回转支承将转子轮毂（转子）与叶片连接起来，因此可以将其调整到适合风况的最佳角度。 刀片通常通过内部/外部正齿轮或液压致动器旋转。变桨轴承的升级可以增加涡轮机的寿命和效率，同时减少昂贵的停机时间，而这仅是购买新涡轮机的成本的一小部分。
变桨轴承的设计使用寿命为20年（约175,000小时），通常具有深槽哥特式拱形滚道和最大的滚珠补充性能。 球由圆盘状的垫片或笼式分隔器均匀分布。 单排四点或双排八点接触设计可提供出色的负载能力，轴承滚道可使滚珠同时从任何方向承受载荷。
但是，某些特性可能会对轴承的使用寿命造成挑战。 典型的变桨轴承在其整个使用寿命中旋转的角度永远不会超过90°，并且重载荷加上非常小的（<5°）摆动角，可能会对变桨轴承部件施加很大的压力。 它们还长时间保持静止不动并不断受到振动，这会使润滑剂迅速降解并导致粘合剂磨损。
许多风力涡轮机的地理位置偏僻，暴露在各种天气条件下以及变桨轴承在塔架顶部的位置限制了常规的访问和观察。 通常，在定期维护期间，每隔6到12个月可直接观察到变桨轴承，因此很难及早发现问题。 此外，空心铸铁轮毂和复合叶片非常灵活，几乎不给轴承提供支撑。
轨道腐蚀
不幸的是，由标准轴承计算模型预测的经典故障模式（即疲劳剥落和布氏剥落）实际上并不是变桨轴承故障的常见原因。 罪魁祸首通常是润滑不良。 润滑引起的故障包括振动磨损（错误的布氏磨损），腐蚀，碎屑沉降和表面引发的疲劳。 分离器损坏，滚道剥落，剖分式滚珠和轴承锁定都可能是变桨轴承润滑不良的迹象。 许多归类为基于负载的故障实际上可能是由于润滑脂降解引起的问题所致。
另外，旨在提高功率密度的更复杂的变桨控制技术会导致润滑剂和轴承部件承受更大的应力。 抖动是一个很好的术语，用于描述具有主动变桨控制的涡轮机上轴承的运动-在极细的俯仰角上连续快速振荡。 这种类型的操作不仅是近期涡轮效率提高的基础，而且还是润滑剂降解和部件磨损的催化剂。
由于风力涡轮机要经受恶劣的天气环境，因此必须设计润滑方法，以确保最大的机器正常运行时间和最少的维护。
轨道破裂
尽管润滑是主要挑战，但负载故障也是一个值得关注的领域。 通常会发生过载，因为轴承缺乏轮毂组件的刚性支撑，导致不平衡，其中一部分滚道承受了大部分载荷。 载荷和操作引起的故障包括部件破裂（滚动球元件，球分离器，座圈），分离器锁定和滚道芯破碎。 如上所述，润滑条件也会加剧这些故障。
在变桨轴承中，滚珠与滚道之间的接触区域形成一个椭圆形，该椭圆形以滚道接触角为中心。 在较大的推力或倾覆载荷下，接触椭圆会溢出滚道的物理极限（截断）。 接触截断的可能性随轴承直径与厚度的比率增加，或者随着外部支撑的减少而增加。 严重的接触截断会产生应力上升，从而导致路径边缘折断或球分裂成碎片。
最后，计算依赖于一组条件假设，这些条件假设有时与现实生活几乎没有相似之处。 在无尘室中使用新密封件，新鲜油脂并将其安装在坚固，完全平坦的表面上的轴承可能会使用数十年。 不幸的是，现实生活很少那么整洁，工业设备（如风力涡轮机）必须在需要的地方运行。
尽管大多数变桨轴承都以类似的方式失效，但潜在的原因可能会有所不同，因此必须从了解该轴承的独特问题开始进行改进。 由于停机和更换轴承的潜在成本高达数十万美元，因此直接与制造商合作是有益的，该制造商可以提供轴承更换解决方案，从而提高生产率并延长涡轮机的使用寿命。 最有效的轴承升级可减轻边缘载荷，加强座圈，解决分离器磨损并防止污染-最终，这将导致轴承效率更高。
