“死磕”出来的又一国产化核心部件——滑动轴承在风电领域批量应用三年零失效

摘要：研制应用难度堪比国产大飞机发动机

在吉林通榆，中广核远通三棵柳风电场30台智能风机运行3年来，采用我国企业自研自制的滑动轴承齿轮箱实现“零失效”，这是滑动轴承齿轮箱首次在国内风电领域实现批量化应用，验证了这一技术在风电应用场景下的可行性和可靠性。

该风场相关负责人说，相对于传统的滚动轴承齿轮箱，滑动轴承齿轮箱功率损失可降低约20%—25%，在同等输入条件下，风电机组的发电量可因采用滑动轴承而提升约0.5%，这意味着一台3.3 兆瓦 陆上风电机组在其20年的生命周期里能多发电1075140度电，相当于360个家庭的一年用电量。

这批齿轮箱来自距离吉林通榆1900公里外的江苏江阴远景能源传动链工厂。远景能源高级副总裁、首席产品官、风机与装备产品平台总裁娄益民介绍，远景之所以在全球首次实现滑动轴承自研自制并成熟批量应用，成功的背后来自于设计源头对技术的深度穿透和熔喷涂覆技术路线的成功突围；来自于制造过程的严苛标准和缜密检测；来自于对风机运行工况的深刻理解和对海量数据的深度挖掘。

对于中国风电行业来说，这是不断突破传统边界的最新探索，也是再一次对技术无人区的坚定挺进。

为什么要“死磕”滑轴齿轮箱？

短短几年，陆上风电机组单机容量已经突破15兆瓦，海上风电机组单机容量已经突破20兆瓦。在风机大型化的趋势下，机组轻量化成为行业迭代进化的方向。

齿轮箱是风电机组的核心部件之一，负责将风轮在风力作用下产生的低速动力高效地传递给发电机，使其达到理想的转速进行发电。它关乎风电机组的可靠性，也决定着最终的发电量。

据轴承专业技术人士介绍，当叶轮直径变大，滚动轴承限速就会达到极限，长此以往，累积的摩擦热就会造成齿轮箱失效，而这种潜在风险可能需要10年以上才能显现出来。但对于风机设备这样一个25—30年的全生命周期投资来说，潜在风险的控制必不可少。

“伴随风机容量越来越大，传统滚动轴承齿轮箱的应用正在逼近极限，新技术的应用恰逢其时。”娄益民说，“在风机大型化背景下，基础理论和基础材料已经触及边界，亟待更新进化。在此背景下，滑动轴承技术成为实现风机传动链轻量化，进而支撑风机持续大型化的必然选择。”

相较传统的滚动轴承，滑动轴承体积更小，占用的空间更少，更利于实现齿轮箱和传动链的轻量化。同时，滑动轴承依靠润滑剂在轴与轴承间形成油膜来降低摩擦，功率损失更小，运行效率更高，设计寿命更长，也更匹配风机25—30年的生命周期要求。

正是基于这一行业需求，国内风电制造企业约五 年前就开始探索滑动轴承齿轮箱的研制。但截至目前，只有远景能源实现了自研自制并具备批量化应用业绩。

2021年7月，远景能源第一台采用滑动轴承的3.3兆瓦齿轮箱下线、并网测试，随后实现批量化应用；2023年2月，远景能源首批搭载滑动轴承的海上风电机组，在山东海域并网运行。目前，远景能源搭载滑动轴承批量运行超过一年的机组达到100多台，已安装的机组约有500台，保持着“零失效”的纪录。这一运行表现已超越海外品牌，成为中国风电技术突破的最新注脚。

这份成绩单的背后，是持续引领风电行业理性、高质量发展的担当，是实现传动链技术变革，为智能风机产品注入高性能、高可靠基因的信念，是通过系统性结构设计突破创新、深度自研自制和全流程全工况测试验证的努力，也是科研人员无数个“死磕”技术细节的日日夜夜。

国内某头部轴承厂家市场负责人透露，作为通用机械设备，轴承有众多的应用场景。不同的应用场景有不同的技术需求，技术的生命力在于与应用场景的完美匹配。作为风电厂家，对风机结构及运行工况有更深入的了解，有条件也有动力自研自制更适配风电应用场景的轴承技术。这是专业轴承厂商所不具备的优势。

滑动轴承技术到底难在哪？

从全球来看，风电行业对滑动轴承的探索始于15年前。国际头部风电齿轮箱企业，如采埃孚与威能极，在2018—2020年实现滑动轴承齿轮箱批量应用。

全球轴承和旋转动力学专家、远景能源滑动轴承首席工程师Ümit Mermertaş博士介绍，虽然滑动轴承技术在工业领域已经应用很久，但在风电领域的应用挑战很大，比如，风机具有很高的载荷但转速很低，这对滑动轴承的应用是一大挑战。同时，滑动轴承制造过程的精益化管理是否到位，也关乎着批量化产品的质量。

