自研主軸承打通產業鏈「最後一公里」，這很中國風機！
健康、自主、可靠的產業鏈對於風電發展至關重要，其中自研是核心基礎，製造是重中之重，最終都指向高效可靠的交付。
對核心部件的理解程度，直接決定整個風機系統效率和安全性的提升。作為風機國產化的引領者，遠景自2009年起，從基礎研究入手，堅持做難而正確的事，一路打開變頻器、變槳系統、發電機、葉片、齒輪箱、主軸承等核心部件設計和製造的黑匣子，持續推動風機性能、可靠性、成本良性平衡。
經過三十餘年的發展，中國風電步入「無人區」，在技術創新、產品形態等方面已無太多經驗可借鑑。遠景用民族情懷開拓風電技術「深水區」，在多個領域代表中國風電最高水平躋身全球一流。
從簡單的系統集成到逐步提升整機國產化率，再到核心部件自研自製、產業鏈垂直整合，全面邁入3.0時代的中國風電產業已經駛入「無人區」。這意味著沒有先例可循，沒有經驗可鑑，只能先行先試，大膽探索。
作為風機國產化卡脖子的「最後一公里」，主軸承曾長期困擾著中國風電製造業，特別是與漸成主流的大兆瓦風機匹配的大型主軸承，在國際上也缺少量產經驗，遑論實際運行。如今，在「無人區」獨舞的中國風企正在創造歷史——遠景自研自製的主軸承5年交付4600台，運行零失效，形成了從設計、製造、測試驗證到可靠性運行的閉環，不僅將風機的性能和可靠性提升到前所未有的新高度，更有力推動我國風電供應鏈變成「合作鏈」「共贏鏈」，代表中國製造業最高水平躋身全球第一梯隊。
形成全流程閉環
實現全過程管理
主軸承是高精密件，精度控制要求高達微米級，對設計、製造、質量管理各環節均提出極高要求。長久以來占據中國風電市場的國際知名軸承品牌雖然有深厚的技術沉澱，但也存在短板：在盈利目標的驅動下，軸承產品儘可能統一化、標準化，才能減少研發和生產成本，適用於更多市場和行業，為風電行業「量身定製」幾無可能，更多是把標準化的產品供給風機廠家，很多實際應用中的問題由此而生。國內軸承企業進入風電行業較晚，同樣製造通用軸承產品較多，對風電主軸承的理解不深，與風機相匹配的產品設計更無從談起。
如何從風機實際應用工況出發，定製化主軸承產品，更好實現與風機控制的協同，進而打造一款完全適用於風機產品和應用場景的主軸承，成為擺在全行業面前的一道難題。
除了自研自製，別無他途。
然而，自研自製主軸承絕非易事。遠景自研軸承團隊表示，除了在設計源頭需要與風機控制、運行場景相匹配，主軸承的製造對精度控制要求也很高，不僅需要先進的製造設備和高標準的物料，與之相關的人員配置和培訓也得跟上，更需要實現批量產品一致性的全流程嚴格質量把控。批量製造穩定性的控制能力，是對軸承製造商最大的考驗。
可靠的主軸承離不開源頭的最優設計、模擬風機真實工況的測試驗證、嚴格的製造過程管理。5年前，遠景組建了彙集各行業頂尖人才的團隊，與供應鏈企業形成合力，在設計源頭、製造技術、質量控制三個環節同時發力，開始打造真正適合風機產品和應用場景的主軸承。
嚴把質量關口
堅守源頭創新
承載能力是衡量軸承性能的關鍵指標，高承載能力主軸承讓風機運行壽命更長。
然而，軸承的最終品質與基礎原材料和底層技術密切相關。例如，材料疲勞會直接影響主軸承的壽命。只有最大程度剔除其中的非金屬夾雜，嚴格控制鋼材的潔凈度，才能延緩材料疲勞的發生。
正是源於對原材料純凈度檢測和把關的高度重視，遠景成立了自己的軸承原材料標準和檢測要求，也是當前行業的最高標準。
「此外，為了保證熱處理後表面形成足夠的壓應力，我們通過新的熱處理技術在提高耐磨性的同時，極大延緩局部微裂紋的擴展，從而提高軸承整體承載能力並大幅提升軸承的運行壽命。」 遠景自研軸承團隊介紹說。
由於風機載荷動態變化，滾子的運動會導致主軸承運行過程中產生滑動和磨損，這些磨損是軸承剝落的起源。針對這一現象，遠景領全球之先，將摩擦功理論和技術應用到風電領域，有效掌控了風機載荷引起的摩擦磨損，顯著延長了主軸承壽命。
理論和技術的創新離不開嚴格的測試驗證。
