滑動(dòng)軸承，是近年來(lái)備受風(fēng)電行業(yè)關(guān)注的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，但在應(yīng)用階段卻始終雷聲大雨點(diǎn)小。直至近日，遠(yuǎn)景能源公開(kāi)了其自研自制滑動(dòng)軸承的一系列成果：采用滑動(dòng)軸承的齒輪箱已真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化批量應(yīng)用，實(shí)際運(yùn)行表現(xiàn)遠(yuǎn)超海外品牌，成為中國(guó)風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)新突破。

遠(yuǎn)景能源自研自制滑動(dòng)軸承產(chǎn)品

　　“在風(fēng)電領(lǐng)域，盡管很多企業(yè)都在探索滑動(dòng)軸承技術(shù)，但其應(yīng)用仍處早期階段。今天我可以很自豪地說(shuō)，遠(yuǎn)景能源是全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)自研自制并大規(guī)模應(yīng)用滑動(dòng)軸承的風(fēng)電整機(jī)企業(yè)。”全球軸承和旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家、遠(yuǎn)景能源滑動(dòng)軸承首席工程師Ümit Mermerta?博士日前對(duì)《風(fēng)能》談到：“目前我們的滑動(dòng)軸承無(wú)論在臺(tái)架測(cè)試、齒輪箱測(cè)試、樣機(jī)測(cè)試，還是風(fēng)電場(chǎng)批量應(yīng)用上，都非常成功。”

全球軸承和旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家、遠(yuǎn)景能源滑動(dòng)軸承首席工程師Ümit Mermerta?博士

　　國(guó)產(chǎn)滑軸批量了

　　位于江陰的遠(yuǎn)景能源傳動(dòng)鏈工廠(chǎng)中，刺眼的藍(lán)色光芒正從幾臺(tái)熔噴涂覆機(jī)中發(fā)出，將具備特殊性能的合金涂覆到滑動(dòng)軸承上，為其加持上足夠穩(wěn)定、足夠平整、足夠輕薄的覆層。

　　“傳統(tǒng)的滑動(dòng)軸承技術(shù)，如襯套類(lèi)和鑄造銅套類(lèi)，在經(jīng)濟(jì)性上存在明顯不足，采用熔噴涂覆技術(shù)的企業(yè)屈指可數(shù)。” 遠(yuǎn)景能源高級(jí)副總裁、風(fēng)機(jī)與裝備產(chǎn)品平臺(tái)總裁、首席產(chǎn)品官婁益民表示：“我們?cè)诘聡?guó)多特蒙德成立傳動(dòng)鏈齒輪箱COE(卓越中心)，并于2019年組建了專(zhuān)門(mén)的滑動(dòng)軸承技術(shù)研發(fā)和試制團(tuán)隊(duì)，成功探索出快速熔噴涂覆技術(shù)。”

　　據(jù)Ümit Mermerta?介紹，滑動(dòng)軸承本身并不是新技術(shù)，它的應(yīng)用最早可追溯到古埃及時(shí)期。建造金字塔的工人使用液體潤(rùn)滑的滑板將巨大的石塊運(yùn)送到目的地，這種應(yīng)用類(lèi)似滑動(dòng)軸承功能。而滑動(dòng)軸承在 19 世紀(jì)的工業(yè)革命中得到大規(guī)模普及。進(jìn)入風(fēng)電行業(yè)前，滑軸已在汽輪機(jī)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，最大的型號(hào)(如蒸汽輪機(jī))超過(guò) 1.0GW。另外在汽車(chē)的引擎中，也有滑動(dòng)軸承的身影。

　　風(fēng)電行業(yè)對(duì)滑動(dòng)軸承的探索始于2009年前后。國(guó)際頭部風(fēng)電齒輪箱企業(yè)，如采埃孚與威能極，在2018~2020年左右實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸承齒輪箱批量應(yīng)用，搭載于維斯塔斯和GE Vernova等國(guó)際整機(jī)企業(yè)的大容量機(jī)組中。在國(guó)內(nèi)，雖然很多齒輪箱與整機(jī)企業(yè)都在致力獨(dú)立開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，但大多處于嘗試與改進(jìn)階段，除遠(yuǎn)景能源外，鮮有廠(chǎng)商能夠?qū)崿F(xiàn)自研自制批量化應(yīng)用。

