滑動軸承，是近年來備受風電行業關注的技術創新點，但在應用階段卻始終雷聲大雨點小。直至近日，遠景能源公開了其自研自制滑動軸承的一系列成果：采用滑動軸承的齒輪箱已真正實現產業化批量應用，實際運行表現遠超海外品牌，成為中國風電技術領域的一項新突破。
遠景能源自研自制滑動軸承產品
“在風電領域，盡管很多企業都在探索滑動軸承技術，但其應用仍處早期階段。今天我可以很自豪地說，遠景能源是全球第一個實現自研自制并大規模應用滑動軸承的風電整機企業。”全球軸承和旋轉動力學專家、遠景能源滑動軸承首席工程師Ümit Mermerta?博士日前對《風能》談到：“目前我們的滑動軸承無論在臺架測試、齒輪箱測試、樣機測試，還是風電場批量應用上，都非常成功。”
全球軸承和旋轉動力學專家、遠景能源滑動軸承首席工程師Ümit Mermerta?博士
國產滑軸批量了
位于江陰的遠景能源傳動鏈工廠中，刺眼的藍色光芒正從幾臺熔噴涂覆機中發出，將具備特殊性能的合金涂覆到滑動軸承上，為其加持上足夠穩定、足夠平整、足夠輕薄的覆層。
“傳統的滑動軸承技術，如襯套類和鑄造銅套類，在經濟性上存在明顯不足，采用熔噴涂覆技術的企業屈指可數。” 遠景能源高級副總裁、風機與裝備產品平臺總裁、首席產品官婁益民表示：“我們在德國多特蒙德成立傳動鏈齒輪箱COE(卓越中心)，并于2019年組建了專門的滑動軸承技術研發和試制團隊，成功探索出快速熔噴涂覆技術。”
據Ümit Mermerta?介紹，滑動軸承本身并不是新技術，它的應用最早可追溯到古埃及時期。建造金字塔的工人使用液體潤滑的滑板將巨大的石塊運送到目的地，這種應用類似滑動軸承功能。而滑動軸承在 19 世紀的工業革命中得到大規模普及。進入風電行業前，滑軸已在汽輪機行業得到廣泛應用，最大的型號(如蒸汽輪機)超過 1.0GW。另外在汽車的引擎中，也有滑動軸承的身影。
風電行業對滑動軸承的探索始于2009年前后。國際頭部風電齒輪箱企業，如采埃孚與威能極，在2018~2020年左右實現滑動軸承齒輪箱批量應用，搭載于維斯塔斯和GE Vernova等國際整機企業的大容量機組中。在國內，雖然很多齒輪箱與整機企業都在致力獨立開發這項技術，但大多處于嘗試與改進階段，除遠景能源外，鮮有廠商能夠實現自研自制批量化應用。
“目前歐洲整機商，在新開發和交付產品上，基本已全部采用滑動軸承技術，在國內這項技術也正得到迅速推廣，自2022年以來，遠景新開發的風電機組有一半采用了該技術，未來開發的新產品將全系采用該技術。”遠景能源風機產品開發管理負責人、風機產品線副總經理楊亞文告訴《風能》。
遠景能源風機產品開發管理負責人、風機產品線副總經理楊亞文
顯然，滑動軸承技術已經成為國內外風電技術創新與應用的一個重點領域。行業能夠形成這樣的共識，源于該技術對風電行業未來發展的重要意義。
一方面，滑動軸承可支撐機組大型化。婁益民認為，傳統滾動軸承已無法滿足更高功率的載荷應用要求，而滑動軸承的應用將突破這一限制。當機組功率向10MW、20MW甚至30MW以上邁進，滑軸的應用是實現這一跨越的關鍵。
“近些年來，齒輪箱扭矩密度已從過去的130Nm/kg，提升至目前的240+ Nm/kg，滑動軸承在其中就做出了不少貢獻。”楊亞文表示。
另一方面，滑動軸承可提升機組效率。由于滑動軸承運動部件間會產生一層油膜，避免了滾動軸承的摩擦問題，因而其運行效率更高，功率損失更少。據楊亞文介紹，相比于傳統的滾動軸承齒輪箱，采用滑動軸承的齒輪箱功率損失下降比例約20~25%，這意味著，在同等輸入條件下，風電機組的發電量可因采用滑動軸承而提升約0.5%，折算到大兆瓦風電機組20年甚至25年的發電收益相當可觀。
