沟道和齿轮润滑脂（集中自动润滑） 检查螺栓预紧力，必要时拧紧 加注变桨、偏航轴承沟道和齿轮润滑脂（手动润滑） 检查润滑脂收集容器，清空废润滑脂，必要时更换收集容器。 每六个月 每十二个月 检查密封圈，如失去密封效果，及时更换。 检查螺栓预紧力，必要时拧紧
风电产品主要零部件加工变形的原因及应对方法
风电产品主要零部件加工变形的原因及应对方法发布时间：2023-04-21T03:11:47.272Z 来源：《当代电力文化》2023年第1期作者：马赛[导读] 随着国家对风电的支持，我国风力发电市场快速发展，风力发电技术也不断改善，风电生产商对于产品的质量要求也越来越高。
马赛润阳能源技术有限公司 300000摘要：随着国家对风电的支持，我国风力发电市场快速发展，风力发电技术也不断改善，风电生产商对于产品的质量要求也越来越高。
风电的主要零部件转子、定子、主轴、底座、塔筒等都是铸造而成，这些零部件的共同特征是壁厚相对薄，体积大，加工过程容易变形。
在加工过程中，工件变形一直是难以解决的问题。
工件变形成为机械加工行业工艺设计人员重要的研究课题之一。
本文针对风电主要零部件转子、定子、主轴、底座、塔筒等在加工过程中变形、变形的原因以及应对措施进行分析并加以阐述。
关键词：零部件;工件;风电;变形引言在实际的工业生产加工中，机械零件和设备生产是非常重要的环节，能够对加工工艺的精度产生关键性影响。
由于加工工艺对零件加工精度的影响会受到很多因素的制约，所以不同的加工工艺会对不同的零件加工精度产生不同的影响。
为了提升加工精度，提升机械加工的整体水平，需要不断对机械加工工艺进行探索和创新。
加工精度是指工件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与设计几何参数的符合程度。
为了提升机械零件的可操作性，必须加强对精度的要求，降低或避免各种因素对加工产生的影响。
因此，在实践中要想有效地解决机械加工工艺对零件加工精度的影响，就必须对各种影响因素进行深入分析和探讨。
1机械加工工艺技术概述机械加工工艺技术是指利用传统的机械加工方法进行机械制造，并在制造中结合机械产品尺寸、形状及性质等方面设计的图纸和相关生产技术，形成完整的机械产品的零部件加工。
机械加工工艺技术水平决定了机械加工产品的质量，所以需要机械产业技术人员做好全面的加工工作，减少加工误差的出现，降低机械产业的成本。
风电机组变桨轴承螺栓失效形式分析与处理措施
186研究与探索Research and Exploration ·智能检测与诊断中国设备工程 2023.10 （下）近年来，我国的风电事业发展迅猛，陆续出现了更多、更大规模的风电项目，风电机组承担着重要的生产任务，其机组庞大且构成复杂，由于运行环境的特殊性、流程的复杂性，机组容易出现各种故障，如零部件磨损、轴承螺栓失效等，增大机组的运行风险。
虽然在近年来我国的风电技术日渐进步，但风电机组中的故障排查与诊断成为关键性任务，特别是对于变桨轴承螺栓失效这类故障，风电企业在实际的工作中需根据失效形式、原因等制定科学的处理措施，提升机组的整体可靠性。
1 叶片螺栓失效原因分析及研究1.1 叶片法兰面平面度不合格导致螺栓加速疲劳风电机组处于长时间运行状态下，叶片螺栓的疲劳断裂无法避免，但对于任何零部件而言，其疲劳断裂都有特定的服役时间，并非即刻发生，一般为一个循序渐进、逐步累积的过程，受到长时间、反复性的应力作用后，疲劳断裂加剧。
疲劳断裂现象在凹槽部位、截面突变等应力集中部位较为常见。
以某风电机组为例，机组运行中发生了螺栓断裂问题，有关人员经过现场调研，发现断裂位置在螺纹凹槽处，当螺栓工作中产生了应力峰值后，该部位将突破晶间结合力，沿结晶界面生长，产生疲劳源。
后续运行过程中由于疲劳源遭遇持续性的交变应力，将在这些作用力下发生局部细小裂纹，也就是初始裂纹，这些裂纹继续受交变应力作用将扩展成更大的裂纹，呈阶梯状分布延伸，产生多条贝壳纹；裂纹继续扩展后受力截面积大大降低，如应力超过材料的应力极限，就会发生断裂现象。
有关人员进入现场展开一系列调查与分析，并核查了安装维护资料和实际情况后，发现在安装与维护方面并无任何问题，但当吊下此叶片全部螺栓重新吊装时，发现叶片根部有问题，叶片法兰与轮毂法兰结合面存在透光情况。
某些风电场中也常见叶片根部法兰平面度不符合要求、螺栓断裂的情况，根据这一现象分析，其原因主要为：叶片加工生产的质量不达标，法兰平面度与设计要求不一致，在非平面接触状态下，法兰间的摩擦力偏小，叶片稳定性较差，叶片螺风电机组变桨轴承螺栓失效形式分析与处理措施徐玉龙1，李必伟1，龚海泓1，夏振伟2，沙凯3，李冠阳1（1.大唐安徽发电有限公司新能源分公司；2.大唐安徽发电有限公司；3.大唐来安新能源有限公司，安徽 合肥 230071）摘要：风能是一种清洁能源，大力开发和利用风能资源能促进我国的能源战略调整，助力实现可持续发展。
影响变桨轴承套圈及螺栓强度的因素分析
摘要：基于有限元分析方法，建立了某 ２．５ＭＷ 风电机组“叶片 －螺栓 －变桨轴承 －螺栓 －轮毂”的整体有限元 模型，分析了螺栓预紧力、螺栓连接面摩擦因数和垫片高度对变桨轴承套圈及其连接螺栓应力的影响，结果表 明：螺栓预紧力、垫片高度对轴承套圈及连接螺栓的最大应力和疲劳损伤最大值影响较大；结合面摩擦因数对 连接螺栓疲劳损伤最大值影响较大，对连接螺栓的最大应力、轴承套圈的最大应力和疲劳损伤最大值影响较小。 关键词：滚动轴承；变桨轴承；双列四点接触球轴承；套圈；螺栓；应力；强度；预紧力；摩擦因数；垫片；高度 中图分类号：ＴＨ１３３．３３＋１；ＴＭ３１５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００－３７６２（２０２０）０３－００３４－０５
