風電軸承技術(shù)篇

??????? 傳統(tǒng)能源的相對匱乏，環(huán)境壓力以及地緣政治的強烈不安全感，使得各國在發(fā)展包括風電在內(nèi)的可再生能源方面不遺余力。近年來全球風電產(chǎn)業(yè)呈快速增長的態(tài)勢 ，裝機容量每年同比增長20%~30%以上，2008年全球風電裝機容量累計達到12079萬kW。我國風電產(chǎn)業(yè)從2004年以來“井噴式”地發(fā)展，2006年、2007年和2008年連續(xù)3年每年裝機容量已達到1215萬kW。預(yù)計2010年累計裝機容量將達到3000萬kW以上，提前10年達到國家原定2020年要達到的目標。

　　世界和中國風電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，給我國軸承行業(yè)帶來了前所未有的大好發(fā)展機遇。已經(jīng)有近20家軸承企業(yè)涉足風電軸承行業(yè)，其中瓦軸、天馬、洛軸、京冶軋機和大冶軸等企業(yè)的風電軸承生產(chǎn)已經(jīng)形成規(guī)模，開始大批量向國內(nèi)風電設(shè)備制造企業(yè)供應(yīng)偏航軸承和變槳軸承，并向國外出口。偏航軸承和變槳軸承很快就會供大于求。傳動系統(tǒng)軸承（包括主軸軸承、增速器軸承和發(fā)電機軸承等）已進入小批量試制和試用階段，預(yù)計兩三年內(nèi)可以國產(chǎn)化。

　　風電軸承產(chǎn)業(yè)是機遇和風險并存的產(chǎn)業(yè)，在向軸承企業(yè)提供巨大商機的同時，存在著很大的投資風險、市場風險和技術(shù)風險，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)流傳著一種說法： “風電軸承就是那么回事，沒有什么大不了的”，這是十分有害的 。就技術(shù)而言，我國軸承企業(yè)都是在沒有經(jīng)過充分研發(fā)，沒有足夠的技術(shù)儲備的情況下倉促上陣的，對風電軸承的許多深層次的問題并沒有完全吃透，這需要我們回過頭好好的補上這一課。這個課不補，遲早要吃苦頭。一個精明的企業(yè)家對這一點要有清醒的認識，在抓市場的同時，要騰出一只手來抓研發(fā)。

　　風電軸承的研發(fā)包括多方面的內(nèi)容。我們要把重點放在可靠性設(shè)計、可靠性制造和可靠性試驗上。尤其是增速器軸承的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，我們需要花更大的力氣。

　　在風電軸承的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化中，我們應(yīng)瞄準世界風能業(yè)界科技發(fā)展的前沿，緊跟風電設(shè)備發(fā)展的趨勢，同步或者超前進行風電軸承的研發(fā)。隨著風電單機容量的不斷增加，風場由陸地向近海發(fā)展，風力發(fā)電組技術(shù)也在不斷提升。我們不能坐等推出新型主機，才去研發(fā)配套軸承。要努力與風機設(shè)備制造企業(yè)結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，與主機同步研發(fā)，甚至超前研發(fā)配套軸承，對一些前沿技術(shù)，一定要保持高度敏感，快速跟進。

　　在所有風機配套軸承中，尤其要引起我們高度關(guān)注的是增速器軸承。

　　風機增速器是大傳動比的齒輪箱。由于承受的扭矩和轉(zhuǎn)速波動范圍大，傳動負載易突變，箱體重量與安裝空間有限制，安裝平臺存在柔性變形等，因而與傳統(tǒng)的重載工業(yè)齒輪箱的應(yīng)用環(huán)境相去甚遠。因此，對風機增速器及其配套軸承的可靠性研究，已成為當前風能界的難點和重點。我們應(yīng)密切關(guān)注和跟進一些前沿技術(shù)。

　　如在風機傳動系統(tǒng)研究上居全球領(lǐng)先地位的英國Romax公司提出的對風機增速器軸承受力分析和壽命計算的新觀點和新方法。在設(shè)計風機增速器軸承時，不是對單個軸承進行受力分析，而是將軸承和增速器視為一個整體，在動態(tài)狀況下，作為一個系統(tǒng)來分析。要考慮軸與箱體的變形，多個軸承之間的相互作用及非線性剛性，軸承內(nèi)部滾動體之間的載荷分配等。按載荷、預(yù)緊、錯位、高速效應(yīng)、微觀幾何精度、應(yīng)力分布、油膜厚度、污染疲勞和載荷極限等諸多因素，對軸承壽命進行計算和修正。

　　又如日本NSK公司采用自行研發(fā)的STF（Super-TF）鋼和HTF（Hi-TF）鋼制造風機增速器軸承。增速器在工作過程中，齒輪磨損產(chǎn)生微小金屬顆粒，在軸承工作便面形成壓痕，壓痕邊緣形成高的應(yīng)力集中，成為疲勞源，導(dǎo)致剝落，縮短軸承使用壽命。NSK公司開發(fā)的用中碳合金鋼碳氮共滲工藝，使零件表面得到較多的穩(wěn)定的殘余奧氏體（約30%~35%）和大量細小的碳化物和碳氮化物。后者可保證表面的硬度與耐磨性，使壓痕不容易形成；前者可以降低壓痕的邊緣效應(yīng)，阻止疲勞源的形成和擴展，從而大大提高軸承在如風機增速器這樣的在污染潤滑工況下的使用壽命。這方面，洛陽軸承研究所已進行了研發(fā)工作，并取得初步成果。