此外，因為免去了金屬間的磨損，與滾動軸承相比，滑動軸承的理論設計壽命更長。“通過采用這項技術，未來我們可以顯著延長機組軸承壽命，支持25~30年的機組壽命要求。”楊亞文認為。
“當然，要使滑動軸承完全取代齒輪箱內的滾動軸承，還需要考慮技術可行性、商業案例或技術必要性。因為不同的技術路線有不同的應用場景，我們會選擇在正確的位置使用正確的技術。”Ümit Mermerta?指出。
不簡單的零失效
事實上，歐洲早期風電滑動軸承技術基本由齒輪箱廠家推動，與整機企業間難以做到深度融合，這導致一些廠家走了彎路，不斷做樣機、做測試、做改進，出現了一定失效率。反而是作為整機企業的遠景能源，所推出的滑動軸承在實際運行中無一失效，表現出更高的可靠性，這仍與其始終堅持自研自制有關。
“當風電技術創新進入深水區，必須有人在深水區先行先試、帶動整個行業技術進步。遠景這樣既有責任擔當，又有相應經驗積累和技術能力的頭部企業責無旁貸。”婁益民告訴《風能》：“滑動軸承技術不僅僅體現在軸承本身，而是需要一個完整的技術體系來支撐。滑動軸承的開發、試驗和試制并不算難，真正的挑戰在于如何將其與齒輪箱和整機完美結合，并確保其在實際運行中的高效性和可靠性。”
楊亞文進一步解釋：“滑動軸承的轉速和載荷等邊界條件都來自于對風電機組的控制邏輯。我們希望通過對機組控制邏輯進行優化，避免出現高載荷、低轉速，潤滑不足的情況，以免滑動軸承失效。” 在這個過程中，遠景能源的滑動軸承專家會識別出這些邊界條件，并與傳動鏈團隊、整機團隊、控制系統團隊一起聯合優化各個環節的設計與控制邏輯，最終保證全生命周期度電成本最優。
除得益于對滑動軸承-齒輪箱-傳動系統-風電整機技術的穿透外，能實現滑動軸承零失效，還得益于遠景將測試驗證做到了極致。據楊亞文透露，“在滑動軸承的測試驗證環節，遠景至少已投資了上億元。”
例如，遠景的滑動軸承制造出來后，還要經歷復雜的檢測程序。每一個軸承都會被送往單獨的精密檢測間中，進行CMM三坐標測量，以保證其宏微觀設計均符合要求。
“完成制造過程后，我們會進行著色滲透測試(PT)，也稱為紅白測試，主要是為了檢測軸承表面是否存在裂紋。隨后進行超聲波測試(UT)，檢查滑動軸承材料涂層的粘合質量。”Ümit Mermerta?表示。
在生產車間一角的實驗室里，可以看到地面上整齊碼放了大大小小幾十個滑動軸承成品。有趣的是，這些軸承有的看上去并不完整，有的則附著了不同紋路的金屬薄膜。Ümit Mermerta?對此解釋，遠景生產的滑動軸承并不都會直接送到齒輪箱組裝車間，其中一些在最后的制造過程結束后，會被技術人員拿去破壞，以便取出探針，觀察冶金結構和材料的化學成分，并進行進一步的廣泛測試，檢查和確認內部質量。這會彌補PT與UT技術檢測的不足。
Ümit Mermerta?向記者介紹滑軸檢測過程
除對滑動軸承本身的測試外，遠景能源還充分發揮自研優勢，對其進行系統級測試。一方面，遠景能源的技術人員會識別出滑動軸承在風電場運行時所承受的真實載荷，通過構建完整的機組控制邏輯與載荷數據，確保測試輸入條件足夠清晰。另一方面，其測試環節不僅涉及載荷與轉速，還包括潤滑條件，如油溫和環境溫度等。
“在充分精準識別運行風電場各類嚴苛載荷條件后，我們會把風電場高風險載荷環境復現到實驗室中，在實驗室里通過測試后，實際運行風險就會大幅降低。”楊亞文補充指出。
