健康、独立、可靠的产业链是风电发展的关键,其中自研是核心基础,制造是重中之重,最终导致高效可靠的交付。
对核心部件的理解程度直接决定了整个风电机组系统效率和安全性的提高。 作为风电机组国产化的领军企业,远景从2024年开始,从基础研究开始,坚持做难但对的事,打开变频器、变桨系统、发电机、叶片、齿轮箱、主轴承等核心部件设计制造的黑匣子,不断推动风机性能的健康平衡, 可靠性和成本。
经过30多年的发展,我国风电已经进入了“无人区”,在技术创新和产品形态方面没有太多的经验可以借鉴。 远景用民族情怀开辟风电技术“深水区”,在多个领域代表中国风电最高水平,跻身世界一流。
从简单的系统集成到逐步提高整机国产化率,再到自主研发、自制核心部件,以及产业链的垂直整合,已进入3个0时代的中国风电行业已经进入了“无人区”。 这意味着没有先例可循,没有经验可借鉴,我们只能大胆尝试和探索。
作为风电机组国产化的“最后一公里”,主轴承长期困扰着我国风电制造业,尤其是与大兆瓦级风电机组配套的大型主轴承逐渐成为主流,在国际上也缺乏量产经验,更不用说实际运行了。 如今,中国风电企业正在“无人区”独创历史——远景自主研发自制的主轴承5年累计交付4600台,运行零故障,形成了从设计、制造、测试验证到可靠运行的闭环,不仅将风电机组的性能和可靠性提升到前所未有的新高度, 同时也更加有效地推动中国风电产业链成为“合作链”和“共赢链”,代表了中国制造业的最高水平,跻身世界第一梯队
形成全流程闭环
实现全流程管理
主轴承是高精度零件,精度控制要求高达微米级,这对设计、制造和质量管理等各个环节提出了极高的要求。 长期占据中国风电市场的国际知名轴承品牌虽然有很深的技术沉淀,但也存在不足:在利润目标的驱动下,轴承产品为了降低研发和生产成本,尽可能统一、标准化,适合更多的市场和行业。 国内轴承企业进入风电行业较晚,也制造了较多的通用轴承产品,对风电主轴承的了解并不深入,与风电机组相匹配的产品设计也无话可说。
如何从风机的实际应用工况出发,定制主轴承产品,更好地实现与风机控制的协调,进而打造出完全适合风机产品和应用场景的主轴承,成为摆在全行业面前的难题。
除了自我发展和自我生产,别无他法。
然而,在内部开发主轴承并非易事。 远景自研轴承团队表示,除了在设计源头匹配风机控制和运行场景外,主轴承的制造对精度控制也有很高的要求,这不仅需要先进的制造设备和高标准的材料,还需要跟上相关的人员配备和培训,还需要实现批量产品一致性的全过程严格质量控制。 能否控制量产制造的稳定性,是轴承制造商最大的考验。
可靠的主轴承离不开源头的优化设计,模拟风机真实工况的试验验证,以及制造过程的严格管理。 五年前,远景组建了汇聚各行业顶尖人才的团队,与一流连锁企业形成合力,在设计源头、制造工艺、质量控制三个环节同步发力,开始打造真正适合风机产品和应用场景的主轴承。
严把质量关
坚守创新源头
承载能力是轴承性能的关键指标,高承载能力的主轴承使风力发电机组的运行寿命更长。
但是,轴承的最终质量与基础原材料和底层技术密切相关。 例如,材料疲劳会直接影响主轴承的寿命。 只有最大限度地去除非金属夹杂物,严格控制钢材的清洁度,才能延缓材料疲劳的发生。
正是由于对原材料纯度的检测和控制的高度重视,远景才建立了自己的轴承原材料标准和检测要求,这也是目前行业的最高标准。
此外,为了保证热处理后表面形成足够的压应力,我们采用新的热处理技术,在提高耐磨性的同时,大大延缓局部微裂纹的扩展,从而提高整体承载能力,大大提高轴承的使用寿命。 “远景自主研发轴承团队表示。
由于风力发电机组载荷的动态变化,滚子的运动会导致主轴承在运行过程中打滑和磨损,这就是轴承剥落的根源。 针对这一现象,远景在世界上率先将摩擦功的理论和技术应用于风电领域,有效控制了风力发电机组负载引起的摩擦磨损,显著延长了主轴承的使用寿命。
理论和技术的创新离不开严格的测试和验证。
