让风电轴承转得更好

　　近年来，全球新兴市场的风电发展迅速。在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国风电设备制造业迅速崛起，风电设备的市场需求增势迅猛，其中也带动了风电机组轴承的发展。据初步估计，仅风电主轴轴承和增速箱轴承两项，未来10年每年的轴承需求将在5亿美元以上。国外风电设备企业经过多年发展已经形成完整的产业链，风电设备零部件配套选择品种多，且水平较高，但是国内大规模风电设备制造商起步时间不长，尤其是关键零配件技术水平和产品质量还存在一定差距。这些因素使得风电设备轴承在可靠性、耐用性等方面，都无法达到Z佳的运行状态。
　　众所周知，风能行业的一个显著特点就是风机常年在野外运行工作，工况条件比较恶劣，温度、湿度和轴承载荷变化很大，因此要求轴承有良好的密封性能和润滑性能、耐冲击、长寿命和高可靠性。为了更好实现风机的Z佳状态，铁姆肯公司从轴承产品设计、状态监测、轴承修复与维护、润滑系统和维护工具等方面着手，为风电设备的良好运行提供了有力保障，在很大程度上可提高设备性能和可靠性。
　　独树一帜的创新产品
　　目前，风机行业面临的主要挑战之一是与轴承相关故障的高发性性能问题，及其对设备可靠性的影响。铁姆肯公司的产品专为提高可靠性并改善性能而设计，它们帮助客户延长设备正常运行时间，提高生产力，降低总成本。为优化系统性能，铁姆肯公司着眼于整个风机系统，不仅仅是主轴和齿轮箱。
　　铁姆肯公司的轴承可用于齿轮箱增速风机、直驱式风机和混合型风机，除了传统的应用于主轴上的双列圆锥滚子轴承，应用于主齿轮箱的可自定位的圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承和调心滚子轴承之外，铁姆肯公司还特别开发了创新产品，如集成式柔性销轴承和一体式行星轮轴承等。这两种先进的轴承组件，与传统系统设计相比，能提供更大的动力，特别适合于极具挑战性的行星系齿轮传动应用。其中集成式柔性销轴承组件能帮助齿轮设计师在增加系统功率的同时减小系统重量和体积，集成式柔性销弯曲模式能均化行星系和齿轮端面上的负荷分布，因此能延长轴承使用寿命，提高轴承可靠性；而一体式行星齿轮轴承组件的滚道经过特殊表面加工，能在很大程度上减轻齿轮点蚀疲劳。一体式设计由于取消了外圈而有效避免了磨损、磨粒以及轴承外滚道在行星齿轮内蠕动而造成的游隙变大。
　　从润滑的角度来说，润滑器对于风机这样多达几十个润滑点的应用十分有用，它通常应用于发电机、主轴承、偏航和变浆轴承、叶片轴承和回转支承等的润滑点上。铁姆肯公司开发了单点和多点润滑器。其中M—Power润滑器为机械驱动，为单点提供润滑；而集中式C—Bower润滑器系统能掌控轴承、齿轮和非转动部件上多达6个点的润滑服务，减少服务间隔。如在远程安装情况下，c—P0wer系统能每隔12个月为主轴轴承提供一次润滑服务。
　　正确的操作和维护步骤对于轴承性能非常关键。维护工具虽然只是辅助设备管理与维修人员进行设备维护，但这些工具可在正确的安装、拆卸、维修中，帮助客户减少停机时间，延长轴承寿命。铁姆肯公司为客户提供一整套简单易用的维护工具，主要包括感应加热器、液压拉拔器等。便携式套装液压拉拔器见图1。感应加热器可用作加热齿轮、衬套等部件。而液压拉拔系统工作范围广泛，具备4—30t的处理能力。该系列产品特别适合拆卸所有过盈配合轴上的零件。
　　智能化的状态监测设备
　　随着风速和风向不断发生变化，风机需要应对不断变化的速度、负荷和工作温度。铁姆肯公司的可靠性解决方案能够帮助您及时发现设备潜在的故障，将工程专业知识和先进的状态监测设备相结合，帮助客户提高风机系统的可靠性，使得设备以Z佳状态运行。
　　选择好状态监测装置对于轴承、齿轮的稳定运行和延长产品寿命具有重要意义。作为预测性维护产品家族的一员，状态监测装置被越来越多地应用到风电设备上，通过密切监视设备的运行状态，使其达到Z佳性能。如今的设备状态监测工具考虑到难以触及的位置和危险区域，配备整套预测性程序，能在很大程度上延长机器正常运行时间，提高可靠性。
　　铁姆肯公司提供便携式监测产品、无线监测和在线连续监测产品。便携式仪器的选择取决于运行机械的关键性、数据的可采集性以及预算，从简单的测振仪到带有数据采集功能的高级频谱分析仪，便携式仪器有很多配置可供选择。铁姆肯公司提供多种便携式仪器，包括便携式轴承测试仪、便携式机器测试仪和便携式数据采集及分析仪（图2）。这些仪器可用来进行机器抽查或基于路径的定期数据采集。
