主軸軸承及齒輪箱軸承是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，伴隨風(fēng)電機(jī)組呈現(xiàn)出加速大型化之勢(shì)，應(yīng)用于超大型風(fēng)電機(jī)組上的軸承的可靠性要求極高、技術(shù)難度大，相關(guān)技術(shù)此前長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷。多年來(lái)，洛陽(yáng)軸研科技有限公司（下稱“軸研科技”）技術(shù)中心的研發(fā)工程師梁輝潛心研究風(fēng)電軸承，逐步具備了軸承選型、結(jié)構(gòu)改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真分析等能力，為大型主軸軸承國(guó)產(chǎn)化貢獻(xiàn)出自己的一份力量。
實(shí)力見(jiàn)證“中國(guó)制造”
對(duì)梁輝來(lái)說(shuō)，選擇軸承相關(guān)的工作既是偶然，也是必然。經(jīng)過(guò)7年機(jī)械工程的本科與碩士研究生學(xué)習(xí)，梁輝以優(yōu)異的成績(jī)畢業(yè)，并于2021年順利入職軸研科技。扎實(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，讓他可以勝任各種工程設(shè)備的前期開(kāi)發(fā)工作。
軸承屬于風(fēng)電機(jī)組不可或缺的核心部件。一般而言，風(fēng)電軸承主要包括偏航軸承、變槳軸承、主軸軸承、增速器軸承和發(fā)電機(jī)軸承等。隨著我國(guó)風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量越來(lái)越大，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈越來(lái)越完善，技術(shù)及產(chǎn)品已經(jīng)趕超國(guó)外廠商，而其中的核心部件成為了企業(yè)進(jìn)一步提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。
梁輝對(duì)此深有感觸，堅(jiān)信自己學(xué)到的知識(shí)一定能夠在風(fēng)電領(lǐng)域派上用場(chǎng)。事實(shí)也是如此，他用行動(dòng)一次次地驗(yàn)證“中國(guó)制造”的產(chǎn)品實(shí)力。
其間，梁輝多次配合風(fēng)電整機(jī)商完成關(guān)鍵機(jī)組主軸軸承設(shè)計(jì)選型和軸系優(yōu)化等工作，參與國(guó)家級(jí)風(fēng)電相關(guān)項(xiàng)目4項(xiàng)，獲得授權(quán)專利7項(xiàng)。在他參與開(kāi)發(fā)的三十余款風(fēng)電機(jī)組軸承中，包括國(guó)產(chǎn)首臺(tái)18MW海上風(fēng)電主軸軸承、國(guó)產(chǎn)首臺(tái)11MW陸上風(fēng)電主軸軸承、國(guó)產(chǎn)首臺(tái)8MW全系列齒輪箱軸承在內(nèi)的產(chǎn)品均已完成裝機(jī)。
為了更深入理解風(fēng)電軸承產(chǎn)品設(shè)計(jì)，梁輝對(duì)國(guó)產(chǎn)風(fēng)電軸承的歷史進(jìn)行了梳理。讓他倍感驚訝的是，從2000年的1.5MW到2021年的7MW海上風(fēng)電主軸軸承，這一進(jìn)程用了將近二十年，而在他入職后的3年時(shí)間里，國(guó)產(chǎn)風(fēng)電軸承的規(guī)格已經(jīng)提升到18MW，正在走向25MW級(jí)別。
風(fēng)電機(jī)組的大型化，使得風(fēng)電軸承的技術(shù)含量與制造難度大幅提升，對(duì)配套產(chǎn)品提出了更高的要求。然而，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，具備超大型風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件的自主研發(fā)和制造能力，將對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電核心部件自主可控和保障產(chǎn)業(yè)鏈安全起到重要作用。
優(yōu)化設(shè)計(jì)，降本增效
主軸軸承是高精密件，精度控制需要達(dá)到微米級(jí)，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量管理、安裝等各環(huán)節(jié)均提出極高的要求。今年3月，軸研科技研發(fā)的世界首臺(tái)25MW級(jí)風(fēng)電主軸軸承及齒輪箱軸承成功下線，刷新了當(dāng)時(shí)的全球風(fēng)電軸承最大單機(jī)容量紀(jì)錄。其中，主軸軸承包括2套圓錐滾子軸承，外徑尺寸最大達(dá)3680mm，是風(fēng)電行業(yè)最大尺寸的單列圓錐滾子主軸軸承；齒輪箱軸承包含行星輪軸承、行星架軸承、高速級(jí)軸承，共7個(gè)型號(hào)44套軸承，軸承精度達(dá)到P5級(jí)，部分達(dá)到P4級(jí)精度。
作為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的一員，梁輝全程參與了25MW級(jí)風(fēng)電主軸軸承的設(shè)計(jì)、校核工作。據(jù)測(cè)算，25MW級(jí)海上風(fēng)電機(jī)組單臺(tái)每年可輸出約1.04億千瓦時(shí)清潔電能，能夠滿足5.8萬(wàn)戶普通家庭一年的生活用電，與燃煤電廠相比，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3.4萬(wàn)余噸，減少二氧化碳排放8萬(wàn)余噸。
在我國(guó)風(fēng)電行業(yè)加速發(fā)展之際，更讓梁輝感到自豪的是零部件廠商話語(yǔ)權(quán)的改變。