在过去的几年里,远景在测试验证方面投入了大量资金:成为国内第一家投资五自由度试验平台的风力发电机组制造商,建成了全国最大的具有动态弯矩加载能力的主轴承试验台,拥有国内唯一能够实现弯扭耦合的20MW传动链试验台。
中国最大的具有动态弯矩能力的风力发电机组主轴承试验台。
远景自主研发的轴承团队表示,虽然一些国外品牌的零部件制造商也有自己的试验台,但大部分只能做静态工况的加载,而风力发电机组的实际工况变化很快,最大程度模拟真实工况的试验平台可以更好地为零部件质量保驾护航。 除了行业常规的纯转矩加载外,远景测试平台还可以实现弯矩加载、转矩和弯矩耦合加载,以及冲击载荷、交变载荷和波动载荷测试,尽可能贴近风电机组的实际应用条件。
远景的试验台可以模拟风力涡轮机的真实输入。 我们在主轴承和传动链中布置了数百个传感器,对主轴承在波动载荷下的温度、位移、应变、偏转角等进行了非常详细的姿态和力监测,特别是对滚动体。 从这些监测数据中,我们捕获并建立了由外部操作条件引起的摩擦和磨损的理论模型。 “远景自主研发轴承团队表示。
结合远景独有的伽利略系统,监测每台风力发电机组主轴承的载荷和疲劳状态,近10000台风力发电机组数据进一步修正了从试验台获得的理论模型。 数据积累越多,与间歇式风电机组运行状态的可靠性和轴承寿命的可靠性相关的模型就越准确,这也是以远景为代表的整机制造商的独特优势。
在业内人士看来,只有风力发电机组制造商才能将轴承本身的基本特性与风力发电机组运行的特性相结合。 通过台架试验和风电场运行数据反馈,还可以根据轴承的状态实现风力发电机组的负载控制,可以提高轴承的寿命,进而提高整个系统的可靠性。
近五年来,远景共开发了14款主要轴承产品,交付项目230余个,累计交付4600台,至今零故障,这是世界顶级轴承制造商从未达到过的业绩。 通过设计、质量和认知的提升,基于创新理念设计的主轴承与基于常规认知设计的主轴承相比,有助于降低每千瓦风电机组的制造和运行成本,特别是在海上大型兆瓦级风电机组运行维护成本居高不下的情况下,主轴承可靠性提升的价值创造是不言而喻的。
为零部件制造商赋能
带动全产业链
正如业内人士所说,风电机组主轴承国产化进程缓慢,不是片面的设计、加工或质量管理瓶颈,而是各个环节环环相扣,只有打通,才能生产出可靠、批量交付的产品。
正是通过多年的经验积累,远景才有了今天的认知,并将这种认知融入到每一个环节。 对于风电开发商,远景提供性价比更高、可靠性更高的整机产品对于主轴承等零部件的制造商,远景赋予他们对整机、系统、零部件的深刻理解,帮助他们制造出更适合整机系统、更适合实际工况的主轴承产品。
远景自主研发的轴承团队表示:“我们是全方位、全流程、全规模制造体系中主力轴承代工厂的赋能者,不仅仅是在工艺支持或质量检测方面,除了自身的设计开发、测试验证活动外,我们还深度参与设备选型、产线布局、首链规划、 工艺放行等 随着交付能力的提升,除了常规的一流业务管理活动外,还带动了数字化、智能化的高端制造软硬件配置,加速了现场自动化管理和数字化文档管理,具备了高效的溯源能力,进而与远景智能平台对接,实现全生命周期的质量管理。 ”
远景经营从源头做起,有专业的一体化开发团队负责钢材、热处理、机加工、装配、验厂等全链条的开发、评审、验证和放行,确保设备、技术、人员等生产要素和过程控制都能满足高质量交付的要求。
虽然远景研发的4600个主轴承全部用于自有品牌风电机组,但在与零部件制造商合作的过程中,后者可以将其制造和质量控制能力在整个制造领域进行复用,这将带动中国风电机组制造产业链整体水平的提升。
正是因为风电机组生产企业积极发挥“链主”作用,积极赋能主要轴承厂商,进而扩大国内厂商的整体交付能力,才能最终提升本土风电机组链的竞争力,保障我国风电机组制造产业链的安全、稳定和高效。
目前,风电行业主轴承国产化比例从2024年前的10%左右提升至48%左右,自主研发主轴承平均成本较国外品牌降低30%以上,有力支撑了风电行业高质量发展,助力风电行业度过低价竞争周期,在变化中更具竞争力在全球链格局中。
文丨卓睿.