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摘 要：风力发电机是风力发电组件中重要组成部分，由于自身及外界因素的影响，发电机轴承温度过高造成系统故障频繁出现，本文从发电机轴承自身和外界因素两个角度阐述了造成轴承温度升高的原因，并根据原因提出几项解决方案。
关键词：风力；发电机；轴承；温升；
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-04-00-01
风能作为绿色可再生能源得到世界各国的关注，利用风能发电不需要燃料，也不会产生辐射或环境污染，已经在全球范围内形成一股热潮。芬兰、丹麦等国家利用风力发电普及率较高，我国西部地区风能资源较为丰富，风力发电也得到了国家和政府的支持。风力发电原理是利用风力带动风车叶片转动，通过增速器将叶片旋转速度加快，促使发电机发电，因此发电机是风力发电机组的核心部件，发电机能否正常运行，直接关系到发电场的发电总量与经济效益。发电机在工作过程中由于多种原因，导致发电机轴承温度过高而造成系统故障，这是目前发电机常见故障之一，如何在使用过程中消除故障隐患，延长发电机使用寿命是需要不断研究的课题。
一、发电机轴承温度升高原因
（一）发电机轴承运转造成温度升高
当轴承旋转速度过快，内外圈之间会因为相互运动产生摩擦而生产热量。若不考虑能量损失，则轴承与转子之间摩擦力做功与产生的热量相等。根据物理学公式Q=W=μNs， μ为摩擦系数，与接触面的粗糙程度决定，对发电机而言，与内外圈滚珠和滚柱间的粗糙程度有关，轴承在完工出厂后，其粗糙面程度已经确定，减小摩擦系数的方法只能在轴承与滚柱之间添加润滑油；N为轴承受到的压力；s为轴承运动的相对距离，由轴承半径、转速、运行时间决定。
轴承所受到的压力由两部分组成，一部分为转子分布在轴承上的重力，另一部分为转子在旋转过程中产生的离心力。离心力的产生主要是转子重心与轴承重心无法完全重合造成的。离心力计算公式为F离=ω2r（ω：转子转速，r：转子重心于轴承中心的偏差距离。由公式可知，转子的转速和两个中心的偏差距离是影响离心力大小的主要因素。因离心力方向的不确定性，使轴承受到的压力称规律性变化。但当轴承内外圈间的游隙和窜动量大于设计值时，内外圈间存在异常摩擦力，使轴承在X 轴上产生压力，导致轴承总的受力值变大，产生的热量增加。发电机轴承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，但润滑油充满轴承内部，若润滑油传热效果不好，影响热量外散也会造成轴承温度升高。
（二）外部因素造成轴承温度过高
1、部件损耗产生的热量。发电机在工作状态中，电机内部不可避免会造成部件的磨损，如定子或转子的铜耗、 铁耗、 机械损耗及附加损耗等，使发电机轴承温度升高。转子回路的铜耗包括转子铜材绕组的的电阻及个串联绕组的电阻，励磁回路的铜耗励磁绕组铜材的电阻及外串的调节电阻组成。
计算公式为：PCu=PCus+PCuf=Is2×Rs+If2×（Rf+Rp），其中：Is为转子回路的总电流；If：励磁绕组回路的总电流；Rs为转子回路的总电阻；Rf为励磁绕组的总电阻；Rp为外串的调节电阻；以上物理量中转子回路的总电阻、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不变的。因此电机铜耗主要有励磁回路的电流和转子回路电流的大小决定的。
同理，铁耗主要由涡流损耗和磁滞损耗两部分构成，影响因素有磁通交变频率及磁密的值有关。机械损耗是由于碳刷和换向器的摩擦、转子转动时与空气摩擦造成的损耗；附加损耗为除以上损耗之外的其他原因产生的损耗，一般将额定损耗的0.5%-1.0%作为附加损耗。总之，发电机的铜耗、铁耗、机械损耗均有可控制的影响因素，这些损耗可以通过技术手段降低，从而减少热量的产生。
2、发电机水冷器散热。发电机冷却方式由空空冷却、空水冷却和水套冷却等。发电机冷却装置在吸收热量的同时，对外散发热量，这也成为轴承温度升高的原因之一。以水冷器为例，水冷器在从发电机内吸收热量，降低发电机温度的同时，通过冷却液将热量排除机舱，理想状态下，水冷器吸收的热量与冷却液吸收的热量相等。但在实际工作中，水冷器吸收的热量与冷却液流量成正比，大小与冷却液的传导系数和散热器的表面积有关。水冷器吸收的热量与冷却液吸收的热量的差值，也是造成轴承温度升高的原因。