尽管有一些理论上的优势，但考虑到连续环式分离器制造差异所必须做出的折衷大于其任何好处。 直径通常超过2 m，实际上不可能在5 mm厚的环上保持良好的形状和公差。 座圈之间的间隙必须扩大以容纳环，从而减小路径接触面积并增加截断。 环还必须由低碳钢制成，因为高强度合金通常不可焊接。 另一方面，分段式保持架没有这些缺点，并提供了有限的运动自由度，可以减轻可能撕裂单件式环的载荷。
对于路径，对形状，表面光洁度和间距进行严格的几何尺寸和公差（GD＆T）控制可改善负载分配和平衡。接近完美的形状意味着更少的摩擦，打滑和狭窄的斑点，从而减少内部磨损并改善变桨系统的响应和效率。
推荐的表壳深度以蓝色显示；轴承失效的实际情况深度（左）以红色显示。 失效的轴承具有橡胶密封件，
在轴承升级版中，橡胶密封件被“ H”形密封件横截面轮廓所替代（右）。
变桨轴承密封件起着双重作用：防止内部组件受到污染，并防止润滑剂逸出到环境中。 不幸的是，密封并不完全有效。毕竟，如果轴承是密封的，它就不能旋转。 常见的变桨轴承密封件是氢化丁腈橡胶（HNBR），其安装在一个座圈的凹槽中，两个密封唇沿相反的座圈拖动。 这种密封方式磨损迅速，当暴露于紫外线和臭氧中时会迅速降解，对变形的响应较差，并通过直接进入轴承内部的途径提供污染物。
由热塑性聚氨酯（TPU）制成并安装在迷宫式固定槽上的“ H型”密封设计显着提高了密封效果。 这种自由浮动的设计具有很高的响应速度，即使变形也能提供密封压力。 它对操作过程中的环变形不敏感，从而减少了油脂泄漏和进水，从而有助于提高坚固性并降低维护成本。 此外，TPU磨损率是传统橡胶的一小部分，从而延长了使用寿命和更换间隔。
巨大的接触载荷所产生的剪应力会穿透表面之下，并使较软的铁芯屈服，从而导致硬化的路径脱离滚道（铁芯破碎）。 为了防止这种情况，感应淬火层必须足够深地渗透，以使钢强度超过接触剪切应力。 在变桨轴承中，结构变形和沉重的倾覆载荷意味着峰值剪切应力可能会在沿路径表面的任何点发生。 因此，当固化层从设计接触角移开时，必须使其具有均匀的图案且不会减少。 深度均匀的热处理大大减轻了接触截断的影响。
正确的包装可以防止运输过程中的腐蚀和震动，振动及其他危险。
由于大多数轴承在安装前可能具有较长的保质期，因此重要的是要确保将其存储和包装以防止在使用前降解。 正确的包装可以防止运输过程中的腐蚀以及震动，振动和其他危险。 包装应包括在安装孔上施加防腐涂层，将轴承包裹在挥发性腐蚀抑制剂（VCI）纸中，用真空密封袋包装以及单独的板条箱（堆叠成两捆）。
轴承应保留在其原始包装中，直到安装前才可避免接触污染物，特别是灰尘，并应用干净，干手和干净的碎布进行处理。 在安装之前，应将它们放在干净的纸上，保持遮盖，并且切勿将其暴露在脏的桌子或地板上。
当涡轮机由于维护问题或设备故障而脱机时，维修人员的高昂成本和起重机的工作日费用会使成本飙升。
升级的变桨轴承解决方案可以通过以下方式提高涡轮机的寿命和效率，并减少停机时间：
由于轴承的健康状况取决于多种因素，因此必须与能够进行轴承分析失败的制造商合作，并使用模拟程序测试新解决方案，以确定可能需要进行哪些升级以减轻将来发生故障的风险，这一点很重要。 此外，状态监测和预测性维护等增值服务可以进一步延长风力涡轮机的使用寿命，使其远远超过其预期寿命。
作者： SKF美国可再生能源应用高级产品工程师Corey Bayles
极端天气，不可预知的重负载，偏远的地理位置以及更高输出的设计只是影响风力涡轮机的一些运营挑战，这些挑战可能导致轴承意外故障。 幸运的是，可以通过升级设计，组件和技术来延长风力涡轮机的使用寿命。 升级可以将变桨轴承的寿命延长多达10年，提高涡轮机的寿命和效率，同时减少停机时间-所有这些仅是新涡轮机成本的一小部分。