变桨轴承作为风力发电机组的核心部件，其主 要作用为连接桨叶和轮毂，其承载能力对机组的安 全运行有着至关重要的影响。针对变桨轴承承载 能力，国内外学者做了大量的研究，文献［１－２］建 立力学模型对双排四点接触球轴承载荷分布进行 分析；文献［３］基于有限元法分析了变桨轴承的载 荷分布；文献［４］对变桨轴承球与沟道的接触刚度 进行分析，得到球接触载荷、接触应力和接触角的 变化；文献［５］分析了变桨轴承沟道参数对轴承承 载能力及使用寿命的影响；文献［６］对变桨轴承套 圈的应力和疲劳强度进行了数值分析。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ａｎｏｖｅｒａｌｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆａ“ｂｌａｄｅ－ｂｏｌｔ－ｐｉｔｃｈｂｅａｒｉｎｇ－ ｂｏｌｔ－ｈｕｂ”ｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒａ２．５ＭＷ ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ．Ｔｈｅｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｂｏｌｔ，ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｂｏｌｔａｎｄｇａｓｋｅｔｈｅｉｇｈｔｏｎｓｔｒｅｓｓｏｆｐｉｔｃｈｂｅａｒｉｎｇｒｉｎｇａｎｄｉｔｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｂｏｌｔａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｂｏｌｔａｎｄｇａｓｋｅｔｈｅｉｇｈｔｈａｖｅａｇｒｅａｔｅｒｅｆｆｅｃｔｏｎｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓｏｆｂｅａｒｉｎｇｒｉｎｇａｎｄ ｉｔｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｂｏｌｔａｎｄｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅｏｆｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ．Ｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｈａｓａｇｒｅａｔｉｎ ｆｌｕｅｎｃｅｏｎｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅｏｆｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅｏｆｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｏｌｔ，ｂｕｔｈａｓｌｉｔｔｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｎｎｅｃｔ ｉｎｇｂｏｌｔ，ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓｏｆｂｅａｒｉｎｇｒｉｎｇａｎｄｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅｏｆｆａｔｉｇｕｅｄａｍａｇｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ｐｉｔｃｈｂｅａｒｉｎｇ；ｄｏｕｂｌｅｒｏｗｆｏｕｒｐｏｉｎｔｃｏｎｔａｃｔｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇ；ｒｉｎｇ；ｂｏｌｔ；ｓｔｒｅｓｓ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ； ｐｒｅｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｇａｓｋｅｔ；ｈｅｉｇｈｔ
风力发电机组变桨轴承疲劳寿命影响因素探究
2019年7月作的智能化水平进行升级,令电力系统变得更合理、更稳定可靠,具体的实施办法主要有下面几个方面:首先,在机械设施方面,对于目前电网的调度覆盖的地域广阔、跨度大以及环境各影响因素等问题,需要增加高性能的移动监测设施,例如协调专家系统、无人监测终端等;其次,在已有的基础撒对电网调度智能系统进行开发与完善,例如,建立分布式智能决策等技术开发;最后,要强化对电力企业技术人员的训练,重视对监测设施的日常保养维护,加强对技术人员对设备操作以及维护技能的训练,降低因为认为失误导致的不必要的经济损失。