3、发电机外壳散热对轴承的影响。发电机热量的散发除冷却装置外，还有通过电机外壳向外界散热。根据热辐射相关公式可知，发电机外壳向外界辐射的热量，与发电机外壳空气流量、外壳与空气温度差、空气吸热能力、外壳灰度有关。若发电机外壳散热受阻，则会导致内部结构温度的升高，包括轴承。
二、处理措施
根据轴承温度升高热量来源分析以及长期工作经验，对轴承温度升高造成的系统故障可以从以下几方面控制预防：
（一）润滑油性能的好坏，决定了滚珠与滚柱间的摩擦系数，更换质量较好的润滑油，可有效降低由于摩擦产生的热量。对于选定的润滑油品牌，其性能已经固定，但在使用过程中可能造成污染降低其性能，对于这种情况应及时检测，定期更换或补充润滑油，确保轴承部位的摩擦系数最小，减少热量的产生。
（二）提高发电机安装质量。发电机转子重心与轴承重心的偏差距离是影响轴承所受压力的重要因素，通过提高发电机安装质量，减少偏差，确保轴承内外圈的间隙和窜动量符合设计值，减少轴承自身运转造成的热量产生。
（三）发电机产生的热量由转子回来电流、励磁回路电流、发电机转速和发电机硅钢片质量决定。在电压固定的情况下，电流大小由电路中电阻决定，电阻大小与材料性能、长度、横截面积有关。在材料确定、粗细一致的情况下，材料的长度成为影响电阻的决定性因素。若以质量衡量长度，发电机组件的质量减少可有效降低发电机热量产生。
（四）冷却液的冷却效果，对于发电机轴承的温度升高影响极大，增加冷却液的流量、改用冷却效果较好的冷却液，并及时检查定期更换，确保冷却机的正常运行。同时，定期清扫发电机外壳的灰尘等阻碍热量散失的异物。
三、总结
发电机轴承温度过高不仅会造成系統故障，还可能降低使用寿命，烧坏轴承。因此，做好日常的养护和维修工作十分必要。
参考文献：
[1]孙方圆.风力发电机轴承温升的影响因素[J].上海大中型电机，2011，（3）：1-3，6.
[2]徐建平.风力发电机轴承与齿轮的润滑[J].合成润滑材料，2011，38（3）：11-14.
[3]陈龙，杜宏武，武建柯等.风力发电机用轴承简述[J].轴承，2008，（12）：45-50.
关键词：风力；发电机；轴承；温升；
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-04-00-01
风能作为绿色可再生能源得到世界各国的关注，利用风能发电不需要燃料，也不会产生辐射或环境污染，已经在全球范围内形成一股热潮。芬兰、丹麦等国家利用风力发电普及率较高，我国西部地区风能资源较为丰富，风力发电也得到了国家和政府的支持。风力发电原理是利用风力带动风车叶片转动，通过增速器将叶片旋转速度加快，促使发电机发电，因此发电机是风力发电机组的核心部件，发电机能否正常运行，直接关系到发电场的发电总量与经济效益。发电机在工作过程中由于多种原因，导致发电机轴承温度过高而造成系统故障，这是目前发电机常见故障之一，如何在使用过程中消除故障隐患，延长发电机使用寿命是需要不断研究的课题。
一、发电机轴承温度升高原因
（一）发电机轴承运转造成温度升高
当轴承旋转速度过快，内外圈之间会因为相互运动产生摩擦而生产热量。若不考虑能量损失，则轴承与转子之间摩擦力做功与产生的热量相等。根据物理学公式Q=W=μNs， μ为摩擦系数，与接触面的粗糙程度决定，对发电机而言，与内外圈滚珠和滚柱间的粗糙程度有关，轴承在完工出厂后，其粗糙面程度已经确定，减小摩擦系数的方法只能在轴承与滚柱之间添加润滑油；N为轴承受到的压力；s为轴承运动的相对距离，由轴承半径、转速、运行时间决定。
轴承所受到的压力由两部分组成，一部分为转子分布在轴承上的重力，另一部分为转子在旋转过程中产生的离心力。离心力的产生主要是转子重心与轴承重心无法完全重合造成的。离心力计算公式为F离=ω2r（ω：转子转速，r：转子重心于轴承中心的偏差距离。由公式可知，转子的转速和两个中心的偏差距离是影响离心力大小的主要因素。因离心力方向的不确定性，使轴承受到的压力称规律性变化。但当轴承内外圈间的游隙和窜动量大于设计值时，内外圈间存在异常摩擦力，使轴承在X 轴上产生压力，导致轴承总的受力值变大，产生的热量增加。发电机轴承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，但润滑油充满轴承内部，若润滑油传热效果不好，影响热量外散也会造成轴承温度升高。