　　对于难以触及的位置、危险的环境、远程的监测，无线解决方案是帮助操作员对被监控的设备进行快捷实时监测及评估的理想选择。无线装置的优势在于其安装简便、能对设备进行全天候监控、能监控便携式装置难以接入的区域。Timken^® Status Check^®无线状态监测系统专为监测设备的温度和振动而设计，在传感器采集到的数据无线传输至指定的系统。传输距离可以是500～1000m，主要监测振动和温度数值。
　　当便携式仪器或无线监测设备无法满足需求时，在线连续监测解决方案也是一个很好的选择。如果客户希望全天候监测，可以选择一种通过电缆线把传感器连接到采集器的系统。该系统能同时接收冲击脉冲和振动信号。如它能用来监控风机轴、轴承，并监控风机的失衡状态等。
　　另外，铁姆肯公司针对风电应用还推出了一种集成式在线智能监测系统（0Is），这一系统能观测振动、冲击脉冲及多个模拟和数字输入信号，及时发现齿轮传动、发电机或轴承的潜在问题。该系统适用于风电应用，能解决风电设备面临的诸多监测问题，如慢速、信号干扰等。一旦探测到问题，经过专业培训的持证可靠性服务工程师会对数据进行分析，采取现场测试并给出解决方案。
　　经济有效的轴承修复（图3）
　　在风电设备系统中维护保养也同样蕈要。风力发电机通常处在不易进行维护的地方，它们经常被安装在山上、沙漠里或海岸线上。状态监视系统能够协助监视传动系统的性能表现，而可预测性的维修保养能够提高这些系统的性能和可靠性，提高设备的有效运行时间。如通过振动分析、油液分析和红外热成像等手段监测设备状态，以判定Z佳维修时机的维修流程；通过预测性维修手段可提高设备的运行可靠性，且仅在设备需要维修的时候进行维修，减少过度维修，降低维修成本。另外，铁姆肯公司还可对损坏的轴承部件进行全面的失效原因分析，并提出相应改进措施，消除设备隐患，避免相同的故障重复出现，从而可从根本上提高设备的运行可靠性。
　　在监测到轴承失效或故障后，完全及时的修复是工业企业Z为关心的话题。轴承修复技术在国内外工业领域逐渐普及，其可靠性和经济性也逐渐得到工业市场的认可，风能行业也不例外。从技术上来说，轴承修复是将轴承发生损伤的部件进行修复或更换，以达到新轴承的状态要求。如经过长期使用后的轴承，滚动体、滚道、柱销等部件不可避免地存在疲劳损伤，轴承修复过程中，通过磨削滚道、更换滚动体、柱销等部件，将轴承全面修复。这样其功能性部件或表面完全符合新轴承的使用要求。铁姆肯公司可为风能行业提供齿轮传动应用的轴承修复服务，主要包括清洁、检查轴承组件、研磨滚道、制造全新的滚子组件等。
　　从成本角度而言，与采购新轴承相比，轴承修复技术可帮助工业企业节省40％甚至更高的采购成本，而在正常的使用维护下，修复后的轴承完全可以达到新轴承的使用性能。
　　经过正确的修复，修复后的轴承性能与新轴承相同。其游隙等各项精度参数皆可达到新轴承的要求，重要的是懂得和辨识损伤程度来选择正确的修复方案。如表面精磨处理可清除一定的轻微损伤，但无法清除真正的疲劳层，无法清除因碎片引起的缺陷或磨损。因此，如果仅对轴承做表面精磨处理，一般不适合损伤严重的轴承。而如果经过全面的再制造修复工艺，则轴承的疲劳层被彻底清除，而滚动体也要进行全面更换，保持架等也要进行全面整理，这样轴承完全可以达到新轴承的性能要求。
　　与此同时，为了能够更好的帮助客户解决风电设备运行中遇到的问题，在元锡的中国工程技术培训中心，铁姆肯公司经验丰富的专业工程师及资深专家从轴承的维护和保养、轴承失效分析、状态监测及故障诊断和RCM（以可靠性为中心的维修）可靠性咨询等方面提供专业培训课程，通过这些培训，客户将掌握常规检查、预防性维护和振动分析等维护手段，保障了设备的日常正常运行。
　　随着中国风电行业的发展，风电设备的技术水平也将不断进步。尽管目前中国风电设备关键部件设计制造技术还与先进水平还有差距，但未来国家对风能产业的相关政策支持力度的不断加大，将使得整个风电行业更加健康平稳的发展。同时，从企业层面而言，各风电设备生产商也加大了技术研发力度，使得风电设备的可靠性和耐用性不断提高，从而满足风电市场的新需求，也能够适应风能产业的长远发展要求。作为一家具有百余年历史的领先制造商，铁姆肯公司将进一步为风电市场提供先进的摩擦管理和动力传动解决方案，以实际行动有效地支持中国政府发展洁净能源的战略方向。