　　“目前歐洲整機(jī)商，在新開(kāi)發(fā)和交付產(chǎn)品上，基本已全部采用滑動(dòng)軸承技術(shù)，在國(guó)內(nèi)這項(xiàng)技術(shù)也正得到迅速推廣，自2022年以來(lái)，遠(yuǎn)景新開(kāi)發(fā)的風(fēng)電機(jī)組有一半采用了該技術(shù)，未來(lái)開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品將全系采用該技術(shù)。”遠(yuǎn)景能源風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理負(fù)責(zé)人、風(fēng)機(jī)產(chǎn)品線(xiàn)副總經(jīng)理?xiàng)顏單母嬖V《風(fēng)能》。

遠(yuǎn)景能源風(fēng)機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理負(fù)責(zé)人、風(fēng)機(jī)產(chǎn)品線(xiàn)副總經(jīng)理?xiàng)顏單?/p>

　　顯然，滑動(dòng)軸承技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。行業(yè)能夠形成這樣的共識(shí)，源于該技術(shù)對(duì)風(fēng)電行業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要意義。

　　一方面，滑動(dòng)軸承可支撐機(jī)組大型化。婁益民認(rèn)為，傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承已無(wú)法滿(mǎn)足更高功率的載荷應(yīng)用要求，而滑動(dòng)軸承的應(yīng)用將突破這一限制。當(dāng)機(jī)組功率向10MW、20MW甚至30MW以上邁進(jìn)，滑軸的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這一跨越的關(guān)鍵。

　　“近些年來(lái)，齒輪箱扭矩密度已從過(guò)去的130Nm/kg，提升至目前的240+ Nm/kg，滑動(dòng)軸承在其中就做出了不少貢獻(xiàn)。”楊亞文表示。

　　另一方面，滑動(dòng)軸承可提升機(jī)組效率。由于滑動(dòng)軸承運(yùn)動(dòng)部件間會(huì)產(chǎn)生一層油膜，避免了滾動(dòng)軸承的摩擦問(wèn)題，因而其運(yùn)行效率更高，功率損失更少。據(jù)楊亞文介紹，相比于傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承齒輪箱，采用滑動(dòng)軸承的齒輪箱功率損失下降比例約20~25%，這意味著，在同等輸入條件下，風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量可因采用滑動(dòng)軸承而提升約0.5%，折算到大兆瓦風(fēng)電機(jī)組20年甚至25年的發(fā)電收益相當(dāng)可觀(guān)。

　　此外，因?yàn)槊馊チ私饘匍g的磨損，與滾動(dòng)軸承相比，滑動(dòng)軸承的理論設(shè)計(jì)壽命更長(zhǎng)。“通過(guò)采用這項(xiàng)技術(shù)，未來(lái)我們可以顯著延長(zhǎng)機(jī)組軸承壽命，支持25~30年的機(jī)組壽命要求。”楊亞文認(rèn)為。

　　“當(dāng)然，要使滑動(dòng)軸承完全取代齒輪箱內(nèi)的滾動(dòng)軸承，還需要考慮技術(shù)可行性、商業(yè)案例或技術(shù)必要性。因?yàn)椴煌募夹g(shù)路線(xiàn)有不同的應(yīng)用場(chǎng)景，我們會(huì)選擇在正確的位置使用正確的技術(shù)。”Ümit Mermerta?指出。

