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最新消息| 開發技術最成熟、開發前景最具潛力——風力發電的零部件風電軸承 | 2022-07-25 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"http://news.sohu.com/a/515596928_120735944" 原標題：開發技術最成熟、開發前景最具潛力——風力發電的零部件風電軸承今天和大家聊聊目前開發技術最為成熟的清潔能源——風力發電的零部件風電軸承風電軸承是一種特殊的軸承，使用環境惡劣，高維修成本，要求高壽命。風力發電機用軸承主要包括：偏航軸承總成、風葉主軸軸承、變速器軸承、發電機軸承等（相關技術文中有提及），軸承的結構形成主要有四點接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調心滾子軸承、深溝球軸承等。其中大型偏航軸承總成和風葉主軸軸承技術難度較大，現在基本依靠進口，是風機國產化的難點之一。風機軸承國產化可提高國內軸承工業的設計應用水平，縮小與國外先進水平的差距，促進國內軸承工業的發展和技術進步，另一方面，可以降低風電成本，加快我國新能源和可再生能源的發展。風力發電風電軸承是連接機組中偏航、變槳和傳動等系統轉向的重要部件，分別對應偏航軸承、變槳軸承和主軸軸承（加工工藝問中提及）。其主要功能是支撐旋轉軸或其它運動體，引導轉動或移動運動并承受由軸、軸上零件傳遞而來的載荷，它的精度、性能、壽命和可靠性對主機的使用性能和可靠性起著決定性的作用。可能大家都見過風力發電機的工作環境，空曠無垠的野外工作，惡劣的工況條件，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風速最高可達23ms，有沖擊載荷，正是這嚴酷的條件所以對軸承的密封性能、潤滑性能、耐沖擊、壽命與可靠性有較高的要求，發電機在2~3級風時就要啟動，并能跟蹤風向變化，所以軸承結構需要進行特殊設計以保證低摩擦、高靈敏度，大型偏航軸承要求外圈帶齒。為了更好實現風機的最佳狀態，因此軸承設計、材料、制造、潤滑及密封都要進行專門設計，為風電設備的良好運行提供更有力的保障，可以在很大程度上可提高設備性能和可靠性。在風電設備系統中維護保養也同樣重要。風力發電機通常處在不易進行維護的地方，它們經常被安裝在山上、沙漠里或海岸線上。狀態監視系統能夠協助監視傳動系統的性能表現，而可預測性的維修保養能夠提高這些系統的性能和可靠性，提高設備的有效運行時間。如通過振動分析、油液分析和紅外熱成像等手段監測設備狀態，以判定最佳維修時機的維修流程；通過預測性維修手段可提高設備的運行可靠性，且僅在設備需要維修的時候進行維修，減少過度維修，降低維修成本。風機軸承的加工工藝變槳軸承：內圈——粗車→調質→半精車→溝道軟磨→溝道淬火→精車，粗磨→孔加工，齒輪加工→齒輪淬火→終磨，精磨外圈——粗車→調質→半精車→溝道軟磨→溝道淬火→精車，粗磨→孔加工→終磨，精磨偏航軸承：內圈——粗車→調質→半精車→溝道軟磨→溝道淬火→精車，粗磨→孔加工→終磨，精磨外圈——粗車→調質→半精車→溝道軟磨→溝道淬火→精車，粗磨→孔加工，齒輪加工→齒輪淬火→終磨，精磨風機軸承的技術偏航軸承總成偏航軸承總成是風機及時追蹤風向變化的保證。風機開始偏轉時，偏航加速度E將產生沖擊力矩M=IE（I為機艙慣量）。偏航轉速d越高，產生的加速度6也越大。