風(fēng)電主軸軸承國產(chǎn)化還需多久？
2022-05-10
隨著(zhù)國內企業(yè)投入的增加、技術(shù)的提升，未來(lái)三五年，國產(chǎn)主軸軸承有望與國外品牌并駕齊趨，并在不遠的將來(lái)實(shí)現更大范圍的國產(chǎn)化替代。
主軸軸承作為風(fēng)電機組的核心零部件，載荷復雜多變，可靠性及精度要求高，設計壽命需達到25年以上。由于技術(shù)難度大，國外品牌憑借技術(shù)和經(jīng)驗積累，長(cháng)期占據國內大部分市場(chǎng)份額。近年來(lái)，隨著(zhù)國內企業(yè)在科研、技術(shù)、工藝等方面的提升，加上疫情影響和成本壓力，國產(chǎn)風(fēng)電主軸軸承有望在三五年內與國外品牌并駕齊趨，并在不遠的將來(lái)實(shí)現更大范圍的國產(chǎn)化替代。
主軸軸承國產(chǎn)化率逐年提高
我國風(fēng)電裝機規模多年呈持續上升趨勢，因此，對主軸軸承需求量迅速增加。由于風(fēng)電主軸軸承對壽命及可靠性要求很高，長(cháng)期以來(lái)，舍弗勒、SKF、NTN三家國外企業(yè)占據國內市場(chǎng)的絕大部分份額，而海上風(fēng)電機組所用的主軸軸承幾乎為國外品牌壟斷。
“近三年，受?chē)a(chǎn)化替代影響，國外品牌市場(chǎng)份額（陸上風(fēng)電）逐步降至65%左右。國內主軸軸承從設計到生產(chǎn)制造，和國外產(chǎn)品的差距在縮小。以洛軸為代表的國內主要軸承制造企業(yè)，主流機型所用的3~6.25MW主軸軸承已大批量裝機使用，10MW以下的海上風(fēng)電機組主軸軸承也進(jìn)入研發(fā)、樣機試用階段。預計2022年，主軸軸承（陸上）國產(chǎn)化率可提高到40%。隨著(zhù)主機招標價(jià)格大幅走低，整機商對軸承等各零部件的成本關(guān)注度都在提升，主軸軸承國產(chǎn)化已是大勢所趨。國內主軸軸承在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下價(jià)格優(yōu)勢更為明顯，未來(lái)三年，國產(chǎn)主軸軸承市場(chǎng)占比超過(guò)進(jìn)口軸承已成必然。”洛陽(yáng)LYC軸承有限公司（下稱(chēng)“洛軸”）總經(jīng)理于海波向《風(fēng)能》表示。
大兆瓦主軸軸承研制難度增加
主軸軸承是風(fēng)電機組中單價(jià)最貴、技術(shù)壁壘較高的軸承。風(fēng)電機組朝著(zhù)大型化方向迅猛發(fā)展，給技術(shù)含量較高的主軸軸承國產(chǎn)化帶來(lái)了不少的挑戰?？此浦皇浅叽绲姆糯?，難度卻呈幾何級增加。大尺寸意味著(zhù)更高的載荷，加上轉速高、運行時(shí)間長(cháng)，這些都要求必須對設計、材料、冷熱處理工藝、檢測、試驗等進(jìn)行全面升級，也對生產(chǎn)設備和檢測設備提出更為苛刻的要求。
常見(jiàn)的主軸軸承有三種：調心滾子軸承（SRB）、圓錐滾子軸承（TRB）、三排圓柱滾子軸承（CRB）。調心滾子軸承多用于雙饋、5MW以下機型，其優(yōu)點(diǎn)在于抗撓動(dòng)性比較強。直驅和半直驅機型多采用圓錐滾子軸承和三排圓柱滾子軸承，適用于更大單機容量的機組。目前，圓錐滾子軸承是國內企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。
設計是研制主軸軸承的關(guān)鍵環(huán)節。除風(fēng)力載荷外，主軸軸承還要承受主軸、葉輪的重力載荷，工況復雜。在設計時(shí)，要求軸承具備良好的抗沖擊性能、靈活的調心性能、優(yōu)異的滾道抗疲勞性能。據上海電氣風(fēng)電集團股份有限公司軸承策略采購王怡介紹，一些能力較強的整機商會(huì )聘請專(zhuān)家設計，將設計圖紙交給軸承廠(chǎng)生產(chǎn)。如果沒(méi)有這方面專(zhuān)業(yè)能力的話(huà)，則需要供應商具備相應的設計能力或委托第三方進(jìn)行設計。
材料的難點(diǎn)主要在于抗疲勞壽命，這與原材料中非金屬夾雜物的類(lèi)型、大小、分布有關(guān)。其中，脆性?shī)A雜物以及大顆粒夾雜物對壽命的影響最大。因此，如何進(jìn)一步提高軸承鋼的潔凈度，減小鋼中夾雜物的含量與尺寸，提高碳化物的均勻性成為重點(diǎn)所在。此外，主軸軸承的硬度、強度、心部韌性與選材關(guān)系密切。為提高零件硬度、保證心表硬度一致，要求材料具有良好的淬透性、淬硬性及工藝適應性。目前，大兆瓦風(fēng)電主軸軸承多采用滲碳鋼、高淬透性鋼和中碳合金鋼。
業(yè)內專(zhuān)家表示，在軸承鋼材料方面，國外品牌近些年培養了國內供應商，其工藝水平、冶煉水平進(jìn)步很大，材料的純度和化學(xué)成分能和國外企業(yè)媲美，但仍有差距。“外企主軸軸承的原材料也購自國內供應商，供應商按照客戶(hù)的棒材放料鍛造，軸承用鋼都標著(zhù)號牌，其金屬含量的配比乃是他們的核心機密之一。”一位業(yè)內人士向《風(fēng)能》透露。
就工藝而言，國內企業(yè)在研制、生產(chǎn)5MW以下風(fēng)電主軸軸承上基本不存在難點(diǎn)。不過(guò)，更大兆瓦的主軸軸承工藝制造難度增加很多，如冷加工尺寸精度、熱處理變形、滾動(dòng)體修形、滾道凸度、材料內部組織控制，更優(yōu)的表面處理技術(shù)，包括如何解決邊界摩擦以及外界污染物介入后的潤滑問(wèn)題等。此外，加工更大尺寸的軸承需要更大更精密的加工、檢測設備，而設備本身價(jià)格昂貴。
國產(chǎn)主軸軸承技術(shù)的進(jìn)步也得到了外企的肯定。舍弗勒在給《風(fēng)能》的采訪(fǎng)回復中表示，隨著(zhù)調心滾子軸承應用經(jīng)驗的累積，針對客戶(hù)的項目，國產(chǎn)軸承已經(jīng)可以與進(jìn)口品牌同時(shí)提供方案。并且隨著(zhù)軸承鋼材料的工藝水平、冶煉水平的提高，感應淬火熱處理的應用推廣，以及生產(chǎn)上投資力度加大，國產(chǎn)品牌開(kāi)發(fā)速度很快，為后續的項目開(kāi)發(fā)儲備了經(jīng)驗和產(chǎn)能。
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