5结束语因为智能电网调度存在巨大的优势,并且近些年来得到政府政策的大力支持,有着更加多的科研工作者投入到研究智能电网技术的事业上,为了适应新的时代的人们对于电力供应的新的要求,将电网调度的工作效率以及强度进行提升强化,把已有的电网调度系统进行升级改造,转变已有的传统的调度模式,渐渐地朝着智能化方向去发展转变,这是电力领域未来发展的整体趋势,强化对智能化技术的研究开发、积极进行先进电力设备的引进与升级,强化电力工作人员对电力系统的操作、维护技能培训,以上述手段来实现将多智能化技术最大程度的在电网调度中进行应用,更好地实现对电力系统工作效率的提高。
参考文献[1]茹文涛,张军.多智能体一致性与网损的智能电网调度方案探讨[J].世界电力,2018(02):4-6[2]李波涛,林江民.多智能体一致性与网损的智能电网调度[J].中国电力,2019,48(01):83.[3]马冬灿,许亚梅,郭春桥.我国多智能体一致性与网损的智能电网调度现状分析[J].中国电力,2019(01):50-51.[4]于水波,岳玲,鄢艳.网损的智能电网调度的开发及应用[J].广东电力,2018(17):255-256.[5]李川,唐时健,李志国.多智能体一致性与网损的智能电网调度讨论[J].中国电网,2018(10):15-17.收稿日期：2019-6-12风力发电机组变桨轴承疲劳寿命影响因素探究赵麦浪（山西龙源风力发电有限公司，山西太原030006）【摘要】变桨轴承寿命直接影响到风力发电机组的运行可靠性，本文针对风力发电机组变桨轴承的外荷载进行分析，阐释了变桨轴承疲劳寿命与轴承修正寿命的计算过程，围绕变桨轴承失效形式与原因、变桨轴承缺乏润滑、螺栓松动、安装不当四个层面，探讨了风力发电机组变桨轴承疲劳寿命的影响因素，以供参考。
风电机组叶根紧固系统的破坏形式和维护
0 引言叶片是风电机组将风能转化为机械能的重要载体，是决定风电机组风能转化效率、安全可靠运行、生产成本和环境保护的关键部件。
叶片与轮毂的连接，通过紧固系统来保证可靠性，紧固系统包括变桨轴承、高强螺栓、螺母和垫片，该系统具有力传递机构简单、疲劳可靠性高、装配操作便捷的优势，被风电行业广泛使用[1]。
随着风电机组运行时间的延长，机组叶根紧固系统陆续出现问题，甚至出现叶片坠落重大事故，给风电场正常生产运营带来挑战。
本文阐述了风电机组叶根紧固系统的类型、破坏形式和预防维护方案，为工程中处理类似问题提供一些借鉴和参考。
由于国内风电安装施工起步较晚，经验积累不够或受到测量工具精度误差、基础垫土、混凝土材料、施工环境（温度、湿度）、人为误操作等因素的影响，经常在基础环浇筑之后的检测发现有不合格等现象。
经过多年的积累目前对于法兰的纠偏也有了较为成熟的补救措施，在一定程度上保证了工程质量和工程进度。
本文总结了国内同行的一些先进经验并对比优缺点，为工程施工中遇到的类似问题提供一些指导性的建议。
1 变桨轴承损坏形式变桨轴承是变桨驱动系统中的重要部件，用以支撑整个叶片部分的重量和工作载荷，并且将叶片和轮毂连接起来，实现叶片和轮毂的相对旋转。
变桨轴承通过多个高强度螺栓将与轮毂连接，又通过多个高强度螺栓或双头螺柱与叶片连接。
1.1 风电机组变桨轴承类型变桨轴承是一种回转支承，由内圈、外圈、保持架、滚动体和密封件构成。
回转支承是一种能够承受综合载荷的大型轴承，可以同时承受较风电机组叶根紧固系统的破坏形式和维护李 巍［龙源（北京）风电工程技术有限公司，北京 100034］摘 要：变桨轴承、高强度螺栓连接副连接叶片和轮毂是风电机组叶根固定的一种主要形式，如何提升叶根固定可靠性、延长其使用寿命是风电生产中至关重要的问题。
本文总结了固定叶根的变桨轴承、高强度螺栓连接副基本类型和失效形式，分析了故障形成原因，并给出了日常预防维护方案。
风电机组变桨轴承联接螺栓断裂分析及治理
·杨张斌1,廖晖2,胡宗邱1,赵伟2,张斯翔1(1.中国三峡建工(集团)有限公司,四川成都,610000;2.东方电气风电股份有限公司,四川德阳,618000)摘要:针对变桨轴承螺栓断裂问题,进行螺栓断裂原因分析及各项螺栓性能测试,得出扭矩系数超标是影响螺栓断裂的主要原因,提出来改进措施,对风电机组的设计及安装维护具有重要的指导意义。
关键词:风电机组,螺栓,断裂,扭矩系数中图分类号:TK83文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)03-0070-03 Fracture Analysis and Treatment of Connecting Bolt of Pitch Bearing of Wind TurbineYANG Zhangbin1,LIAO Hui2,HU Zongqiu1,ZHAO Wei2,ZHANG Sixiang1(1.China Three Gorges Construction Engineering Corporation,Chengdu Sichuan,610000;2.Dongfang Electric Wind Power Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:In view of the bolt fracture of pitch bearing,the bolt fracture reason analysis and various bolt performance tests are carried out.It is concluded that the excessive torque coefficient is the main reason affecting the bolt fracture,and the improvement measures are put forward,which has important guiding significance for the design,installation and maintenance of wind turbine. Key words:wind turbine,bolt,crack,torque coefficient基金项目:中国长江三峡集团有限公司科研项目第一作者简介:杨张斌(1983-),男,硕士研究生,高级工程师,参与三峡集团与东方风电10MW海上风电机组联合研制与示范应用项目。