由于I非常大，這樣使本來就很大的沖擊力成倍增加。另外，風機如果在運轉過程中偏轉，偏航齒輪上將承受相當大的陀螺力矩，容易造成偏航軸承的疲勞失效。根據風機軸承的受力特點，偏航軸承采用"零游隙"設計的四點接觸球軸承，溝道進行特別設計及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷。偏航齒輪要選擇合適的材料、模數、齒面輪廓和硬度，以保證和主動齒輪之間壽命的匹配。同時，要采取有針對性的熱處理措施，提高齒面強度，使軸承具有良好的耐磨性和耐沖擊性。風機暴露在野外，因此對該軸承的密封性能有著嚴格的要求，必須對軸承的密封型式進行優化設計，對軸承的密封性能進行模擬試驗研究，保證軸承壽命和風機壽命相同。風機裝在40m的高空，裝拆費用昂貴，因此必須有非常高的可靠性，一般要求20年壽命，再加上該軸承結構復雜，因此在裝機試驗之前必須進行計算機模擬試驗,以確保軸承設計參數無誤。風葉主軸軸承風葉主軸由兩個調心滾子軸承支承。由于風葉主軸承受的載荷非常大，而且軸很長，容易變形，因此，要求軸承必須有良好的調心性能。確定軸承內部結構參數和保持架的結構形式，使軸承具有良好的性能和長壽命。變速器軸承變速器中的軸承種類很多，主要是靠變速箱中的齒輪油潤滑。潤滑油中金屬顆粒比較多，使軸承壽命大大縮短，因此需采用特殊的熱處理工藝，使滾道表面存在壓應力，降低滾道對顆粒雜質的敏感程度，提高軸承壽命。同時根據軸承的工況條件，對軸承結構進行再優化設計，改進軸承加工工藝方法，進一步提高軸承的性能指標。發電機軸承發電機軸承采用圓柱滾子軸承和深溝球軸承。通過對這兩種軸承的結構設計、加工工藝方法改進、生產過程清潔度控制及相關組件的優選來降低軸承振動的噪聲，使軸承具有良好的低噪聲性能。大直徑風電軸承用立式車床加工現場視頻風電軸承的制造材料不同部位的軸承采用不同的材料及熱處理，如提高偏航和變槳軸承用40CrMo鋼的低溫（環境溫度-40℃∽-30℃，軸承工作溫度在-20℃左右）沖擊功等力學性能的熱處理方法，表面感應淬火的淬硬層深度、表面硬度、軟帶寬度和表面裂紋的控制；增速器軸承用相當于國外STF、HTF鋼的研制及控制其殘余奧氏體最佳含量的研究；主軸軸承在國產真空脫氣鋼質量尚存在一定差距的情況下，采用電渣重熔滲碳鋼G20Cr2Ni4A制造等。全球風電行業整體向上發展帶動相關風電零部件的高速增長，上游風電軸承、風塔等零部件進入了高景氣期，近兩年全球大部分風機零部件企業保持了業績的高速增長。需求量大，行業勢頭正猛，疫情之下供應受阻，國產軸承行業面臨重大挑戰與機遇。全球風電盛行下國產風電軸承能否迎風而上目前全球軸承市場呈現壟斷競爭的格局，70%以上的市場份額集中在八大跨國集團手中，包括SKF、Schaeffler(INA+FAG)、NSK、NTN、Minebea、NACHI、JTKET、TIMKEN等，分別來自瑞典、德國、日本、美國等國家，而國內的軸承制造商約占全球市場份額的20%。回顧國內風電行業的發展歷程，國家政策的導向對行業的發展有著十分密切的聯系。2006年之前我國風電設備配套軸承大部分為進口，價格長期居高不下且交貨周期長，當時外資的風機新增市場份額為55%以上。一年以后，新增市場份額55%的主角就變為了中國公司，這得益于2006年，國家發改委出臺"風電設備國產化率70%"的規定，不滿足設備國產化率要求的風電場不允許建設。國內風電軸承企業借助政策的扶持快速崛起，最終實現了變槳軸承、偏航軸承的國產化。