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，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)此前長期被國外壟斷。多年來，洛陽軸研科技有限公司(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、仿真分析等能力，為大型主軸軸承國產(chǎn)化貢獻(xiàn)出自己的一份力量。

實力見證“中國制造”

對梁輝來說，選擇軸承相關(guān)的工作既是偶然，也是必然。經(jīng)過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)異的成績畢業(yè)，并于2021年順利入職軸研科技。扎實的機(jī)械設(shè)計專業(yè)知識，讓他可以勝任各種工程設(shè)備的前期開發(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)容量越來越大，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈越來越完善，技術(shù)及產(chǎn)品已經(jīng)趕超國外廠商，而其中的核心部件成為了企業(yè)進(jìn)一步提高競爭力的關(guān)鍵。

梁輝對此深有感觸，堅信自己學(xué)到的知識一定能夠在風(fēng)電領(lǐng)域派上用場。事實也是如此，他用行動一次次地驗證“中國制造”的產(chǎn)品實力。

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)計選型和軸系優(yōu)化等工作，參與國家級風(fēng)電相關(guān)項目4項，獲得授權(quán)專利7項。在他參與開發(fā)的三十余款風(fēng)電機(jī)組軸承中，包括國產(chǎn)首臺18MW海上風(fēng)電主軸軸承、國產(chǎn)首臺11MW陸上風(fēng)電主軸軸承、國產(chǎn)首臺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，梁輝對國產(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年時間里，國產(chǎn)風(fēng)電軸承的規(guī)格已經(jīng)提升到18MW，正在走向25MW級別。

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，將對我國實現(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，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，對設(shè)計、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25MW級風(fēng)電主軸軸承及齒輪箱軸承成功下線，刷新了當(dāng)時的全球風(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、高速級軸承，共7個型號44套軸承，軸承精度達(dá)到P5級，部分達(dá)到P4級精度。

作為項目團(tuán)隊的一員，梁輝全程參與了25MW級風(fēng)電主軸軸承的設(shè)計、校核工作。據(jù)測算，25MW級海上風(fēng)電機(jī)組單臺每年可輸出約1.04億千瓦時清潔電能，能夠滿足5.8萬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3.4萬余噸，減少二氧化碳排放8萬余噸。

在我國風(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)計過程，不再僅僅是負(fù)責(zé)校核計算等輔助環(huán)節(jié)。”梁輝進(jìn)一步解釋說，“目前，在進(jìn)行新機(jī)型開發(fā)或老機(jī)型優(yōu)化改進(jìn)時，我們與整機(jī)商之間的合作更為緊密，在軸系跨距設(shè)計、軸承外形尺寸設(shè)計、軸承周邊部件的強(qiáng)度優(yōu)化、材料選擇等方面會共同開展研究，確定相關(guān)方案。此外，針對客戶的需求，我們會開發(fā)一些新的產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)研究。比如，對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)心這方面的問題。我們開發(fā)了主軸軸承監(jiān)測系統(tǒng)，可以在線監(jiān)測軸承的溫度、位移等參數(shù)，根據(jù)測量結(jié)果，配合我們的有限元分析，推算軸系的整體游隙。”

“設(shè)計是第一步，把設(shè)計做好了，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，同時證明國產(chǎn)主軸軸承技術(shù)不僅不比國外企業(yè)的產(chǎn)品差，還能夠帶來更大的降本優(yōu)勢，梁輝等人一門心思撲在項目上，下定決心要攻破這道“難題”。

客戶的定制化需求，導(dǎo)致無法套用此前的通用做法，也意味著要設(shè)計出比常規(guī)產(chǎn)品尺寸下更多的方案，并基于每一種方案進(jìn)行計算，對結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)比對。功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過整整2個月，幾百套方案的嘗試，最終實現(xiàn)了客戶要求的目標(biāo)。從梁輝的角度來看，這在設(shè)計開發(fā)中是一個經(jīng)驗積累的過程，再遇到此類要求時就會少走一些彎路。更重要的是，這讓風(fēng)電整機(jī)商對國產(chǎn)零部件的信心大增。

積極溝通，突破創(chuàng)新

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，梁輝很看重與其他部門的溝通。“產(chǎn)品本身的安全性非常重要。我們有風(fēng)電檢測的實驗室，會做大量的失效分析。實驗室的分析結(jié)果可以反饋到我們的設(shè)計中，避免出現(xiàn)類似問題。”他說道。

同樣地，梁輝還積極與項目組成員進(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，哪些地方在以往的設(shè)計中容易被忽略。根據(jù)仿真結(jié)果及試驗結(jié)果，對設(shè)計約束進(jìn)行更新。

“與此同時，結(jié)合風(fēng)電整機(jī)商的需求，我們還會改進(jìn)一些工裝設(shè)計。例如，采用傳統(tǒng)工裝來安裝在某些機(jī)型中，會出現(xiàn)安裝空間不足的問題，致使其無法使用。我們根據(jù)實際情況，設(shè)計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。

隨著國家碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出，我國已成為風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)大國和需求大國。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。

在此背景下，國內(nèi)風(fēng)電軸承企業(yè)快速崛起，主軸等軸承產(chǎn)品多點開花，從小批量、少量生產(chǎn)到大批量，國產(chǎn)化軸承發(fā)展進(jìn)入加速期。與此同時，風(fēng)電大兆瓦軸承的技術(shù)創(chuàng)新還需要時間和經(jīng)驗積累，以及國內(nèi)企業(yè)的相信與支持，才更加有望迎頭趕超，助力我國風(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)，憑借堅韌意志和聰明才智不斷攻堅克難。作為其中的一員，如今成長為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)勃興中堅力量的梁輝，懷抱精益求精和為客戶著想的精神，時刻提醒自己，面對困難永不妥協(xié)，為風(fēng)電軸承技術(shù)的迭代升級繼續(xù)貢獻(xiàn)力量。