某型号风电机组变桨轴承与轮毂联接螺栓结构优化研究
某型号风电机组变桨轴承与轮毂联接螺栓结构优化研究张乃正; 江继波; 章正暘; 高月锁【期刊名称】《《黑龙江科学》》【年(卷),期】2019(010)016【总页数】4页(P16-18,25)【关键词】风电机组; 变桨轴承; 联接螺栓; 有限元分析【作者】张乃正; 江继波; 章正暘; 高月锁【作者单位】上电新能源发展有限公司上海200010【正文语种】中文【中图分类】TM3151 引言风电机组由叶片、机架、塔筒、主轴、变桨系统、轮毂等构成，其中变桨轴承作为将叶根与轮毂联接的部件，在变桨系统中起到了重要的作用。
用于联接变桨轴承与轮毂的高强度螺栓，其工作环境恶劣，承受交变载荷及环境氧化腐蚀，极限工作载荷大，运行精度、强度等级要求高，所以该处螺栓易出现疲劳断裂、蠕变、松动、延迟断裂等现象，可能导致风机停止工作，叶片掉落，具有极大的安全隐患。
近年来，国内风电机组运行中时有发生变桨轴承与轮毂联接的高强度螺栓断裂失效、变桨轴承开裂等现象，极大影响了风电机组的稳定工作，对经济效益也产生了严重影响，所以迫切需要对其中的螺栓及其联接方式进行深入研究。
高培昱[1]采用SolidWorks与ABAQUS软件建立了风电设备中变桨系统的法兰螺栓的仿真模型，经过仿真计算对比结果得出，螺栓承受载荷后，其最大应力出现位置与实际风电设备螺栓断裂位置一致，验证了模型的正确性。
武飞等[2]利用压力传感器、数据采集模块组成的载荷测试系统对螺栓所受到的载荷进行分析，结合螺栓预紧力等因素，对螺栓的断裂原因进行了探讨，初步判断出螺栓断裂原因，并给出增加螺栓垫片厚度、螺栓更换要严格按照工艺要求的建议。
田志亮等[3]搭建“轴承——螺栓”试验模型进行模拟试验并进行有限元分析，求得螺栓受载时的应力应变分布，得出螺栓直径减少、长度增加能提高其疲劳强度，提高螺栓接触面摩擦系数、加大螺栓预紧力能加强螺栓防松能力。
齐涛等[4]对兆瓦级风电机组中变桨轴承与轮毂联接处的高强度螺栓进行了有限元强度分析和接触面滑移分析，验证了螺栓不会因轴承接触面滑移产生剪应力。
一起风力发电机组变桨轴承失效故障分析
一起风力发电机组变桨轴承失效故障分析发表时间：2019-06-11T16:51:15.023Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：王强陈江巍[导读] 摘要：风力发电技术日趋成熟，已经成为了重要的新能源发电方式。
（中国水电顾问集团风电关岭有限公司贵州关岭 561300）摘要：风力发电技术日趋成熟，已经成为了重要的新能源发电方式。
但是简单粗暴地增加叶片长度造成的可靠性问题甚至连行业主流设备商也未能避免，出现了批量变桨轴承失效问题。
文章立足本场风力发电机组出发，对变桨轴承失效故障进行简要分析。
关键词：风力发电机组；变桨轴承；失效1、失效故障概述风力发电机组售后人员在对机组日常巡检中，发现#B3机组＃1桨叶轴承（编号：140517020）外圈密封圈被金属物顶起。
随后要求轴承厂家赶赴现场进行检查，确认为轴承保持架断裂。
经过轴承厂家的现场检查，确认#B3机组＃1桨叶轴承保持架已失效，给机组的安全运行带来隐患，决定对该机组的变桨轴承进行更换。
2、分析过程2.1 滚道表面滚道内、外圈叶片侧和轮毂侧滚道压痕不一致，存在受载不均现象，内圈滚道边缘出现接触痕迹。
2.2保持架外观叶片侧保持架断裂，轮毂侧保持架完好。
2.3齿轮接触异常3个变桨轴承齿轮接触异常，均为齿面上部和下部接触且存在变形拉伤。
认为是刚性不足造成套圈变形，也可能是齿轮侧隙变大造成；当螺栓预紧力不足会造成轴承刚性变小，变形增大，齿轮啮合发生异常。
2.4装球孔梁间受力变形对轴承140517020保持架的每一个装球孔进行检查，并对每一个装球孔受力变形方向进行了标识，保持架装球孔114、82端面断裂，若干装球孔梁发生挤压变形断裂，通过装球孔梁间变形示意图，我们可以看到保持架被分为了4个变形区域，且呈对称分布。
通过载荷分析，我们推测认为轴承 140517020保持架首先是装球孔114附近多处孔受到极大载荷挤压装球梁，造成断裂随着该处梁的断裂，多个钢球进行累积挤压保持架装孔114端面断裂，凸出轴承把密封圈挤。
风力发电机组变桨轴承断裂失效分析
风力发电机组变桨轴承断裂失效分析周正强【期刊名称】《《装备制造技术》》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】5页(P99-103)【关键词】风力发电机组; 变桨轴承; 有限元; 断裂; 失效分析【作者】周正强【作者单位】东方电气风电有限公司四川德阳618000【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言变桨轴承是风力发电机组变桨系统的重要组成部分，其可靠性直接关系到机组的正常运行。