遠景能源滑動軸承測試臺
又打開個“黑匣子”
2025年2月，遠景首款大兆瓦全集成傳動鏈樣機在江陰下線，可適配14~18MW風電機組，將安裝于2024北京國際風能大會暨展覽會上發布的Model Z Pro平臺機型。這款大兆瓦全集成傳動鏈由遠景能源自研自制，其中就搭載了同樣由該公司自研自制的滑動軸承。可以說，大到整個機組，傳動鏈系統，小到齒輪箱，甚至齒輪箱中的滑動軸承，遠景已全面實現了自研自制，這令其風電機組的系統集成能力更上一層樓。
以滑動軸承為例，在楊亞文看來，“如果我們只是外購現成的標準產品，就無法做到技術的融會貫通，不能實現結合風電機組，齒輪箱和滑軸技術綜合系統性的穿透，難以將其性能發揮到極致。因此，滑動軸承，無論是設計還是深度制造技術，我們都要充分穿透。”
在滑動軸承的自研自制過程中，遠景能源需要解決一系列挑戰。第一項挑戰是如前面所述的，風電機組的高載荷低轉速應用場景，與滑動軸承建立動態油膜所需的低載荷高轉速場景相悖。
當滑動軸承發生相對運動時，會形成一層流體動力油膜，將其與行星輪隔離開來，使兩者之間沒有金屬接觸。Ümit Mermerta? 強調說：“在低速情況下，尤其是當風電機組在靜止狀態下自由旋轉時，流體動力油膜仍然難以形成，我們要防止這種情況造成問題。”
通過一系列預防措施，包括軸承的特殊設計、對潤滑油溫度和流量的了解和控制，并結合其獨特的設計、材料和制造技術，遠景確保軸承的可靠性滿足風電場在所有運行邊界條件下的實際運行要求。
第二項挑戰是滑動軸承極高的清潔度要求，一些細微的硬質顆粒進入軸承當中，可能造成軸承磨損。這對滑動軸承的存儲與裝配環節提出了更高要求。
“我們要確保工廠的清潔度，對防塵措施有明確要求。例如需要一個獨立的區域進行裝配，相關人員進入前要做好特殊的防塵措施，保證滑動軸承在安裝過程中不會被污染。”楊亞文表示：“遠景的齒輪箱是自研自制的，這也對保持滑動軸承的清潔度有益，因為我們也會深度清洗齒輪箱中的其他零部件，控制齒輪箱整體的清潔度和清潔系統，避免相互污染。”
第三項挑戰是滑動軸承的精密制造，需要采用全新的、高科技含量的技術。例如，上文中提到的熔噴涂覆技術，在全球都處于領先水平，在國內是獨一份的存在。而在熔噴涂覆流程結束后，還有數控機床對滑動軸承進行削切和清洗，在刻畫出潤滑油所流經通道的同時，確保其孔洞中不存在有任何毛刺、顆粒、污垢等異物。整個過程簡短有序，但基本都由自動化設備完成，是遠景滑動軸承制造流程中，最具技術含量的關鍵環節。
2021年7月，遠景能源第一臺采用滑動軸承的齒輪箱下線，當年即在3MW樣機上開始并網測試。隨后，30多臺此類機組又被安裝于吉林通榆某項目，這也是遠景能源搭載滑動軸承的首個批量化項目。2023年2月，遠景能源首批搭載滑動軸承的海上風電機組，在山東海域安裝，6月并網運行。目前遠景能源搭載滑動軸承批量運行超過一年的機組達到100多臺，已安裝的機組已有約500臺。
實現風電齒輪箱中的滑動軸承零失效，推動滑動軸承得到更廣泛的應用，在遠景能源看來是“走在一條難而正確的道路上”。因而，該公司新開發的機型與大批量交付的產品，都將應用滑動軸承技術，未來搭載比例可達90%以上，基本與國外應用比例一致。此外，遠景能源還將考慮在風電機組的其他零部件上采用滑動軸承技術，包括主軸軸承。
對此，婁益民坦言：“我們正在探索如何將齒輪箱滑動軸承的研發經驗應用于發電機軸承和主軸承上，會不斷推出新的應用，目前遠景還有很多與滑動軸承相關的前瞻性項目和產品正在開發當中。”