　　不簡(jiǎn)單的零失效

　　事實(shí)上，歐洲早期風(fēng)電滑動(dòng)軸承技術(shù)基本由齒輪箱廠(chǎng)家推動(dòng)，與整機(jī)企業(yè)間難以做到深度融合，這導(dǎo)致一些廠(chǎng)家走了彎路，不斷做樣機(jī)、做測(cè)試、做改進(jìn)，出現(xiàn)了一定失效率。反而是作為整機(jī)企業(yè)的遠(yuǎn)景能源，所推出的滑動(dòng)軸承在實(shí)際運(yùn)行中無(wú)一失效，表現(xiàn)出更高的可靠性，這仍與其始終堅(jiān)持自研自制有關(guān)。

　　“當(dāng)風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)入深水區(qū)，必須有人在深水區(qū)先行先試、帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。遠(yuǎn)景這樣既有責(zé)任擔(dān)當(dāng)，又有相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)能力的頭部企業(yè)責(zé)無(wú)旁貸。”婁益民告訴《風(fēng)能》：“滑動(dòng)軸承技術(shù)不僅僅體現(xiàn)在軸承本身，而是需要一個(gè)完整的技術(shù)體系來(lái)支撐。滑動(dòng)軸承的開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)和試制并不算難，真正的挑戰(zhàn)在于如何將其與齒輪箱和整機(jī)完美結(jié)合，并確保其在實(shí)際運(yùn)行中的高效性和可靠性。”

　　楊亞文進(jìn)一步解釋?zhuān)?ldquo;滑動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)速和載荷等邊界條件都來(lái)自于對(duì)風(fēng)電機(jī)組的控制邏輯。我們希望通過(guò)對(duì)機(jī)組控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)高載荷、低轉(zhuǎn)速，潤(rùn)滑不足的情況，以免滑動(dòng)軸承失效。” 在這個(gè)過(guò)程中，遠(yuǎn)景能源的滑動(dòng)軸承專(zhuān)家會(huì)識(shí)別出這些邊界條件，并與傳動(dòng)鏈團(tuán)隊(duì)、整機(jī)團(tuán)隊(duì)、控制系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)一起聯(lián)合優(yōu)化各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與控制邏輯，最終保證全生命周期度電成本最優(yōu)。

　　除得益于對(duì)滑動(dòng)軸承-齒輪箱-傳動(dòng)系統(tǒng)-風(fēng)電整機(jī)技術(shù)的穿透外，能實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸承零失效，還得益于遠(yuǎn)景將測(cè)試驗(yàn)證做到了極致。據(jù)楊亞文透露，“在滑動(dòng)軸承的測(cè)試驗(yàn)證環(huán)節(jié)，遠(yuǎn)景至少已投資了上億元。”

　　例如，遠(yuǎn)景的滑動(dòng)軸承制造出來(lái)后，還要經(jīng)歷復(fù)雜的檢測(cè)程序。每一個(gè)軸承都會(huì)被送往單獨(dú)的精密檢測(cè)間中，進(jìn)行CMM三坐標(biāo)測(cè)量，以保證其宏微觀(guān)設(shè)計(jì)均符合要求。

　　“完成制造過(guò)程后，我們會(huì)進(jìn)行著色滲透測(cè)試(PT)，也稱(chēng)為紅白測(cè)試，主要是為了檢測(cè)軸承表面是否存在裂紋。隨后進(jìn)行超聲波測(cè)試(UT)，檢查滑動(dòng)軸承材料涂層的粘合質(zhì)量。”Ümit Mermerta?表示。

　　在生產(chǎn)車(chē)間一角的實(shí)驗(yàn)室里，可以看到地面上整齊碼放了大大小小幾十個(gè)滑動(dòng)軸承成品。有趣的是，這些軸承有的看上去并不完整，有的則附著了不同紋路的金屬薄膜。Ümit Mermerta?對(duì)此解釋?zhuān)h(yuǎn)景生產(chǎn)的滑動(dòng)軸承并不都會(huì)直接送到齒輪箱組裝車(chē)間，其中一些在最后的制造過(guò)程結(jié)束后，會(huì)被技術(shù)人員拿去破壞，以便取出探針，觀(guān)察冶金結(jié)構(gòu)和材料的化學(xué)成分，并進(jìn)行進(jìn)一步的廣泛測(cè)試，檢查和確認(rèn)內(nèi)部質(zhì)量。這會(huì)彌補(bǔ)PT與UT技術(shù)檢測(cè)的不足。