但到了2010年，為促進國內風電產業健康持續發展，以及營造開放共享、競爭有序的風電產業市場環境，"風電設備國產化率70%"規定被取消，此后外資企業紛紛涌入中國市場，SKF、FAG、舍弗勒、NTN等全球龍頭相繼在國內設立風電軸承廠，外資企業在大功率、主軸軸承市場占有領先的市場地位。受限于技術水平和生產規模，本土企業主要發力中低端市場，數據顯示，2020年1月至8月我國滾動軸承的進、出口金額均為22億美元左右，進、出口單價分別為1.41美元、0.64美元，進口單價是出口單價的2倍以上，說明進口軸承占據我國高端市場。另外，生產軸承的企業絕大部分是中小型以下的企業，中大型以上的軸承產量占比不足13%，因此我國軸承制造行業參與者小而多，尚未出現影響力大的龍頭企業，行業市場集中度不高。數據顯示，2019年我國軸承行業實現營業收入1770億元，其中排名前十的軸承制造企業實現營業收入506.7億元，行業CR10僅為28.6%。就如前不久美國的芯片壟斷一樣，我國芯片主要依賴于進口，當美國對我們停止出口時，對我們的工業、商業等領域的沖擊是巨大的。如芯片一般，國內高端軸承主要在材料和工藝上不及國外在長期的嘗試和突破中，國內軸承產業得到較快較好發展。同時，依托國內龐大的工業體系，我國軸承產業規模全球領先。2019年中國軸承產量為196億套，經濟規模位居世界第三。但我國軸承產業大而不強，高端軸承材料和工藝等方面與日本、歐美存在較大差距，大功率風電軸承等高端產品依然依賴進口。同時，高端軸承的制造過程涉及設計、加工、測試等技術問題和力學、摩擦學等理論基礎，前者需要長期的技術經驗積累，后者需要大量的高素質人才，這些在短期內都無法實現，所以需要給國內企業一定的時間完成技術積累以及人才的培養。另外，在工藝設備方面，高精度機床、感應加熱設備等領域也相對薄弱，這也限制了中國高端軸承產業的發展。國外軸承供應受阻，國產替代正當時進口軸承的供應受到限制，這為國內企業提供了替代進口的窗口。2020年以來突然爆發的疫情給了各行業一個緊急剎車，全球產業鏈、供應鏈受到沖擊，導致風電主軸承的供應不足。在國內疫情防控常態化、風電需求穩步上漲的情況下，疊加本土企業突破海外企業長期壟斷的欲望，國內具有一定基礎和一定規模的如LYC、ZWZ、HRB、NXZ、ZXY、KIF等等本土軸承品牌企業迎來了發展時機，有望加快風電軸承的國產化進程。目前已經有風機制造企業在用本土企業生產的主軸軸承。總的來說，風電符合人類可持續發展的要求，時代性、趨勢性特點鮮明。隨著全球風電行業的快速發展，相關零部件市場也應運而漲。作為風電領域核心部件之一的軸承將進入高景氣時期。現階段，高端軸承將市場主要被國際巨頭壟斷，隨著技術的不斷突破疊加疫情的催化，軸承國產化進程正在加速。延伸閱讀軸承的加工對刀具的要求十分嚴格，華菱超硬，作為我國超硬刀具國產化的先驅，以國家超硬材料重點實驗和河南科技大學為技術依托，自備超硬刀具研發中心，專注于脆硬材料和難切削材料加工用立方氮化硼刀具和高品級金剛石的研究方向，在以車代磨、超高硬度重載切削、高速加工、難加工材料切削等細分領域獨具優勢。同時，依據河南超硬材料研究所的先天資源，在3C行業，航空航天、核能軍工領域不斷推陳出新CBNPCD刀具和其他新材料工具，用戶覆蓋了中國大陸、中國臺灣、德國、意大利、美國、韓國、日本、以色列等多個國家和地區。返回搜狐，查看更多責任編輯： 關鍵字標籤：THK軸承經銷商 |
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