近年来，变桨轴承失效呈高发态势，这与早期变桨轴承行业认知不足存在一定关系，如早期仅采用工程算法对变桨轴承滚道强度进行校核，未引入有限元分析等。
风力发电机组变桨轴承主要有以下几种失效形式[1]：1）疲劳破坏：轴承次表面在交变切应力作用下产生裂纹，载荷作用下该裂纹向外扩展，最终导致接触表面剥落。
2）塑形变形：轴向载荷、径向载荷及倾覆力矩在变桨轴承上分布不好，进而产生塑形变形。
3）滚道磨损：杂质、粉尘、未能过滤的磨料及桨叶的颤动，导致变桨轴承产生麻点及凹坑。
4）保持架断裂：由于保持架材料及制造问题，载荷作用下变桨轴承产生内外圈相对变形，保持架在受到内外圈相对变形产生的拉力后快速失效。
5）套圈断裂：变桨轴承存在设计、制造缺陷或过载时，载荷作用下导致轴承套圈断裂。
风力发电机组变桨轴承服役环境比较恶劣，且工况复杂，双列四点接触球轴承是目前风电变桨轴承常采用的回转轴承形式，其承载能力强、结构紧凑。
按变桨轴承齿圈分布位置可分为内齿型及外齿型，大部分风电机组变桨轴承齿圈采用内齿结构，早期出于降本考虑，部分机组采用了外齿结构，以缩小轮毂尺寸，目前，国内外绝大多数风机机组均采用内齿结构。
本文所述变桨轴承为外齿型结构，如图1所示。
该机组投入运行两年后变桨轴承套圈断裂。
由于该轴承为早期设计，根据设计规范，仅考虑工程算法对轴承进行校核，未引入有限元分析，同时，在螺栓孔出现锈蚀坑情况下，有必要对轴承断口进行检测分析，基于以上情况，如下从设计（有限元分析）、制造（理化检验）等环节分析变桨轴承断裂原因[2-3]。
螺栓防松方法在风电领域中的应用
螺栓防松方法在风电领域中的应用摘要近年来由于风电行业迅猛发展，高强螺栓被大量应用于风电塔筒联接，设备法兰联接，各种结构件之间的联接以及复合材料与金属材料之间的联接。
本文根据螺纹副的受力分析，以及螺栓松动机理，介绍高强螺栓防松方法在风电领域中的应用。
指出在风电领域中，小规格高强螺栓应使用厌氧型胶粘结剂、自锁螺母的防松方式、大规格高强螺栓采用加大预紧力并定期检测的防松方法，防止螺栓在机组运行过程中松动。
关键词普通螺栓；防松；螺母；垫片1 螺纹副的受力分析普通螺栓上的螺纹通常是指一般用途米制联接螺纹，其螺纹副的当量摩擦角ρ大于螺纹升角ψ，螺纹具有自锁特性，为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于联接的紧固螺纹必须满足自锁条件。
1.1螺旋副中力的关系1.1.1 螺纹副力矩T1=F tan (Ψ±ρ)d2/2 ；（“+”为拧紧时的情况，“-”为退松时的情况）1.1.2 螺母承压面力矩T2= [μcF（D13- d03）/（D12- d02）]/31.1.3 螺母拧紧力矩T= T1+ T2= F tan (Ψ±ρ)d2/2 +[μcF（D13- d03）/（D12- d02）]/31.1.4 螺母退松力矩T’= T1’+ T2= F tan （Ψ±ρ）d2/2 +[μcF（D13- d03）/（D12- d02）]/3以上式中Ψ= arctan[nP/(πd2)]；ρ=arctan(1.15μ)；F为螺纹副的轴向载荷；d2为螺纹中径；Ψ为螺纹升角；n为螺纹线数；P为螺距；ρ为当量摩擦角；μ螺纹副材料的摩擦因数；μc为螺母与被联结件承压面摩擦因数；D1为承压面外径；d0为承压面内径。
举例M36螺栓副，经过初步计算和检验，T’≈0.95T上式表明，以扭矩T拧紧的螺栓连接，当作用在螺母上的松动扭矩大于0.95T时，螺母将发生松动回转（有些文献资料为T’=0.8T）。
2 螺栓松动机理2.1 螺纹副旋合螺纹发生蠕变根据国外联结副松弛蠕变试验，螺母紧固后24小时螺栓预紧力减少近10%，其后损失速度变缓，螺母容易发生松动。
兆瓦级风电机组变桨轴承开裂分析与对策研究
兆瓦级风电机组变桨轴承开裂分析与对策研究发布时间：2022-07-22T03:04:37.326Z 来源：《中国电业与能源》2022年5期3月作者：刘俊[导读] 随着风力发电行业的发展，为提高风电机组单机容量及低风速情况下的发电效率，刘俊中广核新能源投资（深圳）有限公司湖北分公司寿山风电场湖北省广水市摘要：随着风力发电行业的发展，为提高风电机组单机容量及低风速情况下的发电效率，风机叶片也随之不断改进加长，以提高捕风效率。
但叶片加长及捕风面积的增加，同时也提高的对变桨轴承的要求，在巨大的自重及复杂的风载荷作用下，变桨轴承因各种因素影响，易发生轴承开裂的情况，本文对变桨轴承开裂原因进行分析，并提出应对策略，旨在提高风电机组安全稳定运行。
关键词：风力发电机组；变桨轴承；开裂；原因；对策1.问题背景目前已有多个风场出现在运机组变桨轴承开裂情况，尤其在大容量、大叶轮的兆瓦级风电机组中，在复杂的工作环境下，变桨轴承长期受各种因素的影响产生疲劳裂纹，并不断扩大。
一旦出现变桨轴承开裂就必须对其进行更换，否则将会产生叶片掉落等安全事故，对人员和设备安全造成重大威胁。
变桨轴承一般安装位于80到100米的高空，当变桨轴承发生损坏失效，维修难度极高，大部件更换成本较高也比较耗时，无论是部件更换还是发电量损失都会给企业造成较大的经济损失。
这就使得我们必须对变桨轴承开裂进行原因分析，并采取对应策略，以求最大限度降低风险和损失。
2.变桨轴承介绍变桨轴承是风力发电机组的重要组成部分，是叶片与轮毂连接的主要构件，起到传递叶片载荷给轮毂的作用，同时实现叶片自由转动功能。