（二）外部因素造成轴承温度过高
1、部件损耗产生的热量。发电机在工作状态中，电机内部不可避免会造成部件的磨损，如定子或转子的铜耗、 铁耗、 机械损耗及附加损耗等，使发电机轴承温度升高。转子回路的铜耗包括转子铜材绕组的的电阻及个串联绕组的电阻，励磁回路的铜耗励磁绕组铜材的电阻及外串的调节电阻组成。
计算公式为：PCu=PCus+PCuf=Is2×Rs+If2×（Rf+Rp），其中：Is为转子回路的总电流；If：励磁绕组回路的总电流；Rs为转子回路的总电阻；Rf为励磁绕组的总电阻；Rp为外串的调节电阻；以上物理量中转子回路的总电阻、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不变的。因此电机铜耗主要有励磁回路的电流和转子回路电流的大小决定的。
同理，铁耗主要由涡流损耗和磁滞损耗两部分构成，影响因素有磁通交变频率及磁密的值有关。机械损耗是由于碳刷和换向器的摩擦、转子转动时与空气摩擦造成的损耗；附加损耗为除以上损耗之外的其他原因产生的损耗，一般将额定损耗的0.5%-1.0%作为附加损耗。总之，发电机的铜耗、铁耗、机械损耗均有可控制的影响因素，这些损耗可以通过技术手段降低，从而减少热量的产生。
2、发电机水冷器散热。发电机冷却方式由空空冷却、空水冷却和水套冷却等。发电机冷却装置在吸收热量的同时，对外散发热量，这也成为轴承温度升高的原因之一。以水冷器为例，水冷器在从发电机内吸收热量，降低发电机温度的同时，通过冷却液将热量排除机舱，理想状态下，水冷器吸收的热量与冷却液吸收的热量相等。但在实际工作中，水冷器吸收的热量与冷却液流量成正比，大小与冷却液的传导系数和散热器的表面积有关。水冷器吸收的热量与冷却液吸收的热量的差值，也是造成轴承温度升高的原因。
3、发电机外壳散热对轴承的影响。发电机热量的散发除冷却装置外，还有通过电机外壳向外界散热。根据热辐射相关公式可知，发电机外壳向外界辐射的热量，与发电机外壳空气流量、外壳与空气温度差、空气吸热能力、外壳灰度有关。若发电机外壳散热受阻，则会导致内部结构温度的升高，包括轴承。
二、处理措施
根据轴承温度升高热量来源分析以及长期工作经验，对轴承温度升高造成的系统故障可以从以下几方面控制预防：
（一）润滑油性能的好坏，决定了滚珠与滚柱间的摩擦系数，更换质量较好的润滑油，可有效降低由于摩擦产生的热量。对于选定的润滑油品牌，其性能已经固定，但在使用过程中可能造成污染降低其性能，对于这种情况应及时检测，定期更换或补充润滑油，确保轴承部位的摩擦系数最小，减少热量的产生。
（二）提高发电机安装质量。发电机转子重心与轴承重心的偏差距离是影响轴承所受压力的重要因素，通过提高发电机安装质量，减少偏差，确保轴承内外圈的间隙和窜动量符合设计值，减少轴承自身运转造成的热量产生。
（三）发电机产生的热量由转子回来电流、励磁回路电流、发电机转速和发电机硅钢片质量决定。在电压固定的情况下，电流大小由电路中电阻决定，电阻大小与材料性能、长度、横截面积有关。在材料确定、粗细一致的情况下，材料的长度成为影响电阻的决定性因素。若以质量衡量长度，发电机组件的质量减少可有效降低发电机热量产生。
（四）冷却液的冷却效果，对于发电机轴承的温度升高影响极大，增加冷却液的流量、改用冷却效果较好的冷却液，并及时检查定期更换，确保冷却机的正常运行。同时，定期清扫发电机外壳的灰尘等阻碍热量散失的异物。
三、总结
发电机轴承温度过高不仅会造成系統故障，还可能降低使用寿命，烧坏轴承。因此，做好日常的养护和维修工作十分必要。
参考文献：
[1]孙方圆.风力发电机轴承温升的影响因素[J].上海大中型电机，2011，（3）：1-3，6.
[2]徐建平.风力发电机轴承与齿轮的润滑[J].合成润滑材料，2011，38（3）：11-14.
[3]陈龙，杜宏武，武建柯等.风力发电机用轴承简述[J].轴承，2008，（12）：45-50.