风力发电机轴承温升的影响因素及解决方案

作为一种绿色可再生能源，风能已引起世界各国的关注。利用风能发电既不需要燃料，也不会产生辐射或环境污染，因此在全球范围内掀起了一股热潮。芬兰、丹麦等国家风电渗透率较高，而中国西部地区风能资源丰富。风电发电也得到了国家和政府的支持。

SFAG轴承为您普及风力发电原理：它利用风力驱动风力发电机叶片旋转，并通过增速器提高叶片转速，从而推动发电机发电。因此，发电机是风力发电机的核心部件。发电机能否正常运行直接关系到发电厂的总发电量和经济效益。在发电机工作过程中，由于各种原因，发电机轴承温度过高，导致系统故障，这是目前发电机常见的故障之一。如何消除使用过程中的隐患，延长发电机的使用寿命，是一个需要持续研究的课题。

（1）发电机轴承运行引起的温升

当轴承旋转过快时，内圈和外圈之间的摩擦会因相互运动而产生热量。如果不考虑能量损失，轴承与转子之间的摩擦所做的功等于产生的热量。根据物理公式q=w=μNs，μ是摩擦系数，由接触面的粗糙度决定。对于发电机而言，它与内圈和外圈滚珠与滚子之间的粗糙度有关。轴承的粗糙度在出厂时已经确定。降低摩擦系数的方法只能在轴承和滚子之间添加润滑油；N是轴承上的压力；S是轴承运动的相对距离，由轴承半径、速度和运行时间决定。

轴承所受的压力由两部分组成，一部分是转子在轴承上分布的重力，另一部分是转子在旋转过程中产生的离心力。离心力主要是由于转子的重心与轴承的重心不能完全重合而产生的。离心力的计算公式为f= ω²r（ω：转子转速，r：转子重心与轴承中心的偏移距离）。根据该公式，转子转速和两中心之间的偏移距离是影响离心力的主要因素。由于离心力方向的不确定性，轴上的压力会规律性地变化。然而，当轴承内外圈之间的间隙和位移大于设计值时，内外圈之间会产生异常摩擦，导致轴承在x轴上产生压力，从而增加轴承的总力值和产生的热量。发电机轴承的外圈与发电机外壳相连，轴承产生的热量通过传导向外扩散，但轴承内部填充有润滑油。如果润滑油的传热效果不佳，散热就会受到影响，轴承温度也会升高。

（2）由于外部因素，轴承温度过高

1. 部件损耗产生的热量。发电机工作时，电机内部零件不可避免地会发生磨损，如铜损耗、铁损耗、机械损耗以及定子或转子的附加损耗，这些都会导致发电机轴承温度升高。转子电路的铜耗包括转子铜绕组的电阻和多个串联绕组的电阻、励磁电路的铜耗、励磁绕组的铜电阻以及外串的调节电阻。

计算公式为：PCU = PCUs + pcuf = is2 × Rs+If2 × (RF + RP)，其中is为转子电路的总电流；If为励磁绕组电路的总电流；RS为转子电路的总电阻；RF为励磁绕组的总电阻；RP为外串的调节电阻；在上述物理量中，转子电路的总电阻、励磁绕组的总电阻和外串的调节电阻在电机设计完成后是固定的。

2. 发电机水冷却器的散热。发电机的冷却方式包括空对空冷却、空对水冷却和水套冷却。发电机冷却装置吸收热量并将其散发到外部，这也是轴承温度升高的原因之一。以水冷却器为例。在吸收发电机热量并降低发电机温度的同时，水冷却器通过冷却液将机舱内的热量带走。理想情况下，水冷却器吸收的热量应与冷却液吸收的热量相等。

3. 发电机外壳散热对轴承的影响。除冷却装置外，发电机的热量还通过电机外壳散至外部。根据热辐射公式，发电机外壳向外部散发的热量与发电机外壳的气流、外壳与空气之间的温差、空气的吸热能力以及外壳的灰度有关。如果发电机外壳的散热受阻，会导致内部结构（包括轴承）的温度升高。

治疗措施

根据对轴承温升热源的分析以及长期工作经验，可以从以下几个方面控制和预防由轴承温升引起的系统故障：

（1）润滑油的性能决定了球与滚子之间的摩擦系数。更换质量更好的润滑油可以有效减少摩擦产生的热量。对于选定的润滑油品牌，其性能已经确定，但在使用过程中可能会产生污染并降低性能。在这种情况下，应及时检测，并定期更换或补充润滑油，以确保轴承的摩擦系数最小，减少热量的产生。

（2）提高发电机的安装质量。发电机转子重心与轴承重心之间的偏移距离是影响轴承压力的重要因素。通过提高发电机的安装质量，减小偏移，确保轴承内外圈的间隙和位移符合设计值，从而减少轴承本身运行产生的热量。

（3）冷却液的冷却效果对发电机轴承的温度升高有很大影响。应增加冷却液的流量，使用冷却效果更好的冷却液，并定期及时检查和更换，以确保冷却器的正常运行。同时，应定期清理发电机外壳上的灰尘和其他阻碍散热的异物。