在位于江苏江阴的远景能源传动链工厂，熔喷涂覆机发射出刺眼的光，将具备特殊性能的合金涂覆到滑动轴承上，这相当于给轴承穿上一件抗磨又轻薄的外衣。之后，经过机加工、去毛刺、清洗，以及三坐标测量、染色渗透测试、超声波检测等一系列工序，一件质量可靠的滑动轴承才能被安装在风机齿轮箱里。

清洁度是影响轴承寿命的一项关键因素。因材料夹杂而产生的来自表面下的疲劳往往导致轴承失效。这要求轴承交付前的内部颗粒物大小降至微米级。严格控制颗粒含量是生产过程中的一大难题。

“我们对防尘措施有明确要求。例如需要一个独立的区域进行装配，相关人员进入前要做好特殊的防尘措施，保证滑动轴承在安装过程中不会被污染。” 远景能源风机产品开发管理负责人、风机产品线副总经理杨亚文说，“远景的齿轮箱是自研自制的，这也对保持滑动轴承的清洁度有益，因为我们也会深度清洗齿轮箱中的其他零部件，控制齿轮箱整体的清洁度，避免相互污染。”

过硬的产品质量离不开严苛的测试。每一件滑动轴承都要经过染色渗透测试和超声波检测，目的是发现表面的任何一个细微裂纹以及内部可能存在的潜在瑕疵，这是保证轴承品质的两项重要检测。之后，一部分产品会拿去做破坏试验，验证冶金结构和材料的化学成分，更直观地观察内部质量，获得相关数据。

除了检测部件静态下的性能，还要把风机在高空中实际运行遇到的各种外部环境条件完全搬到试验室里，实现仿真模拟，检测部件在真实工况下的性能。

不过，娄益民认为，有了数字化仿真和实物的极限验证，这些部件的检测并不是最大难题。

“当从系统的角度去看待滑轴技术，滑轴就不仅是一项技术，而是一个技术组合。滑轴技术的难点并不在于滑轴技术本身，而在于从轴承零件，到齿轮箱部件，再到风电整机系统的全流程贯通。同时，从设计制造到测试验证，从小批量试验到批量化应用，整个链条也需要拉通，这是远景自研自制的特点，也是远景推崇深度制造的意义。在这个基础之上，滑轴技术才能成功地应用到风机上。”娄益民说。

超越风电行业的里程碑式突破

从引进技术、消化吸收到自主创新，从跟随、并跑到反超国际大厂，中国风电产业的跨越式发展，正是在拆解一个又一个风电技术“黑匣子”的过程中完成的。

风电业内习惯于把那些尚未探知的技术和运营边界以及未知风险，称之为“黑匣子”。在业内看来，攻克风电滑轴技术的意义就相当于攻克大飞机里的发动机技术，是对“黑匣子”的一次重要拆解，是一个里程碑式的突破。

滑轴技术的突破，兼顾了风机大型化、高性能和高可靠性的要求，其批量化应用的意义已经超越了风电行业。

据介绍，滑动轴承应用广泛，在汽车的变速箱、大型的船用发动机、大型的工业传动链中都有应用。因此，滑动轴承在风电场景下的突破，对其他应用场景也有重要价值。

业内认为，风电领域滑轴批量化应用成功，为我国高端基础零部件攻关提供了有益探索，是“贯通技术链、打造创新链、对接产业链”的积极实践，也是“产、学、研、用”协同创新的生动体现。

正如娄益民所说，随着风电产品不断迭代进化，黑匣子成为一个相对的、不断更新的概念。“在某一个范围内，黑匣子已经打开，但随着新技术引进，新产品出现，过去已经揭开的黑匣子又会变成新的黑匣子，拆解黑匣子是一项长期任务。”这意味着对技术的追求、对未知的探索永无止境。

在风电滑轴自研自制过程，也带动了很多开创性的技术革新。比如，贵金属材料成本高，薄层特殊金属焊接技术提供了滑轴应用最具经济性的解决方案。

“我不是来自风电行业，将熔喷涂覆的全新技术应用在风电滑动轴承领域也是头一次，我们进行了大量测试验证并且取得了成功。能提出具有成本效益的解决方案是件令人兴奋的事。”Ümit Mermertaş说，“相比欧美市场的平稳，中国市场变化快，中国公司反应更快，决策迅速，效率高，执行力强，创新的技术思路在中国更容易变成现实。

王力

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