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摘要：介紹了國內外風力發電機專用軸承設計、生產及應用的現況，展望了今后幾年我國風機軸承可觀的市場前景。
中圖分類號：TH133.3；TM315 文獻標識碼：B 文章編號：1000-3762（2004）02-0048-02
近十年來，風力發電作為一項可再生的綠色環保新型潔凈能源，受到了各國的高度重視，得到了長足的發展。風力發電機用軸承主要包括：偏航軸承總成（660PME047）、風葉主軸軸承（24044CC）、變速器軸承、發電機軸承等，軸承的結構形式主要有四點接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調心滾子軸承、深溝球軸承等。其中大型偏航軸承總成和風葉主軸軸承技術難度較大，現在基本依靠進口，是風機國產化的難點之一。風機軸承國產化可提高國內軸承工業的設計應用水平，縮小與國外先進水平的差距，促進國內軸承工業的發展和技術進步，另外方面，可以降低風電成本，加快我國新資源和可再生資源的發展。
風力發電機常年在野外工作，工況條件比較惡劣，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，風速最高可達23m/s，有沖擊載荷，因此要求軸承有良好的密封性能和潤滑性能、耐沖擊、長壽命和高可靠性，發電機在2-3級風時就要啟動，并能跟隨風向變化，所以軸承結構需要進行特殊設計以保證低摩擦、高靈敏度，大型偏航軸承要求外圈帶齒，因此軸承設計、材料、制造、潤滑及密封都要進行專門設計。
1. 風機軸承技術要點分析

1.1 偏航軸承總成（660PME047）
偏航軸承總成是風機及時追蹤風向變化的保證。風機開始偏轉時，偏航加速度ε將產生沖擊力矩M=Iε（I為機艙慣量）。偏航轉速Ω越高，產生的加速度ε也越大。由于I非常大，這樣使本來就很大的沖擊力成倍增加。另外，風機如果在運動過程中偏轉，偏航齒輪上將承受相當大的陀螺力矩，容易造成偏航軸承的疲勞失效。
根據風機軸承的受力特點，偏航軸承采用“零游隙”設計的四點接觸球軸承，溝道進行特別設計及加工，可以承受大的軸向載荷和力矩載荷。偏航齒輪要選擇合適的材料、模數、齒面輪廓和硬度，以保證和主動齒輪之間壽命的匹配。同時，要采取有針對性的熱處理措施，提高齒面強度，使軸承具有良好的耐磨性和耐沖擊性。
風機暴露在野外，因此對該軸承的密封性能有著嚴格的要求，必須對軸承的密封形式進行優化設計，對軸承的密封性能進行模擬試驗研究，保證軸承壽命和風機壽命相同。風機裝在40m的高空，裝拆費用昂貴，因此必須有非常高的可靠性，一般要求20年壽命，再加上該軸承結構復雜，因此在裝機試驗之前必須進行計算機模擬試驗，以確保軸承設計參數無誤。
1.2 風葉主軸軸承（24044CC）
風葉主軸由兩個調心滾子軸承支承。由于風葉主軸承受的載荷非常大，而且軸很長，容易變形，因此，要求軸承必須有良好的調心性能。確定軸承內部結構參數和保持架的結構形式，使軸承具有良好的性能和長壽命。
1.3 變速器軸承
變速器中的軸承種類很多，主要是靠變速箱中的齒輪油潤滑。潤滑油中金屬顆粒比較多，使軸承壽命大大縮短，因此需采用特殊的熱處理工藝，使滾道表面存在壓應力，降低滾道對顆粒雜質的敏感程度，提高軸承壽命。同時根據軸承的工況條件，對軸承結構進行再優化設計，改進軸承加工工藝方法，進一步提高軸承的性能指標。
1.4 發電機軸承
發電機軸承采用圓柱滾子軸承和深溝球軸承。通過對這兩種軸承的結構設計、加工工藝方法改進、生產過程清潔度控制及相關組件的優選來降軸承振動的噪聲，使軸承具有良好的低噪聲性能。
1.5 軸承裝機試驗技術研究
軸承安裝后的實際性能不僅與軸承自身性能有關，而且還與軸承的具體安裝使用條件密切相關，因此，要對軸承安裝時的配合形式、安裝中心的對中性進行研究，使軸承在實際使用中能夠得到較好的工作性能。
2. 風機軸承技術現狀
目前，國內開發生產的風機軸承主要是變速器軸承和電機軸承，但性能和壽命還達不到要求。因此，90%左右的變速器軸承和電機軸承仍然依賴進口。偏航軸承總成和風葉主軸軸承總成還在研制之中，國內除洛軸、瓦軸等大型國有企業有少量試制外，很少有廠家生產，基本屬國內空白。
風機軸承開發研制中，存在的主要技術難點是實現長壽命所需的密封結構和潤滑脂、特殊的滾道加工方法和熱處理技術、特殊保持架設計和加工制造方法等。國內目前的技術水平與國外先進水平相比存在較大差距，但近幾年來我國的一些研究單位在這些方面已經取得了一些突破性的研究成果，這必須將加速風機軸承國產化的進程。
3. 風機軸承市場分析
我國風能資源十分豐富，理論儲量1600000000KW，可開發利用的風能資源253000000KW。隨著人們環保意識的增強和國家對可再生能源的重視，近年來風力發電在我國得到了長足發展。
我國從“七五”開始著手風電場建設，到“八五”末期共建立了19個風電場，總裝機容量達166500KW，占全國電網總容量的0.07%。“九五”期間，我國又建成了21個風電場，新增裝機容量223790KW，另有90300KW在建。根據我國電力工業總裝機容量達到350000000KW，其中包括風力發電在內的新能源占0.7%，達到2450000KW。
以往我國的風力發電機主要依靠進口，設備投資昂貴，電價居高不下，影響了風力發電的市場化運行。據分析，如果600KW大型風力發電機組國產化以后，國產化率達到60%，設備造價可以降低15%-20%，風電成本可以降低10%-14%；國產化率達到80%，設備造價可以降低25%，風電成本可以降低18%。
目前全國共有81個研究單位及生產企業從事風力機械的開發、研究及制造，2001年全國共生產風力發電機組20903臺，19735.2KW。其中，離網型機組20879臺，4975.2KW，分別比上年增加64.79%和87.60%。2001年我國還首次生產并網型風力發電機組24臺，14760KW。
在國家對再生無污染能源的多項優惠政策的鼓勵下，今后若干年內， 我國風力發電工業必定會飛速發展。根據我國電力工業“十五”發展規劃，風電將以年均40%的速度發展，到2005年我國風力發電機組的生產量將達到80300臺。
風力發電機配套軸承主要用在偏航系統、變漿系統、變速器和發動機等部位，其中每個機組主要包括偏航軸承1套，風葉主軸軸承2套，變速箱軸承15套左右，發電機軸承2套左右，軸承結構形式眾多。以每臺機組平均需配20套軸承計算，到2005年全國風力發電機需配套軸承166萬套。即便按目前變速器和電機軸承10%的國產化率計算，也將會有16.6萬套的市場空間。如果軸承國產化率提高到20%，將會有33.2萬套的市場容量，大約是目前生的能力的提高，配套軸承的國產化率還將進一步提高，因此風力發電機專用軸承的市場前景廣闊。