“如今，我們能夠更深入地參與風(fēng)電整機(jī)商的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，不再僅僅是負(fù)責(zé)校核計(jì)算等輔助環(huán)節(jié)。”梁輝進(jìn)一步解釋說(shuō)，“目前，在進(jìn)行新機(jī)型開(kāi)發(fā)或老機(jī)型優(yōu)化改進(jìn)時(shí)，我們與整機(jī)商之間的合作更為緊密，在軸系跨距設(shè)計(jì)、軸承外形尺寸設(shè)計(jì)、軸承周邊部件的強(qiáng)度優(yōu)化、材料選擇等方面會(huì)共同開(kāi)展研究，確定相關(guān)方案。此外，針對(duì)客戶的需求，我們會(huì)開(kāi)發(fā)一些新的產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)研究。比如，對(duì)于單列圓錐滾子軸承，游隙的控制至關(guān)重要，客戶非常關(guān)心這方面的問(wèn)題。我們開(kāi)發(fā)了主軸軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以在線監(jiān)測(cè)軸承的溫度、位移等參數(shù)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，配合我們的有限元分析，推算軸系的整體游隙。”
“設(shè)計(jì)是第一步，把設(shè)計(jì)做好了，才能造出好產(chǎn)品。”梁輝表示，“曾有客戶提出需求，要將一套兩個(gè)主軸軸承的重量由5噸多降至3噸多。”為了滿足客戶的要求，同時(shí)證明國(guó)產(chǎn)主軸軸承技術(shù)不僅不比國(guó)外企業(yè)的產(chǎn)品差，還能夠帶來(lái)更大的降本優(yōu)勢(shì)，梁輝等人一門(mén)心思撲在項(xiàng)目上，下定決心要攻破這道“難題”。
客戶的定制化需求，導(dǎo)致無(wú)法套用此前的通用做法，也意味著要設(shè)計(jì)出比常規(guī)產(chǎn)品尺寸下更多的方案，并基于每一種方案進(jìn)行計(jì)算，對(duì)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)比對(duì)。功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過(guò)整整2個(gè)月，幾百套方案的嘗試，最終實(shí)現(xiàn)了客戶要求的目標(biāo)。從梁輝的角度來(lái)看，這在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程，再遇到此類要求時(shí)就會(huì)少走一些彎路。更重要的是，這讓風(fēng)整機(jī)商對(duì)國(guó)產(chǎn)零部件的信心大增。
積極溝通，突破創(chuàng)新
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，梁輝很看重與其他部門(mén)的溝通。“產(chǎn)品本身的安全性?常重要。我們有風(fēng)電檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室，會(huì)做大量的失效分析。實(shí)驗(yàn)室的分析結(jié)果可以反饋到我們的設(shè)計(jì)中，避免出現(xiàn)類似問(wèn)題。”他說(shuō)道。
同樣地，梁輝還積極與項(xiàng)目組成員進(jìn)行探討，根據(jù)大量的仿真分析結(jié)果，判斷哪些部位是風(fēng)電軸承的薄弱點(diǎn)，哪些地方在以往的設(shè)計(jì)中容易被忽略。根據(jù)仿真結(jié)果及試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)約束進(jìn)行更新。
“與此同時(shí)，結(jié)合風(fēng)電整機(jī)商的需求，我們還會(huì)改進(jìn)一些工裝設(shè)計(jì)。例如，采用傳統(tǒng)工裝來(lái)安裝在某些機(jī)型中，會(huì)出現(xiàn)安裝空間不足的問(wèn)題，致使其無(wú)法使用。我們根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出一種新型的安裝工裝，在不占用軸系安裝空間的情況下，完成軸承安裝及工裝拆解。”梁輝告訴記者。
隨著國(guó)家碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出，我國(guó)已成為風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)大國(guó)和需求大國(guó)。主軸軸承是風(fēng)電機(jī)組核心部件，在風(fēng)電軸承中技術(shù)壁壘最高，將其重要性比作“心臟”也不為過(guò)。
在此背景下，國(guó)內(nèi)風(fēng)電軸承企業(yè)快速崛起，主軸等軸承產(chǎn)品多點(diǎn)開(kāi)花，從小批量、少量生產(chǎn)到大批量，國(guó)產(chǎn)化軸承發(fā)展進(jìn)入加速期。與此同時(shí)，風(fēng)電大兆瓦軸承的技術(shù)創(chuàng)新還需要時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)積累，以及國(guó)內(nèi)企業(yè)的相信與支持，才更加有望迎頭趕超，助力我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。
一代又一代青年人循著前人的足跡投身于風(fēng)電事業(yè)，憑借堅(jiān)韌意志和聰明才智不斷攻堅(jiān)克難。作為其中的一員，如今成長(zhǎng)為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)勃興中堅(jiān)力量的梁輝，懷抱精益求精和為客戶著想的精神，時(shí)刻提醒自己，面對(duì)困難永不妥協(xié)，為風(fēng)電軸承技術(shù)的迭代升級(jí)繼續(xù)貢獻(xiàn)力量。
（來(lái)源：風(fēng)能專委會(huì)CWEA）
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