常见有单排四点接触球轴承和双排同径四点接触球轴承，其结构型式分为内齿型和外齿型，其中双排四点接触球轴承因其承载能力强，回转阻力小，使用寿命长等原因被广泛采用。
变桨轴承常年工作在野外，除长期经受风沙、高温低温、腐蚀等环境因素影响，还需承受叶片重力、离心力、气动载荷，偏航产生的陀旋力矩等复杂载荷的影响。
变桨轴承套圈应力和疲劳强度的数值分析
变桨轴承套圈应力和疲劳强度的数值分析
庞健华;宗海勇;高学海
【期刊名称】《轴承》
【年(卷),期】2018(000)003
【摘要】针对风力发电机变桨轴承在使用过程中出现套圈断裂的问题,以某3 MW 风力发电机用变桨轴承为例,基于有限元对套圈在极限工况下的套圈应力以及疲劳强度进行分析,得到内、外圈易产生断裂的位置处于与来风方向的夹角分别为137.0°～152.6°和151.4°～155.5°区域.提出了在轴承内圈轮毂侧以及外圈叶片侧分别增加凸缘结构的改进措施,改进设计后变桨轴承最大等效应力明显降低,最小疲劳安全系数增大,轴承整体强度明显增大.
【总页数】6页(P1-6)
【作者】庞健华;宗海勇;高学海
【作者单位】上海欧际柯特回转支承有限公司,上海201906;上海欧际柯特回转支承有限公司,上海201906;上海欧际柯特回转支承有限公司,上海201906;上海泛一工程技术有限公司,上海201907
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33;TM315
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钢强
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风电产品主要零部件加工变形的原因及应对方法
风电产品主要零部件加工变形的原因及应对方法
杨继宁
【期刊名称】《技术与市场》
【年(卷),期】2023(30)1
【摘要】风电产品主要零部件外形大,大多数是铸造而成。
在机械加工过程中工件变形是一个不容忽视的难题:工件变形直接影响产品精度、产品质量。
如何降低零
件加工中的变形量,减少由于加工后变形出现产品质量问题的概率,生产出合格的零
件值得研究。
风电类产品零件变形主要受零件结构、大小以及所处位置等因素影响。
主要分析风电类产品的变形原因及解决方法。
【总页数】4页(P86-88)
【作者】杨继宁
【作者单位】宁夏共享精密加工有限公司
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风电机组变桨轴承漏脂分析及改进措施
风电机组变桨轴承漏脂分析及改进措施发布时间：2021-11-17T23:55:39.093Z 来源：《福光技术》2021年18期作者：靳广伟[导读] 随着风力发电机组功率等级增加，变桨轴承的尺寸逐渐增大，安装操作和质量控制的难度相应增加;尤其面临海上恶劣复杂运行环境，变桨轴承的质量问题将给维护带来极大困难和挑战。
安徽吉电新能源有限公司安徽省合肥市 230000摘要：随着风力发电机组功率等级增加，变桨轴承的尺寸逐渐增大，安装操作和质量控制的难度相应增加;尤其面临海上恶劣复杂运行环境，变桨轴承的质量问题将给维护带来极大困难和挑战。
风力发电机使用过程中变桨轴承频繁出现漏脂现象，既污染环境，也降低了轴承的使用寿命。
根据风电变桨轴承的结构特点和使用工况，通过改进密封圈结构设计、改变密封方式和增加密封槽，提高密封圈的密封性，增加废脂清除系统等措施，基本上可以杜绝变桨轴承漏脂现象。
关键词：风电机组；变桨轴承；漏脂；改进引言变桨轴承作为风电机组上非常核心的一个部件，承担着连接轮毂和叶片、承载叶片载荷、传递叶片扭矩的重任。
面对条件恶劣的海洋环境，变桨轴承如果因变桨轴承螺栓安装不到位或者未预紧，而在运行的过程中出现问题，若要更换轴承，就必须连同叶片和轮毂整体吊至海面，海上吊装的难度和成本都将非常高，给风机的快速经济维护造成巨大困难。
1变桨轴承结构工作原理变桨轴承结构，主要由轴承内外套圈、滚动体、保持架、密封圈、锥销及堵塞块等组成。
由于加工工艺的限制，堵塞孔开在轴承套圈中的软带区域，堵塞孔位置也决定了轴承套圈软带位置。
考虑到变桨轴承作转速很低的回转运动或间歇摆动的工作状态及其主要是由静载荷引起的失效的情况，可以采用静态模型确定堵塞孔位置。
2变桨轴承漏脂的现象变桨轴承在风场运行一段时间后，经常会出现润滑油脂从轴承密封圈唇口处泄漏。
特别是风机为自动润滑系统，润滑脂的注入量较大，漏脂的现象更为明显。
大量泄漏的润滑脂堆积在密封圈处。
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ISSN 1QQQ -3762 轴承2017 年3 期CN41 -1148/TH Bearing 2017, No. 31-4,13◄产品设计与应用►DOI：10.19533/j. issnlOOO -3762.2017.03.001安装螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形的影响姜迪，李云峰(河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003)摘要:风电变桨轴承的安装方式不同于传统轴承，在受载时，套圈存在结构变形。