Ümit Mermerta?向記者介紹滑軸檢測(cè)過(guò)程

　　除對(duì)滑動(dòng)軸承本身的測(cè)試外，遠(yuǎn)景能源還充分發(fā)揮自研優(yōu)勢(shì)，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。一方面，遠(yuǎn)景能源的技術(shù)人員會(huì)識(shí)別出滑動(dòng)軸承在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)所承受的真實(shí)載荷，通過(guò)構(gòu)建完整的機(jī)組控制邏輯與載荷數(shù)據(jù)，確保測(cè)試輸入條件足夠清晰。另一方面，其測(cè)試環(huán)節(jié)不僅涉及載荷與轉(zhuǎn)速，還包括潤(rùn)滑條件，如油溫和環(huán)境溫度等。

　　“在充分精準(zhǔn)識(shí)別運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)各類(lèi)嚴(yán)苛載荷條件后，我們會(huì)把風(fēng)電場(chǎng)高風(fēng)險(xiǎn)載荷環(huán)境復(fù)現(xiàn)到實(shí)驗(yàn)室中，在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)測(cè)試后，實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)大幅降低。”楊亞文補(bǔ)充指出。

遠(yuǎn)景能源滑動(dòng)軸承測(cè)試臺(tái)

　　又打開(kāi)個(gè)“黑匣子”

　　2025年2月，遠(yuǎn)景首款大兆瓦全集成傳動(dòng)鏈樣機(jī)在江陰下線(xiàn)，可適配14~18MW風(fēng)電機(jī)組，將安裝于2024北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)上發(fā)布的Model Z Pro平臺(tái)機(jī)型。這款大兆瓦全集成傳動(dòng)鏈由遠(yuǎn)景能源自研自制，其中就搭載了同樣由該公司自研自制的滑動(dòng)軸承。可以說(shuō)，大到整個(gè)機(jī)組，傳動(dòng)鏈系統(tǒng)，小到齒輪箱，甚至齒輪箱中的滑動(dòng)軸承，遠(yuǎn)景已全面實(shí)現(xiàn)了自研自制，這令其風(fēng)電機(jī)組的系統(tǒng)集成能力更上一層樓。

　　以滑動(dòng)軸承為例，在楊亞文看來(lái)，“如果我們只是外購(gòu)現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，就無(wú)法做到技術(shù)的融會(huì)貫通，不能實(shí)現(xiàn)結(jié)合風(fēng)電機(jī)組，齒輪箱和滑軸技術(shù)綜合系統(tǒng)性的穿透，難以將其性能發(fā)揮到極致。因此，滑動(dòng)軸承，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是深度制造技術(shù)，我們都要充分穿透。”

　　在滑動(dòng)軸承的自研自制過(guò)程中，遠(yuǎn)景能源需要解決一系列挑戰(zhàn)。第一項(xiàng)挑戰(zhàn)是如前面所述的，風(fēng)電機(jī)組的高載荷低轉(zhuǎn)速應(yīng)用場(chǎng)景，與滑動(dòng)軸承建立動(dòng)態(tài)油膜所需的低載荷高轉(zhuǎn)速場(chǎng)景相悖。

　　當(dāng)滑動(dòng)軸承發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)形成一層流體動(dòng)力油膜，將其與行星輪隔離開(kāi)來(lái)，使兩者之間沒(méi)有金屬接觸。Ümit Mermerta? 強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“在低速情況下，尤其是當(dāng)風(fēng)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)下自由旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體動(dòng)力油膜仍然難以形成，我們要防止這種情況造成問(wèn)題。”

　　通過(guò)一系列預(yù)防措施，包括軸承的特殊設(shè)計(jì)、對(duì)潤(rùn)滑油溫度和流量的了解和控制，并結(jié)合其獨(dú)特的設(shè)計(jì)、材料和制造技術(shù)，遠(yuǎn)景確保軸承的可靠性滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)在所有運(yùn)行邊界條件下的實(shí)際運(yùn)行要求。

