风电主轴轴承国产化还需多久？

  随着国内企业投入的增加、技术的提升，未来三五年，国产主轴轴承有望与国外品牌并驾齐趋，并在不远的将来实现更大范围的国产化替代。

  主轴轴承作为风电机组的核心零部件，载荷复杂多变，可靠性及精度要求高，设计寿命需达到25年以上。由于技术难度大，国外品牌凭借技术和经验积累，长期占据国内大部分市场占有率。近年来，随着国内企业在科研、技术、工艺等方面的提升，加上疫情影响和成本压力，国产风电主轴轴承有望在三五年内与国外品牌并驾齐趋，并在不远的将来实现更大范围的国产化替代。

  我国风电装机规模多年呈持续上升趋势，因此，对主轴轴承需求量迅速增加。由于风电主轴轴承对寿命及可靠性要求很高，长期以来，舍弗勒、SKF、NTN三家国外企业占据国内市场的绝大部分份额，而海上风电机组所用的主轴轴承几乎为国外品牌垄断。

  “近三年，受国产化替代影响，国外品牌市场占有率（陆上风电）逐步降至65%左右。国内主轴轴承从设计到生产制造，和国外产品的差距在缩小。以洛轴为代表的国内主要轴承制造企业，主流机型所用的3~6.25MW主轴轴承已大批量装机使用，10MW以下的海上风电机组主轴轴承也进入研发、样机试用阶段。预计2022年，主轴轴承（陆上）国产化率可提高到40%。随着主机招标价格大大走低，整机商对轴承等各零部件的成本关注度都在提升，主轴轴承国产化已是大势所趋。国内主轴轴承在保证产品质量的前提下价格上的优势更明显，未来三年，国产主轴轴承市场占比超过进口轴承已成必然。”洛阳LYC轴承有限公司（下称“洛轴”）总经理于海波向《风能》表示。

  主轴轴承是风电机组中单价最贵、技术壁垒较高的轴承。风电机组朝着大型化方向迅猛发展，给技术上的含金量较高的主轴轴承国产化带来了不少的挑战。看似只是尺寸的放大，难度却呈几何级增加。大尺寸意味着更高的载荷，加上转速高、运行时间长，这些都要求必须对设计、材料、冷热处理工艺、检测、试验等做全面升级，也对生产设备和检测设备提出更为苛刻的要求。

  常见的主轴轴承有三种：调心滚子轴承（SRB）、圆锥滚子轴承（TRB）、三排圆柱滚子轴承（CRB）。调心滚子轴承多用于双馈、5MW以下机型，其优点是抗挠动性比较强。直驱和半直驱机型多采用圆锥滚子轴承和三排圆柱滚子轴承，适用于更大单机容量的机组。目前，圆锥滚子轴承是国内企业研发的重点。

  设计是研制主轴轴承的关键环节。除风力载荷外，主轴轴承还要承受主轴、叶轮的重力载荷，工况复杂。在设计时，要求轴承具备良好的抗冲击性能、灵活的调心性能、优异的滚道抗疲劳性能。据上海电气风电集团股份有限公司轴承策略采购王怡介绍，一些能力较强的整机商会聘请专家设计，将设计图纸交给轴承厂生产。假如没有这方面专业能力的话，则需要供应商具备相应的设计能力或委托第三方进行设计。

  材料的难点主要在于抗疲劳寿命，这与原材料中非金属夹杂物的类型、大小、分布有关。其中，脆性夹杂物以及大颗粒夹杂物对寿命的影响最大。因此，如何进一步提升轴承钢的洁净度，减小钢中夹杂物的含量与尺寸，提高碳化物的均匀性成为重点所在。此外，主轴轴承的硬度、强度、心部韧性与选材关系紧密。为提高零件硬度、保证心表硬度一致，要求材料具备良好的淬透性、淬硬性及工艺适应性。目前，大兆瓦风电主轴轴承多采用渗碳钢、高淬透性钢和中碳合金钢。

  业内专家这样认为，在轴承钢材料方面，国外品牌近些年培养了国内供应商，其工艺水平、冶炼水平进步很大，材料的纯度和化学成分能和国外企业媲美，但仍有差距。“外企主轴轴承的原材料也购自国内供应商，供应商按照客户的棒材放料锻造，轴承用钢都标着号牌，其金属含量的配比乃是他们的核心机密之一。”一位业内人士向《风能》透露。

  就工艺而言，国内企业在研制、生产5MW以下风电主轴轴承上基本不存在难点。不过，更大兆瓦的主轴轴承工艺制造难度增加很多，如冷加工尺寸精度、热处理变形、滚动体修形、滚道凸度、材料内部组织控制，更优的表面处理技术，包括怎么样才能解决边界摩擦以及外界污染物介入后的润滑问题等。此外，加工更大尺寸的轴承需要更大更精密的加工、检测设备，而设备本身价格昂贵。

  国产主轴轴承技术的进步也得到了外企的肯定。舍弗勒在给《风能》的采访回复中表示，随着调心滚子轴承应用经验的累积，针对客户的项目，国产轴承已能与进口品牌同时提供方案。并且随着轴承钢材料的工艺水平、冶炼水平的提高，感应淬火热处理的应用推广，以及生产上投资力度加大，国产品牌开发速度很快，为后续的项目开发储备了经验和产能。

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