采用非线性弹簧替代球与沟 道的接触，梁单元替代轮毂与变桨轴承以及叶片与变桨轴承之间的安装螺栓，建立有限元模型,计算轴承的载 荷分布，并与传统计算方法对比，验证了有限元模型的正确性；同时讨论了螺栓预紧力及螺栓个数对变桨轴承 套圈结构变形的影响。
结果表明:套圈存在径向平面内的弯曲变形以及轴承截面的扭转变形，随预紧力降低，螺栓个数的减小，轴承套圈径向平面内的弯曲和截面扭转越来越显著。
关键词:风电变桨轴承;有限元分析;载荷分布;螺栓;预紧力;套圈;变形中图分类号:TH133.33 文献标志码：B 文章编号= 1000 -3762(2017)03 -0001 -04Effects on Deformation of Wind Turbine Pitch Bearing Rings byMounting BoltsJiang Di,Li Yunfeng(School of Mechatronics Engineering, Henan University of Science & Technology, Luoyang 471003，China)Abstract：Methods for mounting the wind turbine pitch bearings are different from methods used in mounting traditional bearings. The ring has some deformations under load. A FE model is established by using nonlinear spring to replace the contact between balls and raceway and by using beam elements to replace the mounting bolts between the hubs and the wind turbine pitch bearing as well as bolts between the blades and the wind turbine pitch bearing. The correctness of the FE model is verified through comparing load distribution results with results from traditional methods. The effects of pretension and bolt number on the deformation of wind turbine pitch bearing ring are discussed. The results show that there are radial bending and a torsional deformation in ring cross sections. With the decrease of pre - tightening force of bolts and the number of the bolts, the bending and the torsional deformations become more prominent.Key words：wind turbine pitch bearing；finite element analysis；load distribution；bolt；preload；ring；deformation变桨轴承是风力发电机组变桨控制系统的核 心部件，变桨轴承的研究对提高风电机组的可靠 性具有重要意义[1]。
变桨轴承承受轴向力、径向 力以及倾覆力矩，由于风速风向的变化，变桨轴承 在工作中又会受到频繁的冲击载荷和振动[2]。
国内外学者对变桨轴承进行了大量研究。
文 献[3 -4]分析了设计参数对风电转盘轴承承载能 力的影响，并单独分析了游隙对单排四点接触收稿日期=2016 -06 -29;修回日期=2016 -09 -18基金项目：国家自然科学基金项目（51475144)作者简介:姜迪（1991一），女，河南洛阳人，硕士研究生，主 要研究方向为机械 CAE，E -mail:jiangdi0012@ 163. com;李 云峰(1973—），男，副教授，主要研究方向为滚动轴承的设计理论、性能分析与应用，E - mail :liyunfeng@ haust. edu. cn.球轴承载荷分布的影响。
文献[5-9]分析了负游 隙下单排四点接触球转盘轴承内、外圈尺寸的变 化及轴承的载荷分布，并讨论了运动过程中的载 荷分布，给出了负游隙双排四点接触球轴承接触 载荷分布的计算模型及轴承承载曲线的精确计算 方法。
但上述分析均将套圈视为刚性体，没有考 虑安装结构和螺栓的影响。
利用有限元法可以解决刚性套圈理论，文献 [10 -12]建立单排四点接触球转盘轴承的有限元 模型时，将球简化为沟曲率中心之间的非线性拉 伸弹簧，并用梁单元将曲率中心与沟道上的壳单 元耦合，求解出了各球的载荷分布和接触角，分析 了支承结构对接触角和变形量的影响。
文献[13 ]利用有限元模型分析单排四点接触球转盘轴承的• 2 •《轴承》2017. No.3载荷分布时，将球简化为压缩弹簧，得出了各球的 载荷分布情况。
文献[14]在对双排四点接触球转 盘轴承进行有限元分析时，用超单元来代替球与 沟道之间的作用，分析了支承结构的变形和柔性 对球所受载荷的影响。