過去幾年，遠景在測試驗證方面投入巨大：成為國內第一個投資了五自由度測試平台的風電整機廠家、建成全國最大的具備動態彎矩加載能力的主軸承測試台、同時擁有20兆瓦級別中國唯一能夠實現彎扭耦合的傳動鏈測試台。
中國最大的具備動態彎矩能力的風電主軸承測試台
遠景自研軸承團隊表示，一些國外品牌的零部件供應商雖然也有自己的測試台，但大多只能做靜態工況的加載，而風機的實際工況瞬息萬變，最大程度模擬真實工況的測試平台才能更好地為零部件質量保駕護航。除了行業常規的純扭矩加載，遠景測試平台還能實現彎矩加載、扭矩和彎矩的耦合加載，同時還能實現衝擊載荷、交變載荷和波動載荷的測試，最大程度接近風機的實際應用工況。
「遠景的測試台可以模擬風機的真實輸入。我們在主軸承和傳動鏈布置了上百個傳感器，針對主軸承在波動載荷下的溫度、位移、應變、偏轉角，特別是對滾動體做了非常詳細的姿態和受力監測。通過這些監測數據，我們捕獲並建立了外部工況引起的摩擦磨損的理論模型。」 遠景自研軸承團隊說。
再加上遠景獨有的伽利略系統監測每颱風機主軸承的受載和疲勞狀態，近萬颱風機數據進一步修正了測試台架得出的理論模型。數據積累越多，批量風機運行態與軸承壽命可靠度相關的模型就越精準，這也是以遠景為代表的整機商獨一無二的優勢所在。
在業內看來，只有風電整機商能夠把軸承本身的基礎特性同風機運行的特性結合在一起。通過台架測試和風場運行數據反饋，還可以依據軸承的狀態實現風機的載荷控制，提高軸承的壽命，進而提升整個系統的可靠性。
遠景過去5年累計開發了14款主軸承產品，交付了230多個項目，總交付量達到4600台，至今零失效，這是國際頂尖軸承供應商都未曾達成的業績。通過設計、質量、認知的提升，基於創新理念設計的主軸承比基於常規認知設計的主軸承，能助力風機降低單位千瓦製造和運營成本，特別是在海上大兆瓦風機運維成本居高不下的今天，主軸承可靠性提升的價值創造不言而喻。
賦能零部件商
帶動全產業鏈
正如業內所說，風機主軸承國產化進程緩慢，並非是單方面的設計、加工或質量管理卡脖子，而是每個環節環環相扣，只有悉數打通，才能生產出可靠、可批量交付的產品。
遠景正是通過多年的經驗積累才有了今天的認知，並把這種認知融入到每個環節之中。對於風電開發商而言，遠景提供了性價比更優，可靠性更高的整機產品；對於主軸承等零部件供應商而言，遠景把自己對整機、系統和部件的深刻理解賦能供應商，幫助供應商製造出更契合整機系統、更適合實際運行工況的主軸承產品。
遠景自研軸承團隊說：「我們對主軸承代工廠是全方位、全過程、全製造體系的賦能，而不僅僅是工藝支持或質量檢測上，除了自有的設計開發和測試驗證活動外，我們深度參與代工商的設備選型、產線布局、供應鏈規劃、工藝放行等。隨著交付能力的提升，除了常規的供應商管理活動外，還驅動了數字化、智能化的高端製造軟硬體配置，加速推進現場自動化管理、數字化文檔管理，具備高效的追溯能力，進而和遠景智慧平台對接實現全生命周期的質量管理。」
遠景對供應商的管理是從源頭開始的，鋼材、熱處理、機加工、裝配、出廠檢驗等全過程都有專業的集成開發團隊負責全鏈條的開發、評審、驗證和放行，保證設備、工藝、人員等生產要素和過程管控都能滿足高質量交付的要求，同時批量生產的質量監造會將每一個生產節點的數據反饋回遠景質量管理平台進行大數據分析，保證軸承製造過程能力的穩定受控。
遠景目前自研的4600台主軸承雖然都用於自有品牌風機，但在與零部件供應商的合作過程中，後者能夠把製造和質量管控能力復用於其生產製造全領域，整體上帶動中國風機製造產業鏈水平的提升。
正是由於風電整機商積極發揮「鏈主」作用，積極賦能主軸承供應商，進而擴大國產供應商的整體交付能力，才能最終促進本土供應鏈競爭力提升，保證了我國風機製造產業鏈的安全、穩定和高效。
目前，風電行業主軸承國產化比例從2021年前的10%左右提升到48%左右，自研主軸承平均成本比國外品牌降低了30%以上，有力支撐了風電產業的高質量發展，幫助風電行業穿越低價競爭的周期，在全球供應鏈格局變化中更具競爭力。
文丨卓睿