王腾飞，李海江

(中车株洲电机有限公司，株洲 412000)

0 引 言

风能是重要的清洁能源，大规模风能开发与利用是我国重要的能源战略。传统的非直驱风力发电机的传动链由叶片、轮毂、主轴、齿轮箱和发电机组成，其主轴承一般位于轮毂内。齿轮箱故障导致风电装备发生安全事故,增加维护成本，严重影响风力发电机的安全性和经济型[1]。近年来，大功率(目前已高达12 MW)直驱风力发电机组已成为我国风电新增容量的主力机型之一[2]。图1为一种典型的直驱风力发电机组传动链示意图，发电机组由风轮(叶片+轮毂)直接驱动发电机，发电机转轴(主轴)一般采用空心轴。图1中的发电机轴承即为直驱风力发电机组主轴承，为两单列圆锥滚子轴承。直驱风力发电机组传动链中没有齿轮箱，从根本上解决了齿轮箱的安全、维护等重大问题，但同时，强阵风直接冲击作用在主轴承上，对主轴承的性能提出了极高要求。准确分析主轴承的受力状态，从而合理设计和配置主轴承，对于直驱风力发电机组安全运行至关重要。

图1 一种典型的直驱风力发电机组传动链示意图

风力发电机轴系结构复杂，采用经典力学理论计算难以得到准确结果[3]。随着计算机技术的不断发展，有限元分析方法得到了越来越广泛的应用[4-8]，但是大型风电轴承包含几百个非线性接触对，若采用全实体建模网格数量庞大，对计算硬件资源要求极高，耗时耗力且不易收敛。文献[6]基于ROMAX建立了直驱风机轴系模型，得到了游隙与载荷分布的关系，但缺少对轴承接触应力的理论分析。……