文献[15]分析了在简化球 的条件下，考虑了螺栓预紧力对转盘轴承的影响。
这些主要研究球载荷分布，没有考虑在耦合系统 建模条件下，螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形 的影响。
传统的计算方法中，轴承的安装方式决 定了轴承套圈变形量可忽略不计，因此很少考虑 套圈结构变形对球载荷分布的影响。
风电变桨轴承工作中存在结构变形，变形会 对球载荷分布以及轴承寿命产生影响，可以采用 有限元方法将叶片、风电变桨轴承、轮毂、螺栓作 为一体进行分析。
由于风电变桨轴承尺寸大，球 数多，安装方式决定了安装结构存在大量的螺栓。
因此，合理的简化方式可以大大减小计算量、计算 时间和收敛难度，通过在耦合系统建模条件下，考 虑螺栓预紧力及螺栓个数对轴承套圈结构变形的 影响，从而得出其对球载荷分布的影响。
1系统的有限元建模1.1有限元模型风电变桨轴承通过连接螺栓与桨叶根部和轮 毂相连，其安装结构如图1所示。
1一叶片;2—螺栓;3—轮毂;4 一风电变桨轴承图1风电变桨轴承安装结构Fig. 1The mounting structures of wind turbine pitch bearings 变桨轴承及其安装结构的尺寸大、球和螺栓 个数多，其接触分析计算量大、计算时间长而且不 容易收敛，普通的计算机很难完成。
为减小计算 量，在进行有限元建模时用非线性弹簧单元替代 球与沟道的接触，用梁单元替代螺栓，又由于变桨 轴承及其安装结构、受载的对称性，只考虑1/2模 型进行分析，忽略倒角和螺栓孔的影响。
在ANSYS软件中通过建立关键点生成线和 面，经过旋转、拉伸和切除后建立模型。
采用Sol-idl85单元，通过sweep和map进行实体的网格划 分。
球和沟道的接触用Combin39单元模拟，弹簧单元的2个端点分别在对应的沟道上节点耦合，如图2所示。
通过设置实常数使非线性弹簧单元的 位移-载荷关系和球与沟道的位移-载荷关系等效。
用beaml88单元替代螺栓，梁单元通过添加 预应力来模拟预紧力。
将叶片与变桨轴承内圈以 及轮毂与变桨轴承外圈之间设置为摩擦接触。
1.2设置边界条件对风电轮毂凸缘表面及其底面进行全约束。
通过对桨叶截面上的所有节点和桨叶上表面圆环 中心处节点进行耦合，使其具有相同的自由度。
在加载时对桨叶上表面中心处的主节点施加轴向 力、径向力以及倾覆力矩。
2 实例分析某2.5 MW风力变桨轴承的结构参数见表1，弹簧单元替代球与沟道接触有限元模型如图3所 示，耦合系统的有限元模型如图4所示。
转盘轴 承内、外圈材料的弹性模量为201 MPa,泊松比为 0.3;轮毂材料的弹性模量为147 MPa,泊松比为 0.3;叶片材料的弹性模量为32 MPa,泊松比为 0.3。
桨叶在工作时受到的外部载荷为:径向载荷 R =338 kN，轴向载荷圪=728 kN，倾覆力矩载荷 M=7 879 kN •m。
在螺栓连接和不考虑预紧力的 条件下进行有限元分析，可以求解出每个球所受 载荷，与通过静力学方程计算的轴承载荷分布对 比，如图5所示。
表1转盘轴承的主要参数Tab. 1Main parameters of slewing bearing__________结构参数______________数值外径 /)/mm 2 450内径 c//mm1 940球组节圆直径/mm 2 176球数Z128球径/mm44.45轴承高度从182球排数2轴向游隙Ca/mm0内圈沟曲率半径系数0.525外圈沟曲率半径系数_/；0.525初始接触角〇/(°)_________________45姜迪，等:安装螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形的影响°60 120 180 240 300 360°60 120 180 240 300 360球方位角/(°) 球方位角/(°)(c)下排球接触对1(d )下排球接触对2-------传统方法一―一一有限元法图5载荷分布Fig. 5 Load distribution由图5可知，2种方法计算结果其变化趋势相 同，图5a 与图5c 结果相近，图5b 与图5d的结果 则有一定差距。
这是由于传统计算方法运用刚性 套圈理论，而有限元方法将内、外圈视为弹性体并 且考虑螺栓、轮毂及叶片对变桨轴承的影响。
当 叶片受到外载荷时，叶片、套圈及轮毂发生变形， 各部分的变形会影响球载荷的分布。
通过有限元 法得到的结果更符合实际受力情况。
3 螺栓预紧力对套圈变形的影响在原工况条件下，对螺栓施加不同的预紧力，即分别添加螺栓预紧程度为其屈服强度（900MPa )的 30% ,50% ,60%，70%，80% (预紧力比例60 120 180 240 300 360球方位角/(°)(a)上排球接触对160 120 180 240 300 360球方位角/(°)(b)上排球接触对2U图3弹簧单元替代球与沟道接触有限元模型Fig. 3 Finite element model of spring element used to replacethe contact between roller and raceway元代替_图4耦合系统的有限元模型Fig. 4 Finite element model of the coupling system系数为0. 3，0. 5，0. 6，0. 7，0. 8)时，套圈结构变形 如图6所示。