　　第二項(xiàng)挑戰(zhàn)是滑動(dòng)軸承極高的清潔度要求，一些細(xì)微的硬質(zhì)顆粒進(jìn)入軸承當(dāng)中，可能造成軸承磨損。這對(duì)滑動(dòng)軸承的存儲(chǔ)與裝配環(huán)節(jié)提出了更高要求。

　　“我們要確保工廠(chǎng)的清潔度，對(duì)防塵措施有明確要求。例如需要一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域進(jìn)行裝配，相關(guān)人員進(jìn)入前要做好特殊的防塵措施，保證滑動(dòng)軸承在安裝過(guò)程中不會(huì)被污染。”楊亞文表示：“遠(yuǎn)景的齒輪箱是自研自制的，這也對(duì)保持滑動(dòng)軸承的清潔度有益，因?yàn)槲覀円矔?huì)深度清洗齒輪箱中的其他零部件，控制齒輪箱整體的清潔度和清潔系統(tǒng)，避免相互污染。”

　　第三項(xiàng)挑戰(zhàn)是滑動(dòng)軸承的精密制造，需要采用全新的、高科技含量的技術(shù)。例如，上文中提到的熔噴涂覆技術(shù)，在全球都處于領(lǐng)先水平，在國(guó)內(nèi)是獨(dú)一份的存在。而在熔噴涂覆流程結(jié)束后，還有數(shù)控機(jī)床對(duì)滑動(dòng)軸承進(jìn)行削切和清洗，在刻畫(huà)出潤(rùn)滑油所流經(jīng)通道的同時(shí)，確保其孔洞中不存在有任何毛刺、顆粒、污垢等異物。整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)短有序，但基本都由自動(dòng)化設(shè)備完成，是遠(yuǎn)景滑動(dòng)軸承制造流程中，最具技術(shù)含量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　2021年7月，遠(yuǎn)景能源第一臺(tái)采用滑動(dòng)軸承的齒輪箱下線(xiàn)，當(dāng)年即在3MW樣機(jī)上開(kāi)始并網(wǎng)測(cè)試。隨后，30多臺(tái)此類(lèi)機(jī)組又被安裝于吉林通榆某項(xiàng)目，這也是遠(yuǎn)景能源搭載滑動(dòng)軸承的首個(gè)批量化項(xiàng)目。2023年2月，遠(yuǎn)景能源首批搭載滑動(dòng)軸承的海上風(fēng)電機(jī)組，在山東海域安裝，6月并網(wǎng)運(yùn)行。目前遠(yuǎn)景能源搭載滑動(dòng)軸承批量運(yùn)行超過(guò)一年的機(jī)組達(dá)到100多臺(tái)，已安裝的機(jī)組已有約500臺(tái)。

　　實(shí)現(xiàn)風(fēng)電齒輪箱中的滑動(dòng)軸承零失效，推動(dòng)滑動(dòng)軸承得到更廣泛的應(yīng)用，在遠(yuǎn)景能源看來(lái)是“走在一條難而正確的道路上”。因而，該公司新開(kāi)發(fā)的機(jī)型與大批量交付的產(chǎn)品，都將應(yīng)用滑動(dòng)軸承技術(shù)，未來(lái)搭載比例可達(dá)90%以上，基本與國(guó)外應(yīng)用比例一致。此外，遠(yuǎn)景能源還將考慮在風(fēng)電機(jī)組的其他零部件上采用滑動(dòng)軸承技術(shù)，包括主軸軸承。

　　對(duì)此，婁益民坦言：“我們正在探索如何將齒輪箱滑動(dòng)軸承的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)軸承和主軸承上，會(huì)不斷推出新的應(yīng)用，目前遠(yuǎn)景還有很多與滑動(dòng)軸承相關(guān)的前瞻性項(xiàng)目和產(chǎn)品正在開(kāi)發(fā)當(dāng)中。”