解决主轴轴承的早期故障

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解决主轴轴承的早期故障

为什么 TDI 深受风能行业青睐

随着风能产业的发展,对必备零件和保养的需求与日俱增。铁姆肯公司过去 15 年间的风能领域投资为公司带来优异回报。过去 5 年,公司在风能市场的复合年增长率达到 17%,是行业增速的两倍以上

铁姆肯公司为行业提供丰富产品,例如涂层、润滑系统和扭力控制产品。工程轴承是风机工作的核心,用于主轴的双列双内圈圆锥滚子轴承 (TDI) 则是主推产品。

我们与支持风能领域的首席应用工程师 Caleb Chovan 进行交流,了解他对 TDI 成为革命性产品的看法。

我的工作有一大好处,那就是能够自由设计全新创新型产品并将其推向市场。Caleb Chovan 首席机械工程师

问:为什么最初为风机开发 TDI 轴承?


Chovan:TDI 源自该行业面临的一个主要问题。许多原始设备 (OE) 解决方案都为主轴配备了调心滚子轴承 (SRB),当风机容量达到 1.5MW 时,这些轴承会比预期更早开始出现故障。

更换费用十分高昂,有时甚至需要 15 万美元的起重机服务费,这对于任何希望通过风机获利的公司来说都是一笔巨额的计划外费用,这些风机原本计划使用 20 年,但 6 到 8 年后就出现故障。

我们有一位客户是美国的风力发电商,在美国不同地区的风电场中安装了大量此类风机。我们的工程师与他们合作开发了圆锥滚子轴承,该轴承可以替代原始的调心轴承并改善性能。

问:Timken工程师因涂层工艺屡获殊荣。为什么不简单地在替换 SRB 上涂一层涂层呢?



Chovan:Timken ES302 涂层可以在不改变轴承设计的情况下显著延长轴承寿命,因此成为主轴轴承的良好选择。保护涂层增加了第二道防线,以减缓滚子与滚道之间的滑动引起的磨损过程。这种滑动会导致轴承座圈过度磨损,并可能导致早期轴承故障。

另一方面,用 TDI 代替 SRB 是为了消除滚子打滑,延长齿轮箱轴承寿命。根据设计,SRB 有小游隙,会导致可轴向移动的主轴浮动。如果移动太多,就会为齿轮箱带来意外载荷,而该齿轮箱位于主轴轴承的正后方。

铁姆肯公司的研发部门直接与客户合作开发 ES302 耐磨涂层。了解这些成果如何显著延长在风能、农业、航空等领域的应用寿命。


当我们改用 TDI 时,我们可以创建一个完全没有轴承游隙的刚性系统 —— 本质上就是将该轴承锁定到位,并迫使其承受所有额定载荷。因此,这些载荷都不会转移到齿轮箱轴承上。我们与客户共同确定,哪种解决方案最适合他们的应用案例。

TDI 轴承旨在消除风机主轴中的滚子打滑。

问:随着时间推移,TDI 轴承的现场表现如何?


Chovan:我们在一个样机运行两年之后对它进行检查,发现其状态良好,外观几乎崭新。另外两个其他样机则在运行五年半后被拆除,因为它们运行的风机已升级为更大的兆瓦级设备。早期数据表明,如果不进行设备升级,这些轴承的使用寿命将比原始 OE 轴承更长。

该行业正在经历持续的变革,因此证明新技术的成效尚需时日。有一点显而易见,Timken TDI 在风能客户中愈发受欢迎,他们越来越多地使用它们替换风机机群中的失效轴承。

根据这些原则,我们目前正在开发新版 TDI,有望转变现场的风机维护流程。我非常期待与客户进一步探讨。

问:在这个历史节点上,在风能领域工作的感受如何?


Chovan:这是一个非常年轻的行业,发展十分迅猛。2020 年,全球风力发电量增长了 11%。每个人都在争先恐后地寻找最佳解决方案,积极贡献竞争性想法不仅极具挑战,也回报颇丰,有助于为全球的家庭和企业提供更多零排放电力。

这是很有趣的现象:随着成本下降,更多投资涌入,我们突然间发展至此,打造出一个从气候层面和业务可行性角度都意义非凡的行业。

有关铁姆肯公司如何改善风机主轴和齿轮箱轴承寿命的更多详